8-16. ПЛЕНКИ НА ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНОЙ ОСНОВЕ
Тонкие пленки (0,02—0,08 мм) на поливинилхлоридной основе могут выпускаться из хлорированного поливинилхлорида (перхлорвинила), так как последний обладает значительно лучшей растворимостью в некоторых доступных растворителях, чем поливинилхлорид. Эти пленки обладают достаточно высокой механической прочностью, которая не изменяется и при увлажнении. Предельно допустимая температура длительного нагрева таких пленок ограничивается 70—80 °C. Поэтому эти пленки не находят применения в производстве обмоточных проводов.
8-17. ПОЛИАМИДНЫЕ ПЛЕНКИ
Отличительными свойствами полиамидных пленок, получаемых из смолы капрон, являются большие эластичность и удлинение при разрыве. У различных сортов пленок толщиной 0,05—0,06 и шириной 5 мм предел прочности при растяжении составляет 2,2—3,4 кгс/мм2; относительное удлинение при разрыве равно 275—400%, а у отдельных видов неориентированных полиамидных пленок оно достигает 600%.
Полиамидные пленки негорючи; будучи помещены в пламя, они размягчаются и постепенно расплавляются. Эти пленки нерастворимы и не набухают -в таких растворителях, как бензин, бензол, спирт, ацетон, хлороформ. Пребывание пленок в воде несколько снижает их прочность и относительное удлинение при разрыве. Выдержка пленок в течение 16—32 дней при 80—100 °C снижает разрывную прочность на 20—25%. Изменение величины удлинения происходит более резко. Так, после выдержки 16 дней при 80 оC у некоторых видов полиамидных пленок относительное удлинение при разрыве с 275% уменьшается до 245%, а после 32 дней — до 135—140%. При такой же длительности выдержки, но при 100 °C этот показатель уменьшается до 12—20%.
Электрические характеристики капроновых пленок сравнительно невысоки (см. табл. 8-4). Пленки из смолы этант обладают более высокими электроизоляционными свойствами.
Если полиамидную пленку подвергнуть вытяжке, то ее толщина и ширина значительно уменьшатся. В то же время за счет увеличивающейся степени ориентированности цепей молекул при вытяжке в 2—8 раза предел прочности при растяжении увеличивается с 2,2— 3,0 до 9—Г5 кгс/мм2, а относительное удлинение при разрыве уменьшается с 200—230 до 100—150%.
Изготовляемые в СССР полиамидные (из поликапролактама) пленки марки ПК-4 в соответствии с УТ УХП № 17-58 в зависимости от толщины выпускаются трех видов. Эти пленки, по существу, не являются высококачественным электроизоляционным материалом, так как их электрические характеристики резко снижаются при увлажнении. Они применяются главным образом как упаковочный материал. Можно предполагать, что влагостойкость пленок из смолы энант будет значительно выше и эти пленки смогут найти применение и для изготовления электрической изоляции. За рубежом полиамидные пленки получили для этих целей некоторое применение. Они выпускаются под марками «перлон L», «перлон Т», «ультрамид А» «ультрамид В», «супрамид», «найлон 66», «рильсан» и др. В ГДР перлоновая (капроновая) пленка применяется для механического упрочнения пазовой изоляции; в США найлоновая пленка используется в качестве пазовой изоляции электрических машин малой мощности.
8-18. ПОЛИСТИРОЛЬНЫЕ ПЛЕНКИ
Полистирольные пленки обладают высокими электроизоляционными свойствами и поэтому находят вместе с нитями из этого полимера широкое применение в производстве ряда конструкций кабелей дальней связи. Кроме того, значительно увеличилось применение полистирольных пленок в конденсаторостроении. Все эти пленки обычно изготовляются из блочного полистирола, причем для кабелей связи обычно применяются пленки толщиной 0,045±0,01 мм, а для особых случаев — толщиной 0,045±0,005 мм. Такие пленки обычно поставляются шириной (10-12)±2 мм. В конденсаторной промышленности наибольшее применение имеют пленки толщиной 0,02 мм и шириной около 50 мм.
Рис. 8-4. Зависимость прочности при изгибе (/) и растяжении (2) поликарбонатных пленок от температуры.
Для тех и других целей обычно применяются прозрачные, неокрашенные и не содержащие пластификаторов пленки, которые в процессе изготовления ориентируются в продольном и частично в поперечном направлениях. Пленки поставляются с длиной отдельных концов не менее 300 допускается сдача пленки с длиной концов не менее 100 м в количестве не более 10% всей предъявляемой партии.
По техническим условиям ТУ МХП М-439-54 предел прочности при растяжении пленок должен быть не менее 7,4 кгс/мм, а относительное удлинение не менее 3,0—3,1 %. Полистирольные пленки согласно вышеуказанным ТУ должны выдерживать не менее 50 двойных перегибов. По тем же ТУ диэлектрическая проницаемость и tg δ при частоте 106 Гц должны быть не более соответственно 2,75 и 4,5 10-4.
8-19. ПОЛИКАРБОНАТНЫЕ ПЛЕНКИ
К поликарбонатам относятся полимеры на основе эфиров угольной кислоты. Особенностью этих полимеров является наличие в их молекулярном строении карбонильной группы =С=О. Принципиально возможно создание очень большого количества различных полимеров этого типа, однако наибольшее применение находят поликарбонаты, у которых строение мономера 4,4 — диоксидифенил — 2,2 — пропан. Производство таких поликарбонатов начато в ряде стран. Поликарбонаты имеют плотность около 1,2 г/сл3. Они являются типичными термопластами, в чем нетрудно убедиться из рис. 8-4, на котором приведены для поликарбонатной пленки зависимости величин прочности при изгибе и растяжении от температуры. Температура плавления поликарбонатов находится в пределах 222—230 °C, а появления твердости (хрупкости) — несколько ниже 100 °C.
Рис. 8-5. Зависимость удельного сопротивления пленок от температуры.
1 — поликарбонатная пленка; 2 — ацетобутиратцеллюлозная пленка.
Рис. 8-6. Зависимость электрической прочности пленок от температуры.
1 — поликарбонатная пленка; 2 — ацетобутиратцеллюлозная пленка.
Рис. 8-7. Изменение относительного удлинения при растяжении поликарбонатных пленок в зависимости от времени при 140 °C.
Рис. 8-8. Изменение прочности при растяжении поликарбонатных пленок в зависимости от времени при 140 °C.
Широкому применению поликарбонатных пленок способствуют их высокие электроизоляционные и механические свойства. На рис. 8-5 показана зависимость удельного объемного сопротивления поликарбонатных и ацетобутиратцеллюлозных пленок от температуры. Преимущество поликарбонатных пленок весьма существенно несмотря на то, что и ацетобутиратцеллюлозные пленки обладают достаточно высоким удельным сопротивлением. На рис. 8-6 приведена для тех же пленок зависимость электрической прочности от температуры. Поликарбонатные пленки обладают весьма высокой электрической прочностью и превосходят в этом отношении ацетобутиратцеллюлозные пленки. Они имеют малые диэлектрические потери: tg δ при 50 Гц в интервале от —50 до +1150 °C, а также при комнатной температуре, но при частотах 102—108 Гц колеблется в пределах 0,001—0,04.
Диэлектрическая проницаемость поликарбонатных пленок около 3,0, т. е. меньше, чем у большинства других электроизоляционных пленок, и лишь незначительно изменяется в указанных выше температурном и частотном интервалах, что имеет весьма существенное значение при применении этих пленок в производстве электрических конденсаторов.
Большим достоинством новых пленок является достаточно высокая их нагревостойкость. Усадка у пленок «макрофоль Ν» (производство ФРГ) после выдержки при повышенной температуре в течение 7 дней очень мала и составляет при 1120 °C всего около 2%, а при 140 °C около 3%. На рис. 8-7 показано изменение относительного удлинения при разрыве, а на рис. 8-8 — предела прочности при растяжении в зависимости от времени выдержки при 140 оC; после 56 дней такого теплового остаривания удлинение остается на уровне 20%, а разрывная прочность — около 6 кгс/мм2.
Рис. 8-9. Зависимость прочности при растяжении от относительного удлинения вытянутых и невытянутых поликарбонатных пленок.
1 — пленки с дополнительной вытяжкой толщиной 10 мкм, 2 — то же толщиной 40 мкм, 3 — невытянутая пленка толщиной 40 мкм.
Поликарбонатные пленки применяются для изоляции обмоточных проводов, а также для корпусной изоляции различных катушек, пазовой изоляции небольших электродвигателей и пр.
Поликарбонатные пленки можно наносить в нагретом виде на различные поверхности (оправки); при этом пленки очень плотно облегают формы и могут длительно работать благодаря высокой стойкости против воздействия различных лаков, растворителей и пр.
Широкое применение поликарбонатные пленки начинают находить в конденсаторостроении благодаря своим хорошим электроизоляционным свойствам и способности надежно работать в интервале температур от —20 до +130 °C. Для этой цели необходимы пленки толщиной 0,01—0,02 мм.
Поликарбонатные пленки изготовляются отливкой из соответствующих растворов полимеров, т. е. тем же способом, что и пленки из эфиров целлюлозы. В этом случае колебания пленок по толщине находятся в пределах ±4 мкм. Более тонкие и равномерные по толщине пленки получаются дополнительной вытяжкой более толстых пленок. Таким методом удается получить пленку с колебаниями по толщине ±10%, в частности пленку толщиной 10 мкм с отклонениями + 1 мкм. Одновременно значительно повышается разрывная прочность таких пленок (рис. 8-9). Удлинение пленок после дополнительной вытяжки несколько уменьшается, но все же остается в пределах, вполне достаточных для практики. Следует отметить некоторое улучшение электрических характеристик вытянутых пленок (небольшое снижение диэлектрической проницаемости ε и tg δ в диапазоне частот от 60 Гц до 1 Мгц).
Фирма Байер (ФРГ) выпускает поликарбонатную пленку марки Do-202 толщиной 0,02—0,10 мм и шириной до 1 200 мм и гарантирует у этих пленок высокие электроизоляционные и физико-механические свойства (электрическая прочность при 20 и 150 °C не менее соответственно 100 и 80 кв/мм; pv при этих температурах не менее 1016 и 1014 ом-см; tg δ при 800 Гц и 20 и 150 °C не более 0,002).
В США поликарбонатные пленки использованы для изготовления опытных партий маслонаполненных кабелей на напряжение 425 кв, причем применение этих пленок позволило уменьшить толщину изоляции таких кабелей примерно на 25% в сравнении с пропитанной бумажной изоляцией.
8-20. ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫЕ ПЛЁНКИ
Полипропилен представляет собой продукт полимеризации непредельного углеводорода пропилена СН3—СН=СН2. В зависимости от вида пространственной структуры молекул полимера полипропилен может иметь аморфное и кристаллическое строение. Для целей электрической изоляции наибольший интерес представляет полипропилен с возможно большим содержанием кристаллической фазы, который получается при применении таких комплексных металлоорганических катализаторов, как триэтилалюминий А1(С2Н5)з вместе с треххлористым титанатом ТrС13. Такой полипропилен имеет температуру плавления около 170 °C, в то время как аморфный полипропилен размягчается уже при +75 °C. Плотность кристаллического полипропилена равна 0,92 г/см3. Полипропилен в виде образца пластмассы имеет предел прочности при растяжении 300—400 кгс/см2 и относительное удлинение при разрыве 400—'800%. Пленки из полипропилена имеют значительно большую прочность и существенно меньшее удлинение. Эти пленки обладают высокими электроизоляционными свойствами (диэлектрическая проницаемость ε=2,2; tg δ при 106 Гц около 5·10-4; электрическая прочность около 90 кв/мм); в то же время эти пленки имеют значительно более высокую температуру размягчения и плавления в сравнении с полиэтиленовыми пленками. Полипропилен обладает высокой химической стойкостью, которая повышается с увеличением содержания кристаллической фазы. В производстве обмоточных и монтажных проводов эти пленки пока не применяются из-за ограниченной нагревостойкости.
8-21. ПОЛИЭТИЛЕНОВЫЕ ПЛЕНКИ
Полиэтилен обладает весьма высокими электроизоляционными свойствами, и поэтому применение пленок из этого материала должно представлять в ряде случаев значительный интерес. Однако пониженные механические свойства и недостаточная нагревостойкость этого материала до последнего времени препятствуют применению этих пленок в качестве электроизоляционного материала в производстве обмоточных проводов. Полиэтилен легко накладывается на провода шприцеванием, а штамповкой и прессованием из него нетрудно изготовлять колпачки, шайбы и прочие детали для высокочастотных кабелей, благодаря чему полиэтилен быстро нашел здесь самое широкое применение.
Полиэтиленовые пленки изготовляются для упаковки и консервации различных изделий. Такие пленки имеют толщину около 0,04— 0,05 мм, предел прочности при растяжении до 2—3 кгс/мм2 и относительное удлинение при разрыве выше 200%.
Под воздействием радиоактивного облучения полиэтилен приобретает ценные свойства, которые могут быть с успехом использованы в электротехнической промышленности. Так, облученный полиэтилен при нагревании не плавится, а при высокой температуре постепенно обугливается и сгорает. Облученный полиэтилен имеет более высокую нагревостойкость, чем необлученный. При температуре выше 110 °C облученный полиэтилен сохраняет некоторую прочность при растяжении и достаточно высокое удлинение при разрыве, причем после снятия растягивающей нагрузки образец полимера практически возвращается в исходное состояние, что является характерным для различного рода резин. Облученный полиэтилен при повышенных температурах обладает достаточно высокой электрической прочностью и стойкостью против воздействия растворителей. В тех растворителях, в которых обычный полиэтилен при повышенной температуре растворяется, облученный лишь слегка набухает.
Фирмой Дженерал Электрик (США) производится облученная полиэтиленовая пленка под названием «ирратен». Эта пленка имеет следующие примерные характеристики:
Плотность, г/см3............................................... 0,92
Предел прочности при растяжении, кгс/см2 126—154
Модуль упругости, кгс/см2 ............................ 1 260—1 400
Относительное удлинение при разрыве, % 500—600
Водопоглощение................................................. Незначительное
Воспламеняемость.............................................. Слегка горит
Кислото- и щелочестойкость................................. Отличные
Стойкость к растворителям................................... Хорошая
Светостойкость......................................................... Низкая
Электрическая прочность, кв/мм (толщина пленки 0,125 мм):
при 25° С........................................................... 100
при 50° С........................................................... 92
tg δ при частотах 60—10 000 Гц . 0,0005
Диэлектрическая проницаемость.................... 2,3
Облученная полиэтиленовая пленка обладает большой усадкой, если эту пленку предварительно растянуть, а потом нагреть до температуры несколько выше точки перехода в резиноподобное состояние (140—145 °C). При усадке отдельные слои пленки плотно охватывают соседние, что может быть эффективно использовано для получения плотной изоляции выводных концов проводов, герметичных заделок кабелей и т. п.
Липкая полиэтиленовая лента с подклеивающим слоем на основе полиизобутилена или других материалов с успехом применяется для сращивания оболочек полиэтиленовых кабелей, изготовления различных кабельных заделок и т. п.
