Қатты диэлектриктік материалдар
1. Органикалық полимерлер туралы жалпы мағлұматтар
2. Қатты бейорганикалық материалдар. Слюда, шыны, керамика, асбест, бейорганикалық қабыршықтар. Қасиеттері, қолданылу саласы, өндіріс технологиясы.
1. Органикалық полимерлер туралы жалпы мағлұматтар
Эластомерлер. Тұрмыста және техниканың әртүрлі салаларында каучуктың негізінде және соған жақындайтын заттардың бірі — эластомерлердің орны ерекше.
Таза табиғи каучук. Кәдімгі таза табиғи каучук каучукунос деп аталатын ерекше бір өсімдіктерден алынады. Каучукуностың негізгі бөлігінің құрамында латекс деп аталатын шырын бар, ол өте кішкентай, формасы дөңгелек болып келген, микроскопиялық бөлшектерден тұрады (глобул).
Глобулдар майлы қышқылдармен ақуызды заттардан тұратын жұқа қабатпен қапталған. Каучук латекстен түрлі қоспаларды айырғанда пайда болады. Химиялық құрамы жөнінен таза табиғи каучук полимерлі көмірсутекке жақын, құрамында (С5Н2) және құрылымы екі жақты байланысы бар:
СН2-С-СН-СН2-СН2-С-СН-СН2О
50°С-қа дейін қыздырғанда, каучук жұмсарып, жабысқақ қалыпқа түседі, ал төменгі температурада ол морт сынғыштық қасиетке ие болады. Каучук көмірсутек пен күкіртті көмірсутекте ериді. Каучуктың бензиндегі ерітіндісі, каучук пен резеңкені берік желімдеу үшін, резеңке желімі ретінде пайдаланылады. Каучуктың топса формасы шынжырлы молекулалары оны созылғыштық, иілгіштік қасиетке ие болдырады.
Каучук кристал формалы заттарға тән, кеңістікте молекулалары тәртіппен орналасқан. Созылмалы күйде болғанда, ренгенограмма беретін, оморфты зат. Каучук созылмалы қалыпынан ажыраған күйінің өзінде, ол аморфты қалпын сақтай алатын қабілетке ие. Жоғарғы және төменгі температурадағы, және еріткіштерге деген әлсіз беріктігін ескерсек, табиғи каучук электрді оқшаулау мақсатында пайдаланылмайды. Осы кемшіліктерді жою мақсатында, оны ыспанамау (вулканизация) этапынан өткіземіз. Бұл дегеніміз оның құрамына күкірт енгізу деген сөз.
Ыспанамау кезінде —S— — атомның тізбектері арқылы кеңістік құрамы кей жерлерде ыдырайды.
Резеңке. Ыспанамау (вулканизация) каучуктың ыстыққа және суыққа төзімділігін арттырады, оның әртүрлі ерітінділерге деген механикалық беріктігін күшейтеді. Каучукқа қосылған күкірттің мөлшеріне байланысты, 1-3% күкірт қосындысында, біз жұмсақ резеңке аламыз. Ал оның иілгіш, жұмсақтық қасиеті ерекше болады.
Ал егерде біз оның құрамына күкіртті 30-35% мөлшерде қосатын болсақ, біз нәтижесінде одан ауыр соққыларға төтеп бере алатын, мықты материал-қатты резеңке (эбонит) аламыз.
Техникалық резеңкелердің үзілу алдындағы салыстырмалы түрдегі ұзаруы 150-500%, ал эбанит үшін 2-6% (қалған ұзаруы 10-45 және 0,3-1,2% мөлшерінде).
Резеңке мен эбанитті дайындау барысында, резеңке құрамына каучук пен күкіртті есепке алмағанда, резеңкенің қоспасына әртүрлі толықтырғыштар (бор, тальк), сол сияқты бояғыштар, катализаторлар (үдеткіштер) енгізіледі.
Резеңкені көбінесе жөндеу жұмыстары кезінде, өткізгіш сым ретінде, көшірмелі ішексым ретінде, электроөндірістік мекемелерде көбірек пайдаланылады. Сонымен қатар қорғаныс қабығы ретінде, ажыратып оқшаулау түтікшелерінде, галоштарда, кілемшелелерде де кеңінен қолданылады. Рас, оның кейбір кемшіліктері де жоқ емес. Атап айтқанда, оның ыстыққа деген төзімділігінің төмендігі (мысалы, ол ыстыққа тез сапасын жоғалтады, морт сынғыш келеді), кейбір сұйықтарға төзімділігі нашар (бензин, бензол, т.с.с.).
Жарықтың оны жеп қоятыны, әсіресе ультракүлгін тез алдыратыны тағы бар. Соның ішінде резеңкеге айнала қоршаған озон қабаты, ерекше әсер етеді. Озон резеңкенің тез тозуын жеделдетеді. Оның жұмысқа жарамсыздығын уақытынан бұрын болдырады. Сол себептен, осы жағдайлаға байланысты біраз қиындықтар туындайды.
Резеңке құрамында қалып қойған күкірт қалдықтары жоғары температурада, резеңкемен жанасқан кезде, мысқа өз кері әсерін тигізеді.
Олай дейтініміз,мыс күкіртпен бірігіп, нәтижесінде күкіртті мыс пайда болады. Сондықтан да жұмыс кезінде қауіпсіздік үшін, мыстың адам өміріне қауіпсіздігі үшін, оны резеңкелік ішексыммен (кабель) жауып шығу керек. Өндіріс орындарда туромовалдық резеңке қолданылады. Оның ерекшелігі неде? Өйткені оны дайындағанда, бұл жерде оған таза күкірт қолданбайды, оның орнына ыспанамауды (вулканизация) болдыратын, қызған кезде каучукке құрамындағы күкіртті каучукке енгізетін тиурам деп аталатын күкіртті қосындысы қолданылады.
Тиурамды резеңкенің құрамында еркін күкірт жоқтың қасы,сол үшін оны емін-еркін мыстың үстіне пайдалануға болады. Тиурамды резеңкенің өз орталықтары бар. Ол жоғары температураға төзімді. Тіпті +55 С-қа төзе алады. Егер де тиурамды резеңке қорғасыннан қорғанатын қабыршықпен қапталса, ол тіпті +65 С-қа,тіпті керек десеңіз +80 С-қа төзе алуы мүмкін.
Өзінен күйе бөлінетіндіктен, резеңкенің түсі қап-қара болып келеді. Электрөткізгіштігі төмен болғандықтан, жақсы механикалық қасиеттерге ие. Сол себептен бұлар күйелеш резеңкені электротехникада көп қолданбайды. Тек қана шлангалар мен резеңке ішек сымдардың ішін қаптау үшін қолданады. Табиға каучук практика жүзінде аса көр қолданыла бермейді. Оның құрамы (Р) шамамен 1014 Ом*м; Ер=2,4; tgb=0,002.
Ыспанамау кезіндегі оның өзге қалыпқа келуі Ег мен tgb-ның көбеюі, көп жағдайларда күкірт атомдарының материал құрамына деген күшті әсерін болуы мүмкін. Кей жағдайда оның құрамындағы эбониттің күкірттің мөлшерден тыс, көбейіп кеткенінен де болады.
Ол заттың беріктік қасиетіне кері әсерін тигізеді. Резеңкенің берік болуы, болмауы оның құрамындағы жасалыну технологиясы мен резеңке қоспаларының мөлшеріне де байланысты. Қарапайым электрожаратқыш резеңкелер үшін ρ≈1013 Ом·м; ε_r=3÷7; tg δ=0,02÷0,10 (күл резеңкелері үшін — 0,25 дейін); E_т=20—30 МВ/м.
Сурет 8.1 — Құрамындағы күкірт байланысты E_т
мен tg δ-ның ыспаналанған каучукке тәуелділігі
Синетикалық каучук. Көп жылдар бойы таза табиғи каучукты тропикалық аймақтарда өндіретін, атап айтқанда Бразилияда жабайы өскен каучук ағаштарынан. Кейіннен плонтацияларда өсірілген. Осы ағаштардың Индонезия мен Шри Ланка елдерінен тасымалданды.
Октябрь революциясына дейін каучук Ресейге шет елдерден әкелінетін. Кейіннен өндірістік жолмен көксағыз деп аталатын отандық синтетикалық каучук дүниеге келді. Антитекалық каучук алу үшін негізінен спирт, мұнай шығаратын өндіріс орындарыда резеңке көбінесе осы синтетикалық каучуктің негізінде жасалып жатыр. Заман талабына сай қазір барлық жерде табиғи каучуктар синтетикалық каучукке көшкен.
Бутадиенді каучук (СКВ). Негізінен бутадиеннің газ тәріздес көмірсутегісінен алынады.
Н2О=CH-CH=CH2
Натрий материалының қатысуымен бутадиеннен СКВ алынады. Оның молекулалардан тібегі мынадай түрде көрінеді:
-СH2-CH=CH-CH2…
Сондықтан құрамы жағынан СКВ табиғи каучукке жақындау. Онытіпті изопреннің көмірсутекті полимері ретінде де қабылдауға болады.
Электрден ажыратқыш ретінде қолданылатын бутадиенді синтетикалық каучугі,электражыратқыш қасиетін жоймасын десеңіз, катализатордың қалдықтарынан толық тазартылуы тиіс. СКВ-дың ыспанамаланған қоспасын есептемегенде, оны 200-300 С-қа дейін қыздырсақ, оынң бөлектеліну ыдырауы нәтижесінде ол эбонтке жақындайды. Бір жақсысы ол кейін ыстыққа төзімді келеді,қышқылдар мен органикалық еріткіштерге шыдамдырақ болады. Тіпті, уақыт өткен сайын оның беріктігі еселене түседі десек болады. Эскапонның атына назар аударайық. Ол синтетикалық каучук деген сөздің алғашқы әріптерінен алған. Мұнда бұл материалды ойлап тапқан өнертапқыш Л.М.Пономаревтің фамилиясы да бар. Бұл материалдың жоғары электроқозғалтқыш қасиеті де жоқ емес.
Р мөлшері 1015 Ом-м; Ег=2,7-3,0: tgb мөлшерімен 5*104. Ескапонның негізінде лак, лакоткани, компаундылар дүниеге келді.
Бутадиен-старолькый каучук (скс). Бутадиен мен Стирольдің қоспасынан алынған өзінің қасиетті жағынан ол табиғи каучукке жақындайды. Май мен бензинге ерімейтін, ыстыққа төзімді қасиетке ие.
Бутиль каучук-изобутилен Н2С=С(СН3)2 мен аз мөлшердегі изопрен мен бутадиеннің қоспаларынан дайындалған өнім. Мұның молекулаларында СКБ мен СКС-тегідей өосбайланыс жоқтың қасы десе болады. Сол себептен олар,оның тез қызбайтыны, озов пен қышқылға төзімдірек болатындығы.
Табиғи каучукке қарағанда оның газға төзімділігі салыстырмалы түрде қарасақ 10-20 есе аз. Оның майысқақтық қасиеті де нашар, бірақ тіпті -60 С-қа суыққа төтеп беретін жақсы жағы жа бар.
Хлоропренді каучук (ол СССР-де найрит, ал шет елдерде –неопрен деп аталған) хлоропреннен алынады:
Бұл материалдың электрден оқшаулау болатын қасиеті мардымсыз. Бірақ, есесіне май мен бензинге,озонға, басқа да қышқылдандыратын қоспаларға төзімдірек. Сондықтан да ол майға төзімді. Ішексымдар жасауда кеңірек қолданылады. Одан газ өшпейді, жылу мен жарыққа, күннің сәулесіне оңайлықпен желінбейді.
Бутадиен-Нкралакрилды каучуктің (СКН). Құрамы бутадиен мен акрил нитрилден (Н2С-СН-CN) тұрады. Оның электроқшаулағыш қасиеті төмен. Құрамында көмірсутегі бар,барлық синтетикалық каучуктер мұнайлы майда еріп кетеді.СКН және сол тектес каучуктер ондай еріткігтерге төзімді. Хлоропренді каучук тез жанғыш емес,яғни оңайлықпен тұтанбайды. Ыстыққа төзімдірек.
Кремний органикалық каучуктер. Мұндай каучуктердің молекулаларының құрылымы полисильксанды тізбек құрайды. Олар тек арнайы қоспалар қосылғанда ғана, атап айтқанда органикалық пероксидтерді араластырғанда ғана ыспаланады. Кремний органикалық каучуктерді +250 С ыстыққа дейін төзіп, -70 С-тан -100 С-қа дейін төтіп бере алатын, бірақ иілгіш, жұмсақ қалпын сақтай алады. Кемшілігі жолға қарамайды және еріткіштерге осалдау. Ол механикалық құрамы жөнінен негізінен екі топқа бөлінеді. Бірінші топқа жататын резеңке каучуктер, созылғанда ешқандай қоспасыз өзінің беріктігін дәлелдей алады. Екінші топқа жататын резеңке каучук, оның құрамына белсенді қоспалар қосылғаннан кейін ғана беріктік қасиетке ие болуы мүмкін. Айта кететін бір жайт, екінші топтағы каучуктер ешуақытта кристалданбайды. Бірінші топтағы каучукке,мысал хлоропренді каучук пен бутил каучук, ал екінші топтағы каучукке-СКВ, СКС және кремний органикалық каучуктер мысал бола алады.
Барлық резеңке бұйымдар, оны престеу, сығу арқылы жасалынады. Резеңкенің қорғаныс қабыршағы ретінде резеңке қоспасынан ішексым бұйымдары,көбінесе шприц-машина түрінде өндіріледі. Ол көбінесе терполаст ретінде қызмет атқарады. Резеңке қоспасымен оқшауланған бұйымдар ыспанамауға жіберіледі. Ыспанамалау көп қолданылатын өндірістегі түрі-агрегатта жиі-жиі ыспанамалау,(АНВ) яғни бұл прогрессивті тәсіл, оңай жол деген сөз.