К линейным ным относятся такие полимеры, у которых мономерные звенья макромолекул не обладают дипольным моментом. Из материалов этой группы наиболее важное техническое значение имеют полиэтилен, полистирол, политетрафторэтилен.
П о л и э т и л е н , рассмотренный в §7.2, полимеризации этилена в присутствии катализаторов. При полимеризации получают полиэтилены высокого, среднего и низкого давления, отличающиеся друг от друга степенью кристалличности и механичес кой прочностью. Так, если предел прочности при растяжении первого равен в среднем 14МПа, то второго и третьего приблизительно 30МПа, относительные удлинения при разрыве соответственно 6 0 0и 400%.Последнее показывает, что полиэтилен обладает сравнительно большой эластичностью. Его отличает высокая стойкость к действию кислот и щелочей.
Полистирол получают из мономера стирола
который представляет собой легкую бесцветную синтетическую жидкость с характерным запахом. Стирол легко полимеризуется даже при хранении на холоде. В темноте и при отсутствии катализаторов он постепенно превращается в твердую, прозрачную и бесцветную, как стекло, массу. Полистирол имеет строение.
Для полистирола среднее значение п может доходить до 6000. С целью предотвращения нежелательной самопроизвольной полимери зации стирола во время хранения к нему добавляют специальные ве щества, замедляющие реакцию полимеризации. Такие вещества получили название ингибиторов. Неравномерная полимеризация вызывает появление внутренних механических напряжений в материале. По этому в ряде случаев у изделий из полистирола намечается тенденция к постепенному образованию тончайших трещин. Чтобы предотвратить это явление и уменьшить хрупкость полистирола, к нему иногда добавляют некоторые виды синтетических каучуков.
Политетрафторэтилен (ПТФЭ),выпускаемый в СССР, называют фторопластом-4 (фторлоном-4). Его получают путем полиме ризации тетрафторэтилена F2C=CF2(этилен, в молекуле которого все четыре атома водорода замещены атомами фтора). Макро молекула ПТФЭ имеет регулярное симметричное строение
Среди всех органических полимеров ПТФЭ выделяется высокой на- гревостойкостью (около 300°С) и очень высокой стойкостью к действию химических реагентов. Так, на него совершенно не действуют серная, соляная, азотная и плавиковая кислоты, щелочи и т. п. Некоторое действие на него оказывают лишь расплавленные щелочные металлы и атомарный фтор при повышенных температурах. По стойкости к хими чески активным веществам ПТФЭ превосходит золото и платину. Он негорюч, не растворяется ни в одном из известных растворителей, практически негигроскопичен и не смачивается водой и другими жид костями.
Высокие нагревостойкость и химическую стойкость политетра фторэтилена по сравнению с углеводородами можно объяснить тем, что атомы фтора более крупные, чем атомы водорода. Поэтому они соз дают сильное поле, экранирующее углеродный скелет молекулы от внешнего воздействия (рис. 7.4). Сама оболочка из атомов фтора так же проявляет инертность по отношению к внешним воздействиям из-за большой энергии связи С—F.
При. нагревании до температуры 415°С ПТФЭ разлагается с выделением ядовитого газа — фтора. Но даже при этой температуре полимер не переходит в вязкотекучее состояние. Поэтому обычные методы формовки термопластичных масс для ПТФЭ непригодны. Он перерабатывается в изделия методом спекания. Предварительно из порошка формуют изделие определенной формы путем прессования, а затем проводят спекание при температуре 360—380°С.
Диэлектрическая проницаемость неполярных полимеров в основном определяется электронной поляризацией. Поэтому зна чение е не зависит от частоты и слабо уменьшается с повышением температуры (рис. 7.5), что находится в соответствии с уменьшением плотности полимера при нагревании. Температурный коэффи циент диэлектрической проницаемости неполярных полимеров примерно равен удвоенному коэффициенту линейного расширения.
Благодаря высокому удельному сопротивлению потери на электро проводность в рассматриваемых материалах при нормальных условиях играют далеко не главную роль.
Во всех линейных полимерах различают два типа релаксационных потерь: дипольно-сегментальные и дипольно-групповые. Первый тип тражает существование специфической формы тепловых колебаний, присущих высокомолекулярным ве ществам. Как отмечалось в предыдущем параграфе, из-за цепного строения макромолекул, в условиях их ослабленного взаимодействия стано вится возможным взаимообусловленное движение крупномасштабных сегментов, которое можно представить как изгибные колебания основной молекулярной цепи. Второй тип релаксационных потерь обусловлен вращением малых полярных групп, содержащихся в боковых ветвях макромолекулы.
Диэлектрические потери в неполярных полимерах очень чувстви тельны к полярным примесям, таким, как гидроксильные или карбо нильные (СО) группы, которые всегда присутствуют в технических материалах вследствие частичного окисления, захвата катализатора полимеризации и других причин. Тщательной очисткой материала удается снизить релаксационные потери и достигнуть значений tg6 «
Благодаря малым потерям неполярные полимеры широко применяют в технике высоких и сверхвысоких частот. Полиэтилен используют в качестве изоляции телевизионных и радиочастотных кабелей.
Тонкие пленки из полистирола и политетрафторэтилена применяют для изготовления термостабильных высокочастотных конденсаторов с достаточно большой емкостью и весьма высоким сопротивлением изоляции. Ценным свойством таких пленок является высокая электрическая прочность, достигающая 200—250 МВ/м.Полиэтилен, благодаря химической инертности, используется кавспомогательный материал в технологии полупроводников.
Материалы с повышенными диэлектрическими потерями (полярные). Уполярных линейных полимеров из-за асимметрии строения молекул сильно выражена дипольно-релаксационная поляризация. Поэтому они обладают пониженными электроизоляционными свойствами по сравнению с неполярными полимерами, особенно на высоких частотах. Наиболее распространенными материалами этой группы являются поливинилхлорид, полиэтилентерефталат, полиметилметакрилат (органическое стекло) и полиамидные смолы. Их свойства можно охарак теризовать следующими усредненными параметрами:
