Химия и химические технологии / 1. Пластмассы, полимерные и синтетические материалы, каучуки, резино-технические изделия, шины и их производство

К.т.н. Чигвинцева О.П., Киприч В.В.

Днепропетровский государственный аграрный университет, Украина

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ОРГАНОПЛАСТИКОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИАРИЛАТА

По своим электрическим свойствам полимеры относятся к типичным диэлектрикам. Для их более рационального применения в качестве диэлектрических материалов необходимо глубокое изучение электрических характеристик при изменении строения их макромолекул и надмолекулярной структуры, а также условий эксплуатации [1].

Как известно, электрические характеристики пластиков определяются множеством факторов, главными из которым являются химическое и физическое состояние полимера, а также условия их испытаний и эксплуатации (частота и амплитуда напряженности внешнего поля, температура, влажность среды и другие).

Полиарилат (ПАР) марки ДВ-102, представляющий собой сложный ароматический полиэфир на основе диана и смеси тере- и изофталевой кислот (при соотношении кислот - 50 : 50), имеет следующую структурную формулу:

Наряду с высокими механическими свойствами ПАР обладает высокими и стабильными электрическими характеристикам, не изменяющимися в интервале температур от -60 до 200 °C, что позволяет успешно использовать данный полимер в качестве изоляционного материала [2-4].

Температурная зависимость тангенса угла диэлектрических потерь ПАР марки ДВ характеризуется двумя максимумами (в области низких температур, характеризующих стеклообразное состояние полимера и в области сравнительно высоких температур, соответствующих высокоэластическому состоянию). Максимум температурной зависимости тангенса диэлектрических потерь ПАР в области температур ниже комнатной связан с дипольно-радикальными, а выше комнатной – с дипольно-эластическими потерями. Дипольно-эластические и дипольно-радикальные процессы, протекающие в структуре ПАР, обусловлены различным движением сложноэфирных групп. В случае дипольно-эластических потерь сложноэфирные группы перемещаются вместе с довольно большими участками цепи макромолекул, т.е. движение носит кооперативный характер. Учитывая то, что макромолекулы ПАР имеют незначительную гибкость, т.к. насыщены ароматическими ядрами, температура, при которой тангенс угла диэлектрических потерь (tgd) проходит через максимум достаточно высока (523 К). В случае дипольно-радикальных потерь, движение групп -СОО- проявляется в пределах одного элементарного звена макромолекулы. Учитывая это, интервал температур, при котором наблюдаются дипольно-радикальные потери, зависит в основном от подвижности карбонильной группы [5].

Представляло научный и практический интерес изучить, каким образом влияет природа и содержание волокнистого наполнителя (НП) на основные электрические характеристики композитов на основе ПАР. В качестве армирующих НП использовались органические волокна (ОВ) марок вниивлон и терлон, содержание которых в композитах изменялась от 15 до 35 мас. %.

Для изучения влияния волокнистого НП на структуру и свойства композитов на основе ПАР был выбран электроемкостный способ контроля диэлектрических характеристик [6]. Определение электрических показателей – тангенса угла диэлектрических потерь (tgd) и удельного объемного электрического сопротивления (r_V) проводилось с использованием измерительной электродной схемы, в которой предусмотрено изменение зазора системы между измерительными электродами с помощью микрометрического винта. Для измерений использовались образцы диаметром 50 ± 0,5, высотой 2-4 ± 0,2 мм. Электрофизические показатели регистрировались измерителем Е7-14 при частотах электрического поля 100 и 1000 Гц.

Как показали результаты исследований, армирование ПАР волокнистыми НП, во всем исследованном диапазоне частот повышает значения tgd. Для органопластиков (ОП), содержащих волокно терлон, tgd увеличивался по сравнению с ПАР в исследованном частотном диапазоне на 5-12 %, в то время как для композитов, армированных вниивлоном – он возрастал на 12-24 % (рис. 1а). В целом, ОП на основе волокна вниивлон, имеют более высокие (на 8-14 %) значения tgd, причем наиболее четко данная тенденция проявляется при максимальной степени армирования полиэфирного связующего. По-видимому, в данном случае существенную роль на изменение tgd оказывает природа волокнистого НП. Обращает на себя внимание тот факт, что независимо от природы и содержания ОВ повышение частоты электрического поля приводит к снижению в среднем в 1,2-1,5 раз величины tgd ОП (табл. 1).

Таблица 1. Тангенс угла диэлектрических потерь органопластиков

на основе полиарилата

Содержание волокна,	Частота электрического поля, Гц
мас.%	100	1000
–	0,022	0,017
Наполнитель – волокно вниивлон
15	0,025	0,019
25	0,026	0,020
35	0,029	0,021
Наполнитель – волокно терлон
15	0,023	0,018
25	0,024	0,019
35	0,025	0,020

Что касается характера изменения r_V, то следует отметить, что данный электрический показатель независимо от природы ОВ и условий измерений увеличивался по сравнению с чистым ПАР. Так, например, при частотах 100 и

а

б

Рис. 1. Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь tgd (а)

и объемного электрического сопротивления r_V (б) органопластиков

на основе полиарилата, армированных волокнами вниивлон (1) и терлон (2)

при частоте электрического поля 100 Гц

1000 Гц по сравнению со связующим r_V ОП, армированных ОВ терлон и вниивлон, возрастал на 44 и 15, а также на 41 и 12 % соответственно (рис. 1б). С повышением частоты электрического поля r_V существенно снижалось (табл. 2).

Таблица 2. Удельное объемное электрическое сопротивление

органопластиков на основе полиарилата, Ом × м ´ 10⁵

Содержание волокна,	Частота электрического поля, Гц
мас.%	100	1000
–	1,75	0,78
Наполнитель – волокно вниивлон
15	1,90	0,80
25	2,31	0,84
35	2,96	0,89
Наполнитель – волокно терлон
15	2,43	0,82
25	2,80	0,88
35	3,14	0,92

Таким образом, результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что армирование сложного полиэфира ПАР органическими волокнами вниивлон и терлон позволяет повысить электрические характеристики пластиков. Разработанные ОП можна с успехом использовать в качестве электроизоляционных материалов.

Литература:

1. Электрические свойства полимеров / Под ред. Б.И.Сажина. Л.: "Химия", 1977. – 191 с.

2. Аскадский А.А. Физико-химия полиарилатов. – М.: Химия, 1968. – 216 c.

3. Пахаренко В.А. и др. Термостойкие полимеры. – К.: Общ-во "Знание", 1984. – 45 с.

4. Справочник по пластическим массами / Под ред. Гарбара М.И. – Москва, 1969. – Т. 2. – 517 с.

5. Михайлов Г.П., Эйдельнант М.П. // Высокомолекулярные соединения. – 2. – 287. – 1960.

6. Матис И.Г. Электроемкостные преобразователи для неразрушающего контроля. – Рига: Зинатне, 1982.