Мир глазами инженера Блог о технике и науке

2Май/180

Книга. Руководство по материалам электротехники ч.7

Продолжаем. Синтетических диэлектриков так много что в одну часть они все не влезут.

Полиэтилен

В зависимости от условий синтеза, у молекул полиэтилена может быть разной структура, поэтому отличают:
Полиэтилен низкой плотности (высокого давления — по условиям синтеза). (LDPE — Low density Polyethylene) молекулярные цепочки имеют много ветвлений
Полиэтилен высокой плотности (низкого давления — по условиям синтеза). (HDPE — High density Polyethylene) молекулярные цепочки длинные и мало ветвятся.

Есть и другие варианты, сверхвысокомолекулярный полиэтилен UHMWPE, полиэтилен сверхнизкой плотности ULDPE и так далее.

Полиэтилен еще может быть "сшитым" PE-X, когда химически или физически, например радиацией, провоцируют создание поперечных химических связей между длинными
молекулами полиэтилена. Молекулы, связанные поперечными "мостиками", придают изделиям дополнительную прочность и термостойкость.

Физические свойства зависят от типа полиэтилена. LDPE более гибкий, сильнее растягивается прежде чем порваться. HDPE жёсткий. Также важны различные добавки и наполнители, которые вводят в полиэтилен, они могут радикально изменить свойства полимера.

Химические свойства практически одинаковые для всех типов полиэтилена.

Плюшки

Химически стоек, кислоты, щелочи, растворители не оказывают на него влияния (за редким исключением). Пластиковая канистра со злобной химией — это полиэтилен. Канистра под топливо — полиэтилен. (Стойкость прямо зависит от температуры, в нагретых неполярных растворителях вполне себе набухает и растворяется.)

Гибкий — позволяет изготавливать гибкие сильфоны, дозаторы, емкости. Полиэтиленовая канистра вполне может выдержать падение на пол с высоты в пару метров без разрушения. Корпуса автомобильных аккумуляторов иногда делают из полиэтилена (стоек к кислоте и при распухании банок не потрескается). Трубопровод из полиэтилена не
боится морозов, если вода в такой трубе замерзнет, то стенки трубы просто растянутся, а не лопнут, как это бывает с металлами.

Вязкий. Полиэтилен, особенно низкой плотности, мягкий и тянется, при этом не склонен легко рваться (нет эффекта расстегивающейся молнии), что позволяет использовать его в броне. Местами может заменять резину, например, различные отбойники — амортизаторы. Строительные каски изготавливают из полиэтилена.

Светостоек (только с добавками). В отличии от других видов полимеров сочетает гибкость с устойчивостью к УФ. Поэтому у проводов для уличного применения ПВХ заменяют на полиэтилен. Разница особенно заметна на морозе, ПВХ дубеет сильнее полиэтилена при низких температурах. Без добавок, увы, разрушается, полиэтиленовая пленка оставленная на улице на третий сезон превращается в труху.

Низкая адгезия — следствие химической стойкости. Это одновременно и плюс и минус. Полиэтилен крайне трудно окрашивать и клеить, требуются специальные ухищрения, обработка поверхности, создание промежуточных слоев. При этом адгезия всё равно крайне низка, такая склейка не может держать высокую нагрузку. По этой же причине
окраска полиэтилена обычно производится в массе при изготовлении добавкой красителя в сырьё, а не покраской поверхности.Это делает полиэтилен идеальным материалом для изготовления тюбиков клея, например застывший "супер клей" в таком тюбике легко счистить с носика. Невозможность прочной склейки определяет основной способ соединения полиэтиленовых деталей — сварка.

Как отличить полиэтилен от других пластиков?
При горении пахнет парафином (свечкой). При этом хорошо плавится. Изделия из полиэтилена маркируются знаками (Знаки переработки нарисованы пользователем Tomina и взяты из Википедии.):

Полиэтилен высокой плотности (низкого давления)

Полиэтилен низкой плотности (высокого давления)

Казалось бы — полиэтилен идеальный материал для труб, такие трубы никогда не сгниют, на морозе не полопаются. Собственно из полиэтилена и делают трубы для подачи воды, для канализации. Но только для холодной воды.  Полиэтилен размягчается при 80°С, плавится уже при 135°С (Примерные значения, зависит от сырья, добавок и модификаций, сшитый PE-X полиэтилен более термостойкий). По этой причине труба из немодифицированного полиэтилена для горячей воды под давлением может раздуться и порваться.

Дренажная труба из полиэтилена.

Тем не менее, трубы из сшитого полиэтилена используют для водопровода, в т.ч. и горячей воды (вода, поступая от котельной заметно может остыть и далеко не во всех домах развивает хотя бы 65°С). Ограниченно может применяться для отопления.

Примеры применения (в электронной технике)

Изоляция проводов и кабелей. Полиэтилен с добавкой стабилизаторов и красителей — материал изоляции провода СИП — способного работать на открытом воздухе под солнцем десятки лет.

Изоляторы ВЧ разъемов, материал изоляции внутренней жилы коаксиального кабеля. При работе изоляции с переменным током высокой частоты (более 1 МГц) на первый план выходит ряд специфических характеристик материала, таких как, например, диэлектрическая абсорбция. В итоге то, что хорошо работает на постоянном токе в высокочастотной технике начинает разогреваться, вносить потери.

Корпуса приборов и изделий, сепараторы, держатели. Различные емкости для жидкостей, трубочки.

Упаковочный материал. Не только в виде пленки, но и в виде листов вспененного полиэтилена.

Изоляция клеммных колодок сделана из полиэтилена. Старайтесь не использовать дерьмовые (В них плохо всё, и конструкция, и материал. Не верьте номинальным токам, указанным на упаковке. Хороший клеммник давит на  провод плоскостью пластинки, а не острием винта, и имеет термостойкую  изоляцию.) клеммники как на фото, термостойкость изоляции недостаточна и при нагреве изоляция стекает, к тому же горит. Изоляция сердцевины коаксиального кабеля из полиэтилена, наружная чёрная оболочка — из ПВХ.

Полипропилен

Полимер похожий на полиэтилен (дополнительный боковой хвостик у молекулы мономера) но с несколько отличными свойствами. Более термостойкий, более жёсткий, менее химически стойкий.

По прежнему плохо (но уже чуть лучше чем полиэтилен) склеивается и окрашивается.

Из полипропилена изготавливают трубы для холодной и горячей воды (так как температура плавления полипропилена порядка 170°С то горячую воду такие трубы держат уверено, особенно если имеют армирующий слой, не требуется дополнительных мер по сшивке как у полиэтилена). Трубы соединяют сваркой.

К сожалению, полипропилен очень похож на полиэтилен высокой плотности как по физическим, так и по химическим свойствам, поэтому надежного способа различить эти два типа полимеров меж собой я не смог найти. Они слегка отличаются по запаху при горении и по температуре размягчения.

Огромное количество полипропилена расходуется на разного рода упаковку — стаканчики, блистеры и т. д.

Прессованное полипропиленовое волокно — материал фильтров, стойких к влаге и агрессивным химическим веществам.

Фильтрующий картридж из полипропилена для фильтров воды. Полипропиленовые волокна навиты и спрессованы так, что задерживают частицы крупнее 5 мкм.

 

Нетканное полотно из полипропиленовых волокон — дешевый заменитель ткани. Нетканное полотно — ткань, полученная способом, аналогичным изготовлению бумаги — волокном покрывают ровную поверхность и волокна слипаются между собой в хаотичном порядке. Дополнительно полотно может "прошиваться" спеканием в точках по сетке. Такое полотно менее прочно, чем плетенная ткань, но ЗНАЧИТЕЛЬНО проще в производстве и дешевле. Одноразовая одежда, фильтры, одноразовые влажные салфетки — это всё изделия из нетканного полотна.

В электронной технике полипропилен используется в виде пленки — изолятора в пленочных конденсаторах.

Прочность и дешевизна полипропиленовых труб а также простота их соединения позволяет создавать из них прочные объемные конструкции — от фотобокса до двухъярусной детской кровати.

Различные пленочные конденсаторы. Белый конденсатор на заднем фоне имеет полипропиленовую изоляцию.

Полистирол, АБС-пластик

Полистирол в чистом виде прозрачный хрупкий пластик.

Оптический полистирол — один из немногих полимеров, обладающий отличными  оптическими качествами и пригодный для изготовления линз, призм и других оптических приборов. Многие другие полимеры, например полиэтилен, полипропилен пропускают свет, но изготовленный из них блок на просвет будет мутным. В сочетании с низким весом и меньшей хрупкостью, по сравнению со стеклом, полностью вытеснил стекло из очков (Помимо полистирола, очковые линзы изготавливаются из поликарбоната, CR-39 и других оптических полимеров).

Оптические компоненты бытовой электронной техники — объективы фотоприемников, фонарей, светорассеиватели фотовспышек — изготовляются из оптического полистирола
с последующим нанесением покрытий, если требуется. Такая оптика дешевле стеклянной.

С хрупкостью полистирола борются, вводя в него вязкие эластичные добавки — эластификаторы, например полибутадиен. Модифицированный таким образом полистирол значится как "ударопрочный полистирол" или high-impact polystyrene — HIPS (В советской литературе АБС относится к разновидности ударопрочных полистиролов, но на практике его выделяют отдельно).

Если при производстве к стиролу при полимеризации добавлен сопролимер акрилонитрил, а также бутадиен, то получившийся прочный пластик называется АБС-пластик (Акрилонитрил-Бутадиен-Стирол). Полибутадиен — это резина, в АБС пластике он присутствует в виде мельчайших вкраплений, добавляя прочности и упругости.

Вспененный полистирол, пенополистирол мы все помним как "пенопласт", упаковочный материал, теплоизолятор в технике и в строительстве. Сильно горюч, что ограничивает его применение в строительстве.

Полистирольная пленка используется как диэлектрик в некоторых моделях конденсаторов. HIPS и ABS используются только как конструкционные материалы. Специально для активистов 3Д печати стоит отметить, хоть ABS и HIPS не проводят электрический ток, изготавливать из них изделия работающие при напряжении более 48 Вольт я бы не рекомендовал — слоистая структура отпечатка к сожалению способствует удержанию влаги в изделии, что может создавать ощутимые утечки при высоком напряжении.

Фторопласт-4 (политетрафторэтилен PTFE)

Уникальный по своим свойствам пластик. Чаще всего молочно белый скользкий пластик. Чистый фторопласт-4 мягкий — царапается ногтем.

"Клей для фторопласта" стоит на одной полке с философским камнем, святым граалем и другими фантастическими артефактами. Фторопласт настолько химически инертен, что ни в чем не растворяется, даже не набухает. Золото хоть в царской водке растворяется, а фторопласту глубоко плевать на все эти растворители. Как итог — ничем не красится, ничем не клеится. (Если честно, способ склейки фторопласта существует, но он явно не для каждой мастерской. Подробнее описано тут. )

Фторопласт — термостойкий полимер, легко выдерживает температуру +250°С. При температурах выше 415°С разлагается. При этом нагреванием фторопласта его можно размягчить, но в вязкотекучее состояние он не переходит, начиная разлагаться, поэтому изделия из фторопласта получают прессованием мелкодисперсного порошка с последующим спеканием.

В быту чаще всего вы сталкиваетесь с фторопластами под торговой маркой "тефлон" покрытие сковородок антипригарным слоем — это всё фторопласт. (В силу химической инертности фторопласта такие сковороды абсолютно безопасны... если их не перегревать. При перегреве покрытие начинает разрушаться с выделением вредных веществ. Вcе остальные страшилки про PFOA (PFOA — Perfluorooctanoic acid, перфтороктановая кислота, едкая, токсичная, иногда используется в процессе нанесения покрытий из тефлона, разрушается при последующем отжиге изделий. Скандал был связан с отравлением окружающей среды заводом, который сбрасывал PFOA в сточные воды. Следовые количества
PFOA в готовых изделиях не наносят сколько-нибудь значимого вреда здоровью.) актуальны для работников производств, а не потребителей продукции).

Фторопласт имеет очень низкое сопротивление скольжения, поэтому фторопласт-4 — хороший материал для подшипников скольжения. Но в чистом виде проявляет склонность к ползучести — под нагрузкой постепенно течет, впрочем, этого недостатка лишены другие фторполимеры.

Отдельно хочется упомянуть монтажный провод во фторопластовой изоляции — МГТФ (МГТФ — Монтажный Гибкий Теплостойкий изоляция из Фторопласта.), белый провод, который часто можно найти внутри военной аппаратуры. У нас его несложно купить, стоит дешево. Если же поискать на ebay "teflon insulated wire" то стоит раза в 3 дороже минимум. Он гибкий, сохраняет гибкость в широком диапазоне температур, не боится кратковременных перегрузок — изоляция не стекает. При пайке изоляция у него не "ползет" от нагрева, что позволяет зачистить кончик в 0,5 мм и припаять к ножке микросхемы в TQFP\footnote{TQFP - Thin Quad Flat Pack, разновидность корпусов микросхем} корпусе без лишних неудобств. К сожалению, в силу особенностей производства изоляции (навивка тонкой пленки фторопласта на жилу) такой провод не подходит для работы во влажной среде.

Примеры применения

Лента ФУМ (Фторопластовый Уплотнительный Материал) в сантехнике для герметизации резьбовых соединений. Также используется как уплотнительные прокладки шара в шаровых кранах.

Диэлектрик в высокочастотных разъемах. Фторопласт удерживает центральный электрод разъема,в отличии от полиэтилена позволяет не беспокоиться при
пайке, что изолятор поплывет от нагрева.

Высокочастотные разъемы. Изолятор левого изготовлен из полиэтилена, правого — из фторопласта. Корпуса разъемов посеребрены.

Изоляция термостойких проводов. Провод МГТФ — монтажный провод в устройствах авиационного назначения.

Моток провода МГТФ сечением 0,35 мм2. Характерный розоватый оттенок — медь просвечивает через фторопласт.

Источники

Фторопласт продается множеством фирм в виде прутков, трубочек (электроизоляционных, поэтому тонкостенных), листов. В крепежных магазинах бывает в виде втулок, шайб.

Фторопластовая пневматическая трубка пригодна не только как трубка для пневмоустройств в агрессивных средах, но и как вставка в экструдеры 3D принтеров, термостойкость и скользкость фторопласта там подходит идеально.

Стеклохолст пропитанный фторопластом — продается в хозяйственных магазинах как мат для выпечки, выглядит как тонкий лист ткани желтоватого цвета. (Не путать с силиконовым матом который выглядит как тонкая резина. В описании на коробке должен быть указан политетрафторэтилен (PTFE) или тефлон.) Таким материалом закрыты например нагреватели у запайщиков пакетов — именно благодаря ему пленка не прилипает.

Поливинилхлорид — ПВХ

Сам по себе ПВХ жёсткий пластик, но введением в состав пластификатора можно сделать его гибким. Часто в обиходе используется название "Винил". Винипласт - название материала из ПВХ без пластификатора (жёсткий). Выпускается в том числе в виде листов, пленок.

Тройник, уголок, крепежные скобы для гофроканала, герметичный кабельный ввод — изготовлены из не пластифицированного ПВХ.

Примеры применения

Изоляция проводов — достаточно трудно в быту найти провод с изоляцией не из ПВХ.

Изолента — всем известная синяя изолента это ПВХ Серая гофра для укладки проводов в строительстве — ПВХ. (чёрная гофра — полиэтиленовая) Различные надувные игрушки — ПВХ.

Плюшки

Добавкой антипиретиков горючесть снижается до "не поддерживает горение, самозатухает". (Сам по себе ПВХ без пластификатора не горит,  горючесть появляется из-за пластификатора, которую и снижают антипиретиками.)  Практически все провода общего назначения имеют изоляцию из ПВХ.

Неплохо склеивается, как специальными клеями для ПВХ, так и цианоакрилатными, полиуретановыми. (Свищ в надувной игрушке из ПВХ неплохо заклеивается полиуретановым клеем).

Минусы

Не морозостойкий. При -15°С провода наушников из ПВХ позволяют держать их горизонтально к земле. При -30°С вполне реально могут поломаться. По этой причине кабельные заводы требуют перед размоткой катушек с проводами дать им отлежаться в тепле.

Не светостойкий. ПВХ на солнце разрушается, становится хрупким. Поэтому на улице используются полиэтиленовые (чёрные) гофроканалы, а не ПВХ (серые)

Оболочка коаксиального кабеля с изоляцией из ПВХ. Кабель для внутренней проводки провисел на улице несколько лет. Изоляция полностью разрушилась.

При нагревании выделяет едкий ядовитый дым, содержащий в том числе  HCl (соляную кислоту). Этот дым разъедает оптику, поэтому ПВХ практически не режут на
станках лазерного раскроя. Использование ПВХ панелей в отделке катастрофически увеличивает токсичность дыма при пожаре.

Миграция пластификатора. У пластифицированного (мягкого) ПВХ пластификатор не вступает в прочную химическую связь с полимером, поэтому со временем пластификатор может мигрировать, испаряться из изделия, особенно из  приповерхностных слоев. Нагрев, контакт с некоторыми горюче-смазочными веществами  и растворителями может ускорять этот процесс. Итогом такой метаморфозы является "дубение" изделия, появление трещин. Если планируется длительная работа изделия, и требуется эластичность, то стоит посмотреть в сторону эластомеров.

Относительно недавно был скандал как раз связанный с выделением пластификатора из кабеля. Спустя некоторое время кабель начинал плакать маслом, но это не чудо, а выделение пластификатора из заполнителя кабеля. Гуглить по ключевым словам "кабель NYM потёк".

Полиэтилентерефталат (ПЭТФ)

Другие название этого полимера — полиэстер, ПЭТ, майлар (Под майларом чаще всего имеют ввиду ПЭТ пленку.), лавсан(ЛАВСАН — Лаборатория Высокомолекулярных Соединений Академии Наук) С этим полимером вы сталкиваетесь каждый день — бутылки для воды и напитков получают из него. Волокно из полиэтилентерефталата идет на изготовление флисовой ткани. Это удивительно, но толстовка из флиса и бутылка из под газировки сделаны из одного и того же полимера. Шуршащая прозрачная упаковочная пленка, часто ошибочно называемая целлофаном — это ПЭТФ.

ПЭТФ обычно прозрачный (Прозрачный в аморфном и белый в кристаллическом, состояние зависит от скорости охлаждения.) пластик, выпускается в виде листов, преформ для изготовления бутылок, в виде пленки.

Отличить ПЭТФ от полиэтилена, полипропилена несложно — температура плавления ПЭТФ порядка 250°С, поэтому паяльник разогретый до 200°С не должен вызывать плавления материала. Впрочем, уже при температуре 100°С тару их ПЭТФ может довольно сильно деформировать из-за внутренних напряжений без плавления.

Примеры применения

Помимо применений описанных выше используется в качестве диэлектрика в пленочных конденсаторах. «Майларовые» или полиэтилентерефталатные конденсаторы обычно
отдельный раздел каталога радиодеталей. Есть довольно интересный старый рекламный фильм компании DuPont о майларе.

Фольговый пленочный конденсатор с изоляцией из полиэтилентерефталатной пленки.

Пленочные электрические конденсаторы, слева — полипропиленовые, справа — полиэтилентерефталатные. Отличить конденсаторы можно только по маркировке.

Полиэтилентерефталат иногда используется как материал одноразовых печатных плат, например для RFID  меток.

RFID метки, материал основы — полиэтилентерефталат, проводники антенны выполнены в виде алюминиевого напыления. В центре — микросхема.

Источники

В зависимости от потребной толщины пленку из ПЭТФ можно получить:

0,2–0,4 мм — стенки бутылок из под воды, газировки

0,1 мм — пленка для печати на лазерном принтере (используется для проведения презентаций с обычным проектором)

0,015 мм — кулинарные пакеты для запекания

0,012 мм (с металлизацией) — "спасательное одеяло" полотно из ПЭТФ пленки с металлизацией для отражения световых и ИК лучей, входит в состав аптечек.

0,125–0,08 мм — конверты для ламинирования документов, но имеют нанесенный по всей поверхности клеевой слой.

Силиконы

Кремнийорганические соединения, коих превеликое множество. Основой полимера является скелет из -Si-O-Si-O- атомов с различными боковыми хвостиками у кремния,
в отличие от -C-C-C-C- скелета полиэтилена/полипропилена и т. д.

Управляя химическим составом и степенью полимеризации при производстве получают  силиконы с различными свойствами — от жидких смазок и жидкостей, заканчивая  эластомерами и смолами. Несмотря на это, у силиконов прослеживаются общие свойства.

Силиконы химически инертны. Не настолько, как политетрафторэтилен, но достаточно, чтобы делать из него имплантаты, лить в бытовую химию, добавлять в пищу (Например пищевая добавка Е900 — Диметилполисилоксан, пеногаситель.). Из пищевого силикона делаются формочки для выпечки, коврики для выпекания, различную посуду.

Низкая адгезия ко многим материалам. Следствие химической инертности — к силиконам практически ничего не липнет. Это хорошо, если вы в нем готовите, но плохо, если вам нужно приклеить отвалившуюся силиконовую ножку от ноутбука (Из бытовых клеев хоть как то прилипает к силикону цианоакрилатный (суперклей, жидкий, который мгновенно склеивает пальцы),  но всё равно держит плохо.). Из-за химического сродства хорошо липнет к стеклу.

Высокая температурная стабильность. Силиконовые эластомеры остаются гибкими на лютом морозе и не оплывают при высокой температуре. Некоторые силиконы выдерживают температуру +300°С.

Силиконовую резину от других видов резин можно отличить если ее сжечь, силикон оставляет белый пепел из диоксида кремния, обычная резина — чёрный
пепел из углерода.

Примеры применения

Изоляция проводов. Как только изоляция из ПВХ вызывает сомнения по нагревостойкости её заменяют на силиконовую. Провода в силиконовой изоляции используются как выводы мощных аккумуляторов с большими пиковыми токами, для подключения ксеноновых ламп, галогеновых ламп. Так получилось, что на постсоветском пространстве, если вам нужен термостойкий тонкий монтажный провод — то проще купить провод МГТФ с фторопластовой изоляцией, чем с силиконовой. Силовые же провода в силиконовой изоляции
купить проще, чем монтажные.

Провод РКГМ 2,5 — термостойкий провод с изоляцией из кремнийорганической (силиконовой) резины, многожильный с наружной оплеткой из стекловолокна. Рабочая температура -60°С +180°С

Эластичные элементы. Трубки, демпферы, прокладки, уплотнители и т. п.

Источники

Силиконовые герметики, в том числе и термостойкие — в строительных магазинах, в автомобильных магазинах.
Силиконовый мат для выпекания — отличный материал для вырезания прокладок, мембран.
Двухкомпонентные силиконовые литьевые составы — пригодны для отливки изделий из силикона, в т. ч. пищевого назначения — в магазинах для творчества.
Силиконовые трубочки можно купить в магазинах самогоноварения.

Полиимиды

Полиимиды — целый класс полимеров, но в основном речь именно о каптоне. Каптон - термостойкий гибкий прозрачный полимер желтого цвета. Часто путают с полиамидом,
в силу созвучности. Иногда фигурирует под торговой маркой «каптон» (См. раздел «изоленты», там есть каптоновая лента) Держит температуру до +400°С, на холоде не дубеет.

Примеры применения

Термостойкий диэлектрик. Нагревательный элемент клей-пистолета из керамики наверняка завернут в пленку каптона, для изоляции электродов от корпуса.

Материал для изготовления гибких печатных плат. Часто в электронных устройствах можно встретить гибкие печатные платы, которые изгибаются и соединяют блоки в роли шлейфа, попутно имея на себе припаянные радиоэлементы.

Разъём, гибкий шлейф, микросхема усилителя — смонтированы на подложке из полиимида.

Полиамиды

Еще один класс полимеров. Наверняка вы знакомы с полиамидом-6 и с  полиамидом-6.6, но не по химическому названию, а по торговой марке — это капрон и нейлон.

Полиамиды используются широко, от оболочек некоторых колбас и заканчивая женскими колготками.

Капрон в виде стержней, листов, блоков имеет название «Капролон», может быть антифрикционным, за счет добавок графита, дисульфида молибдена. Из капролона, к примеру, изготавливаются ходовые гайки механизмов, как дешевая альтернатива бронзе.

Полиамид с наполнением из стекловолокна — очень прочный материал, из такого пластика изготавливают механически нагруженные детали — детали мебели, шестеренки, корпуса.

Примеры применения

Нейлоновые стяжки — незаменимая вещь в организации жгутов из проводов, быстром и надежном закреплении всего и вся.

Волокна — канаты, веревки, бечевка, нитки. В качестве армирующих нитей в некоторых типах кабелей.

Ходовые гайки — дешевая замена бронзе в ходовых гайках станков и механизмов.

Различные изделия из нейлона — шестерни, стяжки.

Полиметилметакрилат — ПММА

Другие названия — плексиглас, оргстекло, акрил. Прозрачный хрупкий пластик. Устойчив к УФ(с добавками), ГСМ.

Довольно популярный материал среди самодельщиков — режется лазером, фрезеруется. Хорошо формуется в разогретом состоянии, гнется. Прозрачные держатели товаров на
витринах, прозрачные полусферы, рельефные световые короба — это всё ПММА.

Полиметилметакрилат выпускается как прозрачным, так и окрашеным. Стержни на фото используются как световоды.

Растворяется в дихлорэтане, который часто ошибочно называют "клей для оргстекла", при сгибании лопается, а не белеет в месте сгиба. Запах горящего ПММА ни с чем не спутать.

Используется в различных световодах, светопрозрачных конструкциях. Низкая пластичность и склонность трескаться ограничивает применение ПММА в задачах, где нужна защита от ударов.

Наверное самый доступный из прозрачных полимеров, можно купить как в листах, так в и стержнях, блоках. Хорошо склеивается, полируется, обрабатывается.

Поликарбонат

Прозрачный прочный пластик. В отличие от ПММА обладает лучшей ударной вязкостью, что делает его предпочтительнее в задачах где нужна прочность, там где  поликарбонат выдержит, ПММА покроется трещинами. Поликарбонат прозрачен в видимом и ближнем ИК диапазоне, но поглощает весь ультрафиолет короче 400 нм. Поэтому даже прозрачные строительные очки защищают глаза не только от осколков, но и от ультрафиолета (например при работе с источниками УФ излучения, когда под рукой нет специализированной защиты.)

Не стоек к органическим растворителям, контакт с бензином, маслами может вызвать разрушение и появление трещин.

Изделия из поликарбоната — защитные очки и компакт диск.

Примеры применения

Компакт диски. Прозрачная основа диска — поликарбонат.
Основа оптических линз (чаще всего покрывается защитными слоями, поликарбонат легко царапается).
Благодаря высокой ударопрочности — различные защитные шлемы, маски, визоры, защитные очки.
Сотовый поликарбонат — экструдированные панели из пластика — используются в теплицах.

Недостатки

Без добавления специальных присадок разрушается на солнце. Это явление можно видеть к примеру на старых дешевых поликарбонатных теплицах или по помутнению фар старых автомобилей.

Фары автомобиля. Левая изготовлена из поликарбоната и от воздействия солнца пластик помунтнел. Правая изготовлена из силикатного стекла и устойчива к солнечному свету.

Термоклей

Практически в любом магазине для творчества можно приобрести термоклеевой пистолет и стержни с клеем для него. Такой пистолет разогреваясь расплавляет стержни из клея, выдавливая его при нажатии на рычаг. Такой клей отлично липнет ко всем поверхностям, застывает не меняясь в объёме.

Удобство использования, быстрая фиксация, большой объём клея позволяющий заполнять им большие зазоры сделало термоклей очень популярным не только в творчестве, но и в производстве не очень качественной электроники. Таким клеем фиксируют провода в корпусе, светодиоды в отверстиях, переключатели на своих местах и т. д. Жаргонное название "китайские сопли" термопластичный клей получил как раз из-за популярности у производителей самых дешевых изделий из китая.

Производители редко афишируют характеристики термоклея, доступного в строительных магазинах, хозтоварах, зачастую единственной характеристикой является диаметр стержня, иногда температура плавления. Но постараемся восполнить этот пробел.

Пистолет и стержни из клея.

Стержни клея часто сделаны на базе этиленвинилацетата — смеси двух мономеров, из которых состоят известные нам полиэтилен и поливинилацетат (ПВА) с которым мы сталкиваемся в виде водной дисперсии под названием "клей ПВА". Пропорции мономеров в составе клея влияют на его стоимость и на температуру плавления — чем больше доля винилацетата — тем она ниже.

Плюшки

Клей не проводит ток. Им можно спокойно заливать собранные на весу схемы для придания им хоть какой то прочности.
Условно разборное соединение. Достаточно нагреть феном деталь и клей размягчится настолько, что можно произвести разборку.
Можно использовать как герметик. При создании прототипов может быть удобно залить таким клеем все щели и обеспечить герметичность прибора, залив в том числе такие сложные места как ввод проводов.

Минусы

Горячий. Как пистолет, так и клей нагревается до 180–250°С то можно получить ожоги, при этом клей в расплавленном состоянии очень липкий, так что быстро стряхнуть его не выйдет.

Узкий рабочий температурный диапазон. Наверное наиболее важный пункт. Клей хорошо работает только при комнатной температуре. Примерно при температурах ниже 5°С  становится хрупким, а при температурах выше 60°С слишком мягким. Автор практиковал способ "разборки" изделий обильно залитых таким клеем в виде замораживания в морозильной камере с последующим разбиванием — термоклей в холодном состоянии легко выкрашивался и отлипал от поверхностей.

Не атмосферостойкий. Не пригоден для использования под открытым небом — даже одного скудного уральского лета достаточно, чтобы клей пожелтел, стал хрупким и потрескался.

Сравнительная таблица материалов

На GT в комментариях просили такую табличку.

Материал Плотность
(г/см3)
Температура
стеклования
°С
Макс. рабочая
температура
°С
Температура
плавления
°С
Склеиваемость Водопоглощение
%
Теплопроводность
Вт/мм*К
Теплоемкость
кДж/кг*К
 Фарфор  2,3–2,5  1000–1200  Отлично  0,1–0,8   0,25–1,6  0,7–1,5
 Оконное стекло  2,25  Отлично   0,96
 Боросиликатное стекло  2,23  450  Отлично   1,05   0,83
 Кварцевое стекло  2,0–2,2  1000  Отлично   1,38  1,05
 Слюда  2,3–3,0  150–750  Отлично  1,3–5,5   0,46–0,71   0,8
 Асбест  1,0–3,0  400–500  Отлично  10  0,16  1,05
 Алюмооксидная керамика  3,6–3,9  1000–1500  Отлично  0,02–0,1  25-36
 Бумага  0,7–1,2  90  Отлично   0,05
 Парафин  0,88–0,91  35   45–65  Никак  0,25
 Масло   0,89–0,95  80–90  -  0,15
 Фанера (дерево)  0,5–1,0  100–120  не плавится  Отлично  5–10  0,14–0,17  2,3
 Карболит (бакелит)  1,25–1,30  105–120  не плавится  Отлично
 Гетинакс  1,35–4  185–193  не плавится  Отлично  0,23   1,4
 Текстолит  1,3–1,45   130–140  не плавится  Отлично  0,7–0,9
 Стеклотекстолит (FR-4)  1,6–1,9  207–283  не плавится  Отлично 0,1  0,25
 Лакоткань  105–180  Отлично
 Натуральная резина   0,9–1,5  -40–20  70  не плавится  Отлично  0,13–0,23  1,3–1,4
 Эбонит  1,2  80  Не плавится  Отлично  0,3–1  0,16–0,17  1,43
 Полиэтилен PEHD  0,94–0,96  -125  80–90  130–140  Никак  0,3   0,35–0,51  1,9–2,3
 Полиэтилен PELD   0,9–0,93   80–90  85–125  Никак  0,3  0,25–0,34  1,7
 Полипропилен PP  0,89–0,9  -10–20  100–130  Никак  0,01–0,1  0,1–0,22
 Полистирол PS  1,05  90–110  65–90  Отлично  0,01–0,04  0,1–0,13
 Фторопласт-4 PTFE  2,3  -120  260  разлагается  Никак  0,01  0,25  1,04
 Поливинилхлорид PVC  1,4–1,7   60–100   50–80  Отлично   0,04–0,4   0,15–0,2
 Полиэтилентерефталат PET  1,37–1,45  70–80  80–140  260  Удовл.   0,1–0,3   0,15–0,4
 Силиконовые резины  1,6–1,7  180–250  Очень плохо   0,6
 Полиамиды (нейлон, капрон)  1,12–1,15  40–60  80–160  220–265   Удовл.  1,6–3,0  0,25
 Полиимиды (каптон) PI  1,42–1,65   250–365  до 400  Хорошо   1,3–4   0,1–0,35
 Полиметилметакрилат PMMA  1,2  90–110  70–90  Хорошо   0,1–0,4  0,17–0,25
 Поликарбонат PC  1,19  140–150  100–140  140  Хорошо   0,19–0,22
 Термоклей (EVA)  0,92–0,94  45–70  Удовл.  0,05–0,13  0,35

Электрические параметры:

Материал Удельное
сопротивление
Ом*мм
Тангенс
угла
потерь
Электрическая
абсорбция
Диэлектрическая
проницаемость
Электрическая
прочность
кВ/мм
 Фарфор 1011 0,009–0,02 5,7–7 25–30
 Оконное стекло 0,001 9–13
 Боросиликатное стекло 0,002 4,6–5 20–40
 Кварцевое стекло 1020 0,0002–0,002 3,8 25–67
 Слюда 0,0003–0,01 4-9 15–118
 Асбест 0,7 3,1–4,8
 Алюмооксидная керамика 1014 0,0002 9 8–15
 Бумага 0,002–0,03 2,5–3 8–40
 Парафин 0,0003 2,1–2,5 12–27
 Масло минеральное 1014-1016 0,0006–0,001 2,2–2,4 6–20
 Фанера (дерево) 1,4–2,9
 Карболит (бакелит) 1011-1012 0,05–0,12 4,5–5 15–20
 Гетинакс 1010-1011 0,15–0,4 5–6 25–35
 Текстолит 0,05–0,4 6–7 4,5–8
 Стеклотекстолит (FR-4) 108-1012 0,001–0,05 5–7 17–25
 Лакоткань 1011 24–65
 Натуральная резина 0,02–0,1 3–7 15–26
 Эбонит 1012-1013 0,005–0,08 3 17–30
 Полиэтилен PEHD 1013-1015 0,03 2,1–2,3 20–30
 Полиэтилен PELD 1013-1015 0,00035–0,0005 2,3 18–28
 Полипропилен PP 0,0002–0,0005 0,05–0,1 2,2–2,3 23–25
 Полистирол PS 1014-1015 0,0002 2,2–2,8 16–28
 Фторопласт-4 PTFE 1015-1018 0,0002 2,1 25–70
 Поливинилхлорид PVC 0,02–0,06 2,9–3,4 14–40
 Полиэтилентерефталат PET 1014-1016 0,013–0,015 0,2–0,5 3,0–4,0 15–60
 Силиконовые резины 1012-1014 0,01–0,03 3,5–5,0 18–50
 Полиамиды (нейлон, капрон) 0,02 4,0–5,0 10–30
 Полиимиды (каптон) PI 1015-1016 0,0006–0,007 3,1–3,9 87–180
 Полиметилметакрилат PMMA 1011-1012 0,02–0,08 2,8–3,8 10–30
 Поликарбонат PC 0,001–0,009 2,8–3,0 15–34
 Термоклей (EVA) 2,5–3,0 27–28

График истории промышленного применения полимеров

polymer history timeline

График истории промышленного применения полимеров

График появился из любопытства, стало интересно, из чего можно было изготовить изоляцию проводов во время второй мировой войны.(Удивительно, насколько
много времени занял поиск и обработка информации всего лишь для одной картинки.  Но, возможно, она получилась единственной в своем роде.) Поискав информацию в
интернете и ничего не найдя, пришлось перелопачивать историю по каждому  материалу в отдельности. На графике линия начинается в год, когда полимер был  презентован как коммерческий продукт, который производится тоннами и его можно купить. Плавное исчезновение линии показывает, что материал потерял популярность и был вытеснен другими материалами.

Время между открытием материала в лаборатории и его массовым синтезом на заводе различалось от нескольких лет (Нейлон, Бакелит, ПММА) до десятков лет (Полиэтилен, ПВХ). Одно дело, провести каскад реакций в лаборатории и из килограммов сырья получить один грамм материала, и другое дело — наладить быстрый недорогой синтез с хорошим выходом продукта. Кроме того перед производителями стоит проблема «курицы и яйца»: Нет спроса на полимер у производителей, так как нет завода по производству, и, следовательно, надежных поставок. А завода не построено так как нет достаточного спроса на продукт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Комментарии (0) Пинги (0)

Пока нет комментариев.


Leave a comment

Нет обратных ссылок на эту запись.