Термостойкий диэлектрик своими руками

Руководство по материалам электротехники для всех. Часть 10

Продолжение руководства по материалам электротехники. В этой части заканчиваем с диэлектриками: полиимидами, полиамидами, полиметилметакрилатом, поликарбонатом. Еще в этой части картинка на которую я убил кучу времени.

Добро пожаловать под кат (ТРАФИК)

Полиимид

(Полиимиды — целый класс полимеров, но в основном речь именно о каптоне)

Термостойкий гибкий прозрачный полимер желтого цвета. Часто путают с полиамидом, в
силу созвучности. Иногда фигурирует под торговой маркой «каптон». Держит температуру
до +400°С, на холоде не дубеет.

Примеры применения

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

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

Материал для изготовления гибких печатных плат. Часто в электронных устрой-
ствах можно встретить гибкие печатные платы на желтом прозрачном пластике, которые изгибаются и соединяют блоки в роли шлейфа, попутно имея на себе припаянные радиоэлементы. Подложка таких плат — полиимидная.

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.

Различные изделия из нейлона — шестерни, стяжки.

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.

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 отличии от ПММА обладает лучшей ударной вязкостью, что делает его предпочтительнее в задачах где нужна прочность, там где поликарбонат выдержит, ПММА покроется трещинами.

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 можно видеть на старых
дешевых поликарбонатных теплицах.

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.

Источник

Руководство по материалам электротехники для всех. Часть 9

Продолжение руководства по материалам электротехники. В этой части по прежнему разбираем пластики: политетрафторэтилен, поливинилхлорид, полиэтилентерефталат и силиконы.

Добро пожаловать под кат (ТРАФИК)

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 (или близкие по свойствам фторполимеры). (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 можно часто найти внутри военной аппаратуре. 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 (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.

Вот пост в популярном паблике ВК с видео на 1:12, вся суть которого была передана предложением выше. Я не знаю как назвать тенденцию, когда вместо абзаца текста и двух картинок записывается видеоролик на десяток минут. Меня просто переполняет негодование от тенденции ютубизации всего, про что видео не сняли того и знать не нужно.

Примеры применения

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

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

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

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 3Д 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. О писании 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. Этот дым раъедает 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 кон-
денсаторах. «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 (RFID — Radio Frequency IDentification, радиочастотная идентификация. RFID метка — это устройство, которое при облучении радиоволнами излучает в радиоэфир сигнал, с закодированной в ней информацией. Магазинные противокражные метки — частный случай RFID меток.) 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.

Источник