Руководство по материалам электротехники для всех. Часть 8

  • Tutorial
Продолжение руководства по материалам электротехники. В этой части снова пластики: полиэтилен, полипропилен и полистирол.
image

Добро пожаловать под кат (ТРАФИК)

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.)


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.

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.


Дренажная труба из полиэтилена.

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.


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, 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.

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.

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.


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

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

Полистирол, АБС-пластик


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. 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.

Ссылки на части руководства:


1: Проводники: Серебро, Медь, Алюминий.
2: Проводники: Железо, Золото, Никель, Вольфрам, Ртуть.
3: Проводники: Углерод, нихромы, термостабильные сплавы, припои, прозрачные проводники.
4: Неорганические диэлектрики: Фарфор, стекло, слюда, керамики, асбест, элегаз и вода.
5: Органические полусинтетические диэлектрики: Бумага, щелк, парафин, масло и дерево.
6: Синтетические диэлектрики на базе фенолформальдегидных смол: карболит (бакелит), гетинакс, текстолит.
7: Диэлектрики: Стеклотекстолит (FR-4), лакоткань, резина и эбонит.
8: Пластики: полиэтилен, полипропилен и полистирол.
9: Пластики: политетрафторэтилен, поливинилхлорид, полиэтилентерефталат и силиконы.
10: Пластики: полиамиды, полиимиды, полиметилметакрилат и поликарбонат. История использования пластиков.
11: Изоляционные ленты и трубки.
12: Запланирована
MakeItLab 95,12
Компания
Поделиться публикацией
AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Подробнее
Реклама
Комментарии 28
  • +1
    Про ABS-пластик хотелось бы подробнее. Это распространенный материал для печати на 3д принтерах. Как у него обстоят дела с ВЧ? Зависит ли электропроводность от температурного режима (при изготовлении и после при использовании напечатанной детали)?
    Какими электрическими свойствами обладают другие материалы для печати на 3д-принтерах?
    • 0
      Я бы сказал, что тема использования в электротехнике в разделе про полистирол/АБС вообще не раскрыта.
      • 0
        И фото все же не хватает, хоть я и знаю как выглядит и то и другое.
        • +2
          Визуально пластики различить практически нереально. На ощупь — некоторые идентифицируется. Разницу между АБС и полистиролом можно увидеть только в электронный микроскоп — у меня на работе такого нет.
          Тема идентификации пластиков вообще интересная, но в текущей версии руководства алгоритма идентификации не будет — слишком много вариаций пластиков схожим по свойствам (PE и PP, как и PET и PBT) точно различат разве что только химики. Я ходил в гости к химикам на соседний факультет, но способы которые они используют явно не для дома.
          Идентификация типа пластика важна в деле ремонта — подобрать клей, а тема клеев и герметиков в руководство не вошла, она в стадии сбора материала, все делается в свободное время, очень медленно.
      • +1

        Плюсую, не знал что абс и hips родные братья

        • +1
          Какими электрическими свойствами обладают другие материалы для печати на 3д-принтерах?

          В свое время смотрел электрические характеристики пластиков для печати на сайте одного известного производителя оборудования и комплектных материалов.
          www.3dsystems.com/materials/plastic
          • +2
            АБС всё-таки конструкционный пластик (и разработан он исходя из прочности, всё остальное вторично), я не сталкивался с его применениями именно в качестве электроизолятора. Он не проводит ток — да, в том плане что если на него положить оголенный провод — короткого замыкания не будет. Другие характеристики (тангенс угла потерь, удельное сопротивление, абсорбция и тд.) могут довольно сильно плясать в зависимости от рецептуры. Что касается ВЧ то там все еще печальнее — основные материалы полиэтилен, фторопласт, керамики, fr-4.

            Я бы даже сказал так — с бытовой точки зрения практически все, чем печатают на 3Д принтерах (ABS, PLA, HIPS, PA и т.д.) за исключением специальных проводящих филаментов ток не проводит, и на низких (до 48 В) напряжениях и частотах до пары МГц можно считать эти материалы изоляторами. На напряжениях 220В и выше применять такие изоляторы не стоит, т.к. структура отпечатка не сплошная, и даже капелька влаги будет провоцировать опасные утечки.
          • +1

            Считаю необходимым упомянуть PC+ABS — используется для корпусов печатных плат, если есть требования по горючести. Поликарбонат и полиоксиметилен защитные стекла для дисплеев и световоды.

            • 0
              Как неаккуратно… Вот не дай Бог пожарники или тем более производители ППС увидят заявление финальное… Они то заявляют, что он не горючий. ))))
              • 0

                Есть самозатухающий, все дело в добавках.

                • 0
                  Проблема не в пламени, а в продуктах термического разложения, которое с точки зрения химии тоже является по сути горением, хоть непосредственно пламени и нет. =)
                • +1
                  Люблю запах %пенопласта с бензином% поутру. Это запах победы. (с)
                  А еще эта смесь имеет свойства клея.
                  • 0
                    многие клеи так и делаются — клеевая основа замешивается в легкоиспаримом растворителе и при высыхании последнего скрепляет склеиваемые поверхности
                • 0
                  А для оптических применений разве не поликарбонат?
                  • 0
                    не только, еще как минимум полиметилметакрилат («оргстекло», «акрил», «плексигласс»). По оптическим пластикам я увы доскональный ответ дать не могу. Поликарбонат прочный, но легко царапается и разрушается ультрафиолетом, так что если и делать из него оптику, то недолговечную.
                    • 0
                      так что если и делать из него оптику, то недолговечную.

                      Производители автомобильных фар и фонарей с Вами не согласны.
                  • 0
                    ПВХ трубы под склейку лучше полиэтиленовых с заморочками на сварку.
                    • 0
                      У любой медали есть две стороны, универсального решения не бывает, решения подбираются исходя из поставленных задач.
                    • 0
                      Канистра под топливо — полиэтилен.
                      На многих автозаправках нашего города операторы категорически отказываются отпускать бензин в пластиковую тару. В т.ч. в специальные полиэтиленовые канистры для топлива, типа SCEPTER, на которой написано «для топлива» указаны номера сертификатов соответствия.
                      Аргумент — «не положено». Иногда возникают проблемы выехать на озеро с лодкой.
                      image
                      • 0
                        Причина не в статике. Бенз пробегая по шлангу немаленькую статику набирает, и при заливке в пластиковую канистру можно получить немаленькую искру, смотрите на ютубе. решение — цепь.
                        • 0
                          Так таки в статике или не в статике? Ну и, наверное, изготовитель канистр для топлива как-то думал об этом и не пожалел антистатических добавок. Да и органы сертификации, наверное, что-то проверяют, а не просто кассой работают.
                          image
                          • +1
                            Производителю канистр и не ставилась задача обеспечить залив из шланга. Там написано «хранение и транспортировка», а для заливки чрез шланг — не факт. Так же не написано что материал канистры не даёт накапливаться статике и искробезопасен.
                            • 0
                              А надпись крупными красными буквами «сертификат № ххх подтверждает разрешение на ЗАЛИВ в данную канистру бензина» от Вас ускользнула?
                              Ну и какбэ косвенным доказательством служит цитата с сайта производителя:"… Тара изготовлена из специального пластика, который не накапливает статический заряд..."
                              • +1
                                Логично, что бензин туда как-то должен попасть. Заливать можно очень по разному… поэтому просто разрешить залив бензина недостаточно. Что подразумевается под заливом — возможно описано где-то в документации у производителя, но точно не на этикетке и прочитав этикетку каждый подумает по разному а как на самом деле подразумевалось у производителя остаётся в документации производителя. Второго уточнения может и достаточно… но это опять же касается ТОЛЬКО канистры, а что делать с БЕНЗИНОМ накопившем статический заряд?
                                • 0
                                  Во-первых, никто не будет смотреть с каой кто канистрой, этикетка может и отклеиться \наклеиться более нужная. Во-вторых, заряд накапливается не в канистре, а в самом бензине по пути из шланга.
                                  Это всё слишком сложно, а ТБ писана кровью. Проще запретить всё, и этот тут случай когда оправдано.
                                  • 0
                                    Недолив же видно будет, развели тут про статику… PS бурчание жадного автовладельца
                                    • 0
                                      Ага, т.е. бензин, «накопивший статический заряд», в металлической канистре Вас не беспокоит, как и работников АЗС. Вас также не беспокоит бензин в пластиковом баке автомобиля. А в СПЕЦИАЛЬНОЙ канистре, предназначенной для ГСМ, ой как бы чего не вышло, так?
                                      Ну и школьный курс физики во мне яростно сопротивляется накоплению статики внутри металлизированного заземленного заправочного шланга с металлическим наконечником, а также в антистатической, т.е. электропроводной канистре…
                          • +1

                            Тема ассортимента таки требует некоторого развития.
                            И в конце очередной статьи неплохо бы давать не просто ссылки 1,2,3,… а сделать их нормальным оглавлением с названиями статей.
                            Кстати если оглавление нормально дополнять во всех предшествующих статьях — получится совсем правильная навигация.

                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                            Самое читаемое