Исследование теплового расширения некоторых полимерных пленок Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ИМЕНИ С. М. КИРОВА

Том 282 1У74'

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РАСШИРЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК

В. М. АНИКЕЕНКО, Т. В. КУЛИКОВА

(Представлена научным семинаром кафедры ЭИКТ)

Полимерные пленки находят широкое применение в качестве электроизоляционных материалов при изготовлении разнообразных электротехнических изделий и конструкций. При этом в каждом конкретном случае работа пленки имеет неко-

б

2 О

-6 -8 'О -12

48 -20 -32

-26 -28

1 1

/ • •/ ___ О V» " 1 \ \ \ \

о 'ьо \ \ \ \ \ 120 160 * \ М

> з- \ \ 1 1 1 1

1\ \ и \ \ Г О ) 1 1

\ \ • 1 \ * * 1 1 1 1

\ \ \ \ \ 1 ;

\ # 1 \ 1 1

• \ 1 1

торые специфические особенности, т. е. пленки испытывают разнообразные механические, электрические и тепловые поздействия. Во всех конструкциях полимерная пленка с работает. при повышенных

«о'О*

¿1 (дел;

6

\ 5 - • / / / / /' Х/' / \

А /г,

7 ' / У « / У Л

V**_—У—* \ °/ о\ 1 \ \ \ 120 /60~\

м Ч 2 \\ \\

\\ \ \ 1 1 \

I С

Рис. 1. Зависимость теплового расширения (Л/) и коэффициента теплового расширения (ал) пленки полиэтилентерефталата (лавсан) от температуры (в поперечном направлении). 1—ал; 2— Д/ (в исходном состоянии); 3 —ал; 4 —Л/ (при повторном нагревании)

Рис. 2. Изменение Д/ и Од в зависимое' ти о'т температуры полиэтилентерефталата (в продольном направлении): 1—ал; 2 — Д/ — исходное состояние; 3 — ал; 4 — Д/ — после 24 часов старения при 140° С; 5 — ал; б — Д/— после 240 часов старения при 140°С

температурах в контакте с проводниками и электроизоляционными материалами, которые имеют различные коэффициенты теплового расширения (КТР). В связи с этим в пленках дополнительно могут возникать значительные внутренние напряжения, сопровождающиеся в ряде случаев деформациями и повреждениями ¡в виде трещин. В этой связи исследование теплового расширения пленок имеет определенное практическое значение.

В данной работе изучалась пленка с линейным и прастранственным строением молекул. В, качестве объекта исследования использованы пленка лавсан, эмальпленки на 6

основе лака винифлекс (ВЛ-931), &е<*€Л>

полиэфирамидного (ПЭ-955), по-лиэфироцианоратного (ПЭ-958) и полиэфирного (Т-35).

Тепловое расширение изучалось с помощью дилатометрического метода. Существующие конструкции кварцевых дилатометров [1, 2] не позволяют с достаточной степенью точности фиксировать тепловое расширение пленок толщиной 30—60 мк, поэтому был воспроизведен и использован универсальный прибор, предложенный в работе [3].

Тепловое расширение изучалось в интервале положительных температур от 20 до 200° С при скорости нагрева пленки 0,5— — 1 °/мин и фиксировалось с помощью микроскопа марки МИР-1М с ценой деления шкалы 36 мк. Пленки эмальлаков изготавливались на подложках методом окунания.

Характер теплового расширения пленки линейного кристаллического полимера (полиэти-лентерефталата) представлен на рис. 1, 2. Для экспериментов использовались образцы, вырезанные в двух перпендикулярных, в

продольном и поперечном, направлениях. Как видно из рис. 1, 2, в начальный период нагревания наблюдается незначительное расширение, переходящее в дальнейшем в резкое необратимое сокращение. При повторном нагревании до температуры 120—140° С наблюдается некоторое расширение пленки, затем при более высоких температурах сокращение. Такое поведение пленки лавсан вызвано ориентированным расположением молекулы, возникающим в процессе изготовления. Принудительная ориентация характеризуется неравновесным состоянием структуры, которое исчезает в процессе релаксации молекул. Релаксация в данном случае затрудняется кристаллическим строением и плотной упаковкой структуры. В связи с этим неравновесное напряженное состояние исчезает лишь после 240 часов термообработки при температуре 140° С, несмотря на то, что температура стеклования находится в интер-

Рис. 3. Изменение А/ и ал в зависимости от температуры пленок эмальлака ПЭ-958: 1 — ал; 2 — АI — неструктурированная пленка; 3 — ал; 4 — А/ — структурированная пленка; 5 — осл; 6 — АI—то же при повторном испытании

<

вале 67—81° С [4]. Данное явление следует иметь в виду при конструировании пазовой изоляции электрических машин, при изготовлении обмоточных проводов с пленочной изоляцией, когда прибегают к уплотнению изоляции путем термообработки, а также при изучении срока службы полимерной изоляции. Изменение температурного коэффициента расширения (<ал) имеет более сложный характер, и он чувствителен к внутренним перестройкам и внутренним напряжениям.

В процессе производства эмалированных проводов ориентированное положение молекул пленкообразующей основы возникает при нанесении

ю5* ¿{(дел)

20

Ю

12

• \* ^ \

— / / у

4 /¡j-} /<? \

о 3-у fl / j// / IN

о о о" ' ° —— >v ¿-С-; ' Г/ /

л "2

Ыо Ю5 (dej)

Ю

12

¿0

80

120

т

t°c

f\ 1

4 ° J „/ к

i -V 4 \jP i / Xе/ / \\

/ ./ У V V^e 1 J°>

*0 so \ 120 . 0/ Ч60

t°c

Рис. 4. Зависимость А/ и ал от температуры пленки эмальлака ПЭ-955: 1—ал; 2•— А/ — исходное состояние; 3 — ал; 4 — А/ — после 24 часов старения при 180° С; 5 — ал; 6 — Д/— после 240 часов старения при 180° С

Рис. 5. Зависимость А/ и ал от температуры пленок эмальлака BJI-931: 1—ал; 2 — АI — исходное состояние; 3 — ал 4 — А/ — после 24 часов старениия при 180° С; 5—ал; 6 — А/ — после 72 часов старения при 180°С

лака на провода. Стабилизации такого состояния способствует образование пристенных слоев на границе металл — лак [6, 5], процесс структурирования, а дезориентации — релаксационные процессы в период испарения растворителя и начала поликонденсации. При дальнейших термообработках неравновесное состояние постепенно уменьшается, уровень внутренних напряжений снижается, чем и можно объяснить изменение величины перепадов ТКРал для пленок лака ПЭ-958 (рис.3), ПЭ-955 (рис. 4) и ВЛ-931 (рис. 5). Величина ТКР практически для всех эмаль-пленок в интервале температур 20—200° С изменяется в пределах (2ч-20• 10-5 1/°С), что примерно на один порядок выше ТКР металлов. Такое различие температурных коэффициентов расширения может привести к возникновению значительных внутренних напряжений. Величина напряжений в эмалевой изоляции проводов и других изделий может оцениваться в достаточной степени точности для области упругих деформаций при наличии зависимости ал=/(7° С) и модуля упругости Е = }(1° С).

ЛИТЕРАТУРА

1. Г. М. Б а р ж н о в, В. И. П а р ц м а и. «Заводская лаборатория», т. 28, № 21,

1962.

2. Н. С. Новосельцев. Практикум по сегкетоэлектрикам. Ростовский университет, 1958.

3. И. Ф. К а й м и и ь и др. «Пластические массы», № 9, 1966.

4. Конструкционные свойства пластмасс. Под ред. Э. Б ер а. «Химия», 1967.

5. Ю. М. Мали некий. О влиянии твердой поверхности на процессы релаксации и структурообразования в пристенных слоях полимеров. «Успехи химии», т. XXXIX, вып. 8, 1970.

6. А. И. Кислов. Исследование электрических адгезионных и физико-механиче-ских свойств электроизоляционных лаковых покрытий при структурной пластификации. Диссертация, 1968.