Исходя из ранее установленных корреляционных зависимостей между механической прочностью и электрофизическими свойствами полимеров [1], основанных на однотипном влиянии степени структурной упорядоченности, дефектности и молекулярной подвижности на данные параметры, было предложено производить модификацию и улучшение электрических параметров по уже известным изменениям механических прочностных свойств.
В работах, представляющих собой описания научных открытий [2] были обнаружены и описаны явления дискретности характеристик полимеров и твердых тел, заключающиеся в том, что при внешнем воздействии возникает дискретный спектр прочности и долговечности, обусловленный гетерогенностью строения, наличием дискретно распределенных по размерам дефектов. Открытия позволили обнаружить два прочностных состояния полимеров: низкопрочное (при толщине пленок более 50 мкм) и высокопрочное (пленки с толщиной менее 50 мкм). При этом показан механизм низкой прочности массивных образцов и высокой прочности тонких пленок и многослойных стопок из тонких пленок. Открытия позволили разработать теорию многоэлементного масштабного эффекта, позволяющего создавать высокопрочные композиционные материалы с высокими механическими свойствами. При этом при увеличении числа отдельных тонких моноэлементов (пленок) происходит увеличение разрывной прочности, увеличение долговечности и снижение дисперсии (разброса значений механической прочности при статистических испытаниях).
В качестве примера использования такой взаимосвязи и ранее описанных открытий приведем использование полимерных стопок в электроизоляционных материалах, используемых в различных отраслях промышленности, в частности, в радиотехнической, кабельной, микроэлектронике и т.д. В настоящее время в качестве электроизоляционных материалов используются классические полимеры, представляющие собой массивные блоки, пластины или пленки из полиимидов, ПЭТФ, ПВХ, ПТФЭ, ПЭ, ПС и др. Недостатком однослойных блочных и пленочных полимерных диэлектриков является сравнительно низкое значение электрической прочности, что приводит к необходимости значительного повышения толщины изолятора для надежной работы при заданном высоком напряжении.
Указанную задачу можно решить использованием в качестве электроизоляционного материала многослойную структуру, выполненную из нескольких слоев тонких однотипных пленок, объединенных в стопу. Под однотипными следует понимать пленки, полученные из одного и того же материала одинаковым способом. При этом при размещении отдельных однотипных по химическому составу пленок толщиной менее 80 мкм в стопу значение пробойного электрического напряжения материала увеличивается на несколько порядков.
Конфигурация пленок в стопе не имеет никакого значения. Существенное влияние на результат оказывает лишь количество пленок в стопе и их толщина – чем больше в стопе пленок и при этом, чем меньше толщина одной пленки, тем выше электрическая прочность конечной многослойной структуры.
Если, например, необходимо получить диэлектрик для плат печатного монтажа или тонкопленочной микросхемы, из такой стопки-книжки вырубаются заготовки под размеры и конфигурацию будущей электронной платы. Заготовку платы сажают на посадочное место. Далее, при необходимости экранизации, на нижний слой в стопе методом вакуумного напыления наносится экранирующее металлическое покрытие. На верхний слой стопы (в случае одностороннего монтажа) методом напыления или гальваники наносятся токопроводящие дорожки, к которым припаиваются радиокомпоненты. В случае обычного монтажа в стопке проделываются сквозные отверстия, в которые вставляются выводы радиокомпонентов. Монтаж получается надежным, а пробойное напряжение сверхвысоким, что позволяет использовать плату при высоких напряжениях в высоковольтной технике.
Аналогично изготавливают гибкие печатные (ленточные) соединительные кабели и гибкие катушки индуктивности, высоковольтные конденсаторы с малым значением диэлектрических потерь.
Было обнаружено, что в диэлектриках из многослойных структур проявляется не только эффект высокого увеличения электрической или механической прочности, но так же и эффект сверхнизких значений тангенса угла диэлектрических потерь, что позволяет использовать их в изделиях, работающих в СВЧ- диапазоне.
Использование многослойных электроизоляционных материалов хорошо вписывается в существующий технологический процесс и какого-либо дополнительного принципиально нового оборудования для внедрения многослойного электроизоляционного материала в производство не требуется. Кроме того, использование многослойных тонких электроизоляционных материалов приводит к существенному снижению материалоемкости – в частности, на многослойный изолятор при техническом требовании одного и того же пробойного напряжения требуется в несколько раз меньше материала, что удешевляет стоимость самого кабеля.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Цой Б., Лаврентьев В.В. Основы создания материалов со сверхвысокими физическими характеристиками. – М.: Энергоатомиздат, – 2004. – 400 с.
2. Цой Б. О трех научных открытиях, связанных с явлением дискретности. /Под ред. Э.М. Карташова и В.В. Шевелева. – М.: Мир, Химия, 2004. – 208 с.
Библиографическая ссылка
Лаврентьев В.В., Цой Б., Гулов А. ВЗАИМОСВЯЗЬ ПАРАМЕТРОВ КАК ОСНОВА СОЗДАНИЯ ВЫСОКОПРОЧНЫХ ПОЛИМЕРОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2006. – № 3. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=331 (дата обращения: 16.04.2024).