Трудногорючие и негорючие жидкие материалы: хлордифенилы, кремнийорганические, фторорганические жидкости и др.: состав, структура, свойства, применение.

Хлорированные жидкости, т.е. синтезированные путем замены водорода в молекулах углеводородов хлором. Наибольшее применение из них нашли хлорированные дифенилы общей формулы С₁₂Н_10-nCl_n, где n = 3 – 6. Это вещества, имеющие в своем составе двойное бензольное кольцо, т.н. дифенильное. Хлордифенилы – хорошие диэлектрики. Они имеют наибольшую диэлектрическую проницаемость  = 5 – 6 по сравнению с трансформаторным маслом вследствие высокой полярности связи электроотрицательного хлора с дифенильным кольцом. Тангенс угла диэлектрических потерь tg не намного больше, чем у масла, электрическая прочность также высока. Все хлорированные дифенилы негорючи. Они являются высокотоксичными жидкостями и сильно влияют на озоновый слой. Это весьма значительные дефекты веществ этого типа.

Большое применение среди них принадлежит пентахлордифенилу (ПХД) С₁₂Н₅Cl₅, а также соволу, по составу, близкому к ПХД. Пентахлордифенил – прозрачное бесцветное вещество с плотностью 1,5 г/см³, очень вязкое, негорючее, не окисляется, имеет высокое значение температуры застывания +5 °С, электрическая прочность при 20 °С равна 14 – 18 МВ/м. Это его небольшой недостаток. Данная жидкость используется взамен конденсаторного масла при пропитки низковольтных бумажных конденсаторов с повышенной ёмкостью.

В некоторых случаях для заливки в трансформаторы применяют жидкость, называемую гексол. Она имеет следующий состав: 20 % совола и 80 % гексахлорбутадиена – С₄Cl₆. Температура застывания этого диэлектрика достигает –60 °С. При разбавлении совола трихлорбензолом образуется бесцветная негорючая жидкость совтол-10, имеющая ещё большую температуру застывания, чем у гексола. Она применяется как заменитель трансформаторного масла для заливки взрывоопасных трансформаторов.

Кремнийорганические жидкости относятся к элементоорганическим соединениям и являются представителями большого класса веществ, представляющими промежуточное звено между неорганическими силикатами и органическими соединениями. В их состав наряду с кремнием и кислородом входят водород и углерод. Основа молекул – силоксановая цепь, образованная чередующимися ядрами кремния и кислорода, боковыми ответвлениями которой являются различные углеводородные радикалы, такие как метил СН₃, этил С₂Н₅, фенил С₆Н₅ и другие [–Si(R, R')–O–Si(R, R')–O–Si(R, R')]_n. В зависимости от природы радикалов получены термопластичные полисилоксаны линейного строения и термореактивные с пространственными структурами, а от степени полимеризации и молекулярной массы – это вязкие жидкости, твёрдые хрупкие (пластики), а также эластичные (каучуки) вещества. Все кремнийорганические соединения обладают большей термостабильностью по сравнению с органогенными (углеводородными) соединениями. Поэтому полисилоксаны относятся к классу высоконагревостойких.

Значительное различие между электроотрицательностями углерода и кремния обеспечивает органическим радикалам достаточную подвижность, а как следствие и высокую пластичность силоксановой цепи. Поэтому цепи хорошо скручиваются в спирали, которые окружают нейтральные углеводородные радикалы. При таком строении полярность кремнийкислородной связи компенсируется, и вещества обладают некоторыми отличительными от углероводородных полимеров свойствами. Это хорошие диэлектрические характеристики, высокая термостабильность, гидрофобность и незначительные силы межмолекулярного взаимодействия.

Кремнийорганические жидкости, имеющие в составе лишь углеводородные радикалы и силоксановые цепи, еще называют силиконовыми маслами. Они обладают малой зависимостью вязкости от температуры, а именно, в температурном диапазоне –70 ÷ +50 °С для метилсилоксанов она изменяется всего лишь в 29 раз, когда у минеральных масел – почти в 400 раз.

Фторорганические жидкости являются фторпроизводными органических углеводородов и ещё называются перфторуглероды. Синтезированы и применяются следующие из фторорганических жидкостей: перфторпентан С₅F₁₂, перфторгексан С₆F₁₄, перфтортриэтил(пропил, бутил)амин и т.п. Их пары не образуют с воздухом взрывоопасных смесей. Все жидкости бесцветны, не имеют запаха, нетоксичны, являются низковязкими, в том числе в низкотемпературной области. Они обладают малой гигроскопичностью, большой теплопроводностью и дугостойкостью; высочайшей нагревостойкостью, очень низким тангенсом угла диэлектрических потерь tg – менее 10^–4, полностью негорючи. Их диэлектрическая проницаемость равна 1,8 – 2,0;  более (10¹² – 10¹⁵) Ом•м, электрическая прочность достигает до 5•10⁴ кВ/м. Перфторуглероды имеют высокие термическую (устойчивы до температуры более 400 С) и химическую стабильность, они инертны по отношению к металлам, твёрдым диэлектрикам, резинам, воде. Однако в них хорошо растворяются любые газы. Фторорганические соединения менее вязки, с низким поверхностным натяжение, высоким коэффициентом теплового расширения, легколетучи. Поэтому при их эксплуатации необходима герметизация, заливаемого ими оборудования. Высокий коэффициент температурного расширения приводит к возникновению мощных конвективных потоков. При этом конвективный теплоотвод оказывается в 3 – 4 раза выше, чем у трансформаторного масла. Ряд жидкостей имеют точку замерзания –70 С и ниже. Они обладают также высокими изоляционными свойствами, хорошо отводят тепло, по сравнению с нефтяными маслами и кремнийорганическими углеводородами. Главный недостаток перфторуглероды дороже трансформаторного масла в несколько десятков раз.

Фторорганические жидкости применяются для охлаждения мощных выпрямителей и инверторов, преобразующих переменный ток в постоянный, для СВЧ устройств, в качестве пропиточных и заливочных жидкостей конденсаторов и трансформаторов, а также для испытания элементов радиоэлектроники при низких и высоких температурах. Кремнийорганические и фторорганические жидкости по нагревостойкости относятся к классу С.