Волокнистые электроизоляционные материалы

Тема 6.4 Органические диэлектрики

Органическими называются материалы, содержащие соединения углерода, который способен образовывать с другими элементами большое количество химических соединений с разнообразным строением и размерами молекул.

В природе существуют как низкомолекулярные углеродные соединения (мономеры), молекулы которых содержат единицы и десятки атомов, так и высокомолекулярные соединения (полимеры), молекулы которых содержат многие тысячи атомов.

Полимеры

В электроизоляционной технике применяют как синтетические полимеры, получаемые методом химического синтеза, так и при­родные полимеры.

В настоящее время природные смолы используются в меньшей степени. Наиболее широкое применение находят синтетические полимеры, которые получают из мономеров путём полимеризации и поликонден­сации.

Полимеризация – это реакция, при которой из мономера получают полимер без изменения элементар­ного химического состава вещества.

Поликонденсация – это реакция между раз­нородными мономерами, при которой образование полимера идет с вы­делением побочных веществ: воды, водорода, аммиака и др.

По характеру строения молекул полимеры делят на линейные и пространственные. Молекулы линейных полимеров имеют вид цепочек или нитей, изогнутых и переплетенных друг с другом. Линейные полимеры сравнительно гибки и эластичны; многие из них при умеренном повышении температуры размягчаются, а затем рас­плавляются, (например капрон, нейлон). Они растворяются в подходящих по составу раствори­телях.

Молекулы пространственных (трехмерных) полимеров развиты в пространстве в различных направлениях более равномерно, и имеют более компактную форму. Пространственные полиме­ры обладают большей жесткостью; размягчение их происходит лишь при высоких температурах, а многие из них еще до достиже­ния температуры размягчения химически разрушаются (сгорают, обугливаются), например фенолоформальдегидные смолы. Пространственные полимеры растворяются с трудом, многие из них практически нерастворимы.

По тепловым свойствам полимеры подразделяют на термо­пластичные и термореактивные материалы.

Термопластичные материалы (термопласты) при нагревании размягчаются и постепенно превращаются в гус­тые жидкости. К этой группе следует отнести полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид и др.

Термореактивные (реактопласты) ма­териалы при нагревании в исходном состоянии плавятся, но при достаточной выдержке при высокой температуре затвердева­ют с необратимым изменением свойств, при температуре 200⁰ обугливаются и разрушаются. К термореактивным диэлек­трикам относят резольные смолы и пластмассы на их основе (гетинакс, текстолит), кремнийорганические и эпоксидные смолы и др.

Полимеры делятся на полярные и не полярные. Не полярные применяются как электроизоляционные материалы чаще. К ним относится полиэтилен, полистирол, политетрафторэтилен (фторопласт).

Пленочная изоляция

Эти материалы представляют собой тонкие пленки, изготовлен­ные различными способами в зависимости от исходного полимера. Для повышения механической прочности пленки применяют тот или иной прием ориентации молекул полимера, в результате чего они вытягиваются в определенном направлении и закрепляются в таком состоянии.

Лаки и эмали, компаунды

Лаки – это смолы, битумы, высыхающие масла, разбавленные растворителями бензолом, толуолом, спиртом, ацетоном и др. При сушке лака растворитель улетучивается, а лаковая основа переходит в твердое состояние, образуя лаковую пленку. Эта плен­ка может быть гибкой или хрупкой в зависимости от свойств плен­кообразующих веществ, составляющих лаковую основу. В состав лака могут входить пластификаторы – вещества, прида­ющие лаковой пленке пластичность (например, касторовое масло), и сиккативы - жидкие или твердые вещест­ва, вводимые в некоторые лаки для ускорения высыхания.

По назначениюлаки разделяют на: пропи­точные, покрывные и клеящие.

Пропиточные лаки применяют для пропитки пористой и волокнистой изоляции (бумаги, ткани и др.) с целью повышения влагостойкости и нагревостойкости изо­ляции, улучшения ее теплопроводности, увеличения механической и электрической прочности.

Покрывные лаки служат для образования на поверхности лакируемых изделий механически прочной, гладкой, блестящей, влагостойкой пленки.

Клеящие лаки применяют для склеивания между собой твердых диэлектрических материалов, например, листочков рас­щепленной слюды при изготовлении миканитов, фольгированных материалов, листов пакетов трансформаторов и т. д. Клеящие лаки должны обладать: высокой клеящей способностью, хорошими электрическими и механическими свойствами и технологичностью.

По химическому составу лаковой основыэлектроизоляционные лаки делят на лаки на основе синтетических полимеров, маслосодержащие лаки, лаки на основе природных смол и эфиров целлю­лозы.

Эмали - представляют собой лаки, в основу которых введены мелкодисперсные неорганические наполнители, являющиеся одновременно и красителями (пигментами). Наполни­тели улучшают нагревостойкость и теплопроводность лаковой пленки, повышают ее твердость. Используют эмали для поверхностных покрытий различных деталей и элементов радио­электроники.

Компаунды - это электроизоляционные материалы, состоящие из смеси различных смол, битумов, масел и др. В момент примене­ния компаунды представляют собой жидкости, которые постепенно отвердевают, превращаясь в монолитный твердый диэлектрик. Если компаунд в исходном состоянии тверд, его перед употребле­нием нагревают, чтобы получить массу достаточно низкой вяз­кости.

Волокнистые электроизоляционные материалы

Волокнистые материалы состоят из отдельных тонких, обычно гибких волокон, отличающихся большой величиной отношения длины к толщине. Их можно разделить на природные и синтети­ческие.

К природным волокнам относят материалы растительного про­исхождения (хлопок, бумагу), животного происхождения (шелк, шерсть) и минерального происхождения (асбест).

Группу синтетических волокон составляют полистирольные, полиэтилентерефталатные, полиамидные, полиэфирные, полиэтиле­новые и другие волокна, изготавливаемые путем вытягивания со­ответствующих полимеров из растворов и расплавов. В эту группу следует также отнести ацетатный и медно-аммиачный шелк и стек­лянные волокна.

Электроизоляционные бумаги. Из древесины, путем ее химиче­ской переработки, получают техническую целлюлозу (клет­чатку), которая является сырьем при изготовлении электроизоля­ционных бумаг.

По назначению электроизоля­ционные бумаги делят на конденсаторную, ка­бельную, пропиточную и др.

Конденсаторная бумага является наиболее тонким и высококачественным видом электроизоляционных бумаг. Выпускается толщиной от 4 до 30 мкм в рулонах 12-750мм её основные параметры: электрическая прочность 6,6, Uпр =240-600В в зависимости от толщины. Применяется для изоляции силовых высоковольтных конденсаторов в сочетании с синтетическими плёнками.

Пропиточная бумага используется в производстве обыкновенного и фольгированного гетинакса.

Намоточная бумага применяется в производстве бумажно-смоляных изделий (цилиндров, трубок), а также изоляционных прокладок, шайб и др. деталей изоляции силовых трансформаторов и высоковольтных выключателей.

Электротехнический картон отличается повышенной толщиной, высокой механической прочностью, достаточной гибкостью и низкой стоимостью. Наиболее широко используется в сочетании с трансформаторным маслом для изготовления главной изоляции трансформаторов и др. маслонаполненной аппаратуры, а также для изготовления шайб, прокладок, цилиндров и др.

Пропитанные волокнистые материалы (лакоткани, изоляцион­ные ленты и др.). Общими свойствами этих материалов являются высокая механическая прочность при малой толщине, гибкость, хорошие электрические свойства, стойкость к действию влаги.

Лакоткань - это гибкий, механически прочный электроизоляционный материал, представляющий собой ткань, пропитанную лаком. Для их изготов­ления применяют хлопчатобумажные, шелковые и стек­лянные ткани, а также ткани из синтетических волокон. Пропитку производят кремнийорганическими, полиэфирными, полиэфирно-эпоксидными, масляными, битумно-масляными и др. лаками. Для повышения механических свойств в лакотканях применяют капроновые ткани, а для повышения нагревостойкости применяют стеклянные ткани.

Лакоткани, находят широкое применение в производстве трансфор­маторов, дросселей, а стеклоткань марки Ф-4Д-Э01 используют для изготовления фольгированного материала ФАФ-4, предназна­ченного для оснований печатных схем.