Что не относится к электроизоляционным полимерам
Полимерные электроизоляционные материалы и их использование
Слово «полимер» происходит от «мономер», заменой приставки «моно» на приставку «поли», означающую «много». Дело в том, что в процессе химического синтеза полимеры получают из мономеров: полиэтилен — из этилена, полистирол — из стирола, поливинилхлорид (ПВХ, полихлорвинил) — из винилхлорида (хлорвинила) и т. д.
Так получают каучуки и резины, синтетические смолы и текстолиты, лаки и клеи, волокна и пластики, герметики, замазки и прочее. Широкое применение находят полимеры в качестве электроизоляционных материалов. О них и пойдет речь далее.
Все полимерные материалы, применяемые в качестве электроизоляционных, можно легко разделить на четыре типа по их характерным физическим особенностям: термопласты, реактопласты, слоистые пластики и пластики (пластические массы). Рассмотрим каждый тип полимеров отдельно.
Яркие представители термопластов: поливинилхлорид, полиэтилен, полистирол, полипропилен, полиформальдегид, полиамиды, полиакрилаты, фторопласты и т. д. Кстати, все представители термопластов кроме фторопластов легко склеиваются и свариваются.
Из термопласта, когда он перешел под действием высокой температуры в вязкотекучее состояние, можно формовать изделия, либо аналогичным путем перерабатывать отходы из термопластов. Термопласты легко поддаются литью и экструзии. При этом не происходит реакций превращения термопластов, они могут быть многократно переработаны и переформованы.
Типичный представитель изделия из термопласта — ПВХ-изолента. Если ее немного разогреть, то она размягчится, но после остывания вновь станет довольно плотной. ПВХ-изолента во все времена пользовалась популярностью у специалистов по электромонтажным работам.
В отличие от чистых термопластов, реактопласты представляют собой такие полимеры, которые от термического воздействия сначала переходят в вязкое пластическое состояние, а затем в твердое неплавкое и нерастворимое состояние.
Если попытаться повторно расплавить затвердевший реактопласт, то он уже не станет таким же вязким, а если продолжить разогрев — необратимо разрушится. Так происходит потому, что переработка реактопластов сопровождается необратимой химической реакцией, и если изделие сформировано, то дальнейшая его переформовка невозможна.
К реактопластам относятся: аминопласты, силиконопласты, фенопласты, эпоксидопласты, уретано-пласты, анилинопласты и прочие. Полиэфирные и эпоксидные, карбидные и фенлоформальдегидные смолы — лежат в основе наиболее распространенных реактопластов. Как правило, реактопласты тверже термопластов, а изделия из них зачастую содержат наполнители, такие как сажа, мел, стекловолокно и т. д.
Пример особого изделия из реактопласта — термоусаживаемая трубка или термоусаживаемый рукав. Обработанный радиацией полимер при нагревании сожмется, но обратно разжать его вам уже не удастся. Такие трубки применяются для изоляции электротехнических изделий и проводов.
К слоистым пластикам относится множество материалов, включающих листовые волокнистые наполнители и полимеры, пропитанные наполнителями и склеивающими составами, превращающими отдельные листы — в плотные многослойные пластики.
Листовые электроизоляционные материалы как раз и изготавливают в основном из слоистых пластиков, поскольку из них удобно получать листы нужных толщины и размера, требуемой формы поверхности.
Яркие представители слоистых пластиков — текстолит, гетинакс, древеснослоистые пластики, асбестотекстолит и т. д.
В основе гетинакса — бакелит и бумага. Слой бакелитового лака наносят на бумагу, затем сворачивают бумагу в несколько слоев, после чего отправляют под пресс высокого давления в условиях повышенной температуры.
Термическое действие на бакелит переводит его в новое — в неплавкое и нерастворимое состояние — получается прочный листовой материал высокой твердости, обладающий отличными электроизоляционными свойствами. При этом материал хорошо режется, сверлится, пилится — легко поддается механической обработке.
Из гетинакса делают детали различных электротехнических изделий, которым необходима надежная изоляция, например изоляционные стойки и шайбы. Заменив бумагу на ткань, получим уже не гетинакс, а текстолит — более прочный, износостойкий слоистый пластик.
Текстолит по устойчивости на трение превосходит некоторые металлы, не даром из него иногда делают шестерни механизмов. Стеклотекстолит — еще более стойкий материал — стеклянная ткань делает его нагревостойким.
Фольгированный стеклотекстолит и фольгированный гетинакс традиционно применяют для изготовления печатных плат различных электронных устройств: с одной или с двух сторон на такой стеклотекстолит нанесена медная оксидированная фольга (она включена в процесс формирования слоистого пластика на стадии прессования с клеем).
Для особых применений фольга может быть никелевая или хромированная. Когда шаблон дорожек печатной платы перенесен на слой фольги, ненужную фольгу вне шаблона стравливают (например хлорным железом), оставляя медные дорожки. После этого дорожки изолируют паяльной маской, а на плату монтируют (паяют к дорожкам) радиодетали.
Следующий тип электроизоляционных полимеров — пластические массы (пластики, пластмассы). Они производятся из натуральных и синтетических полимеров, которые и определяют их свойства. Кроме основного полимера, в пластмассу добавляется пластификатор, наполнитель, краситель, стабилизатор.
На диэлектрические свойства пластмассы, на ее теплостойкость и влагопоглощение очень влияет наполнитель, который может быть минеральным или органическим, порошкообразным или волокнистым, листовым или слоистым.
Примеры порошкообразных наполнителей: слюда, сажа, древесная мука, графит, кварцевая мука, тальк, металлический порошок и т. д. Примеры волокнистых наполнителей: стеклянное волокно, асбест, очесы хлопка, мелкокрошенная бумага, древесная крошка и т. д. Слоистые: стеклоткань, асбестовая ткань, бумага, х/б — ткань, древесный шпон и т. д.
Для придания пластику эластичности, к нему добавляют пластификатор. Пластификатор повышает относительное удлинение, уменьшает сопротивление разрыву. Для получения нужного цвета, правильного декоративного эффекта — добавляют краситель. Стабилизатор необходим для того, чтобы пластмасса на протяжении всего срока эксплуатации изделия сохранила свои свойства, и не разложилась бы от действия тепла или солнечных лучей.
Нередко пластики производят только из полимера, не добавляя ничего: оргстекло, винилпласт (пластмасса из хлорвинила), полистирол, полиэтилен и т. д. Зачастую пластики прессуют в формы под давлением в условиях высокой температуры, и получают таким образом полностью готовые изделия.
Когда изделие должно, по замыслу разработчика, содержать какую-то другую деталь, скажем металлическую гайку или втулку, то деталь просто запрессовывается или встраивается еще на стадии формовки.
Если изоляционный материал необходим потребителю не в виде детали, а просто как расходный материал, то он продается традиционно в виде литов, рулонов или расфасован в тару.
Пример пластмассовой электроизоляции — оболочка силового кабеля ВВГ, применяемого для передачи и распределения электроэнергии.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Виды, свойства и область применения электроизоляционных материалов
Любое электрическое оборудование, включая генераторы, силовые установки и распределительные устройства, состоит из токоведущих частей. Для надежной и безопасной эксплуатации последние должны быть защищены друг от друга и от воздействия окружающих компонентов. В этих целях используются электроизоляционные материалы.
Важно, чтобы обмотка на якоре была отделена от его сердечника, виток возбуждения – от аналогичной детали, полюсов и каркаса агрегата. Материалы, которые применяются для изоляции чего-либо от воздействия электрического тока, называются диэлектриками. Стоит отметить, что такие изделия бывают двух типов – одни абсолютно не пропускают ток, другие – хоть и делают это, но в мизерных количествах.
При создании подобных материалов применяют органические и неорганические элементы вкупе с различными добавками, необходимыми при пропитке и склеивании. В последнее время широкую популярность набирает жидкая изоляция для проводов, часто используемая в выключателях и трансформаторах (например, трансформаторное масло). Не реже в электротехническом оборудовании применяют газообразные диэлектрики, вплоть до обычного воздуха.
Электроизоляционные материалы и сферы их применения
К основным областям применения электроизоляционных материалов можно отнести различные промышленные ветви, радиотехнику, приборостроение и монтаж электрических сетей. Диэлектрики – это основные элементы, от которых зависит безопасность и стабильность работы любого электроприбора. На качество и функциональность изоляции влияют различные параметры.
Таким образом, главная причина применения электроизоляции – соблюдение правил безопасности. В соответствии с ними строго запрещено эксплуатировать оборудование с частично или полностью отсутствующей изоляцией, поврежденной оболочкой, поскольку даже малые токи могут нанести вред человеческому организму.
Свойства диэлектриков
Для того чтобы гарантировать выполнение важных функций, электроизоляционные изделия должны обладать необходимыми свойствами. Основное отличие диэлектрика от проводника – намного большее удельное сопротивление (100-1100 Ом*см). С другой стороны, их электрическая проводимость в 14-15 раз ниже токоведущих жил. Связано это с природным происхождением изоляционных материалов, в составе которых намного меньше свободных отрицательных электронов и положительно заряженных ионов, влияющих на токопроводимость.
Важно! Несмотря на последнее высказывание, при нагревании любого диэлектрика количество ионов и электронов существенно возрастает, из-за чего повышается электрическая проводимость и возникает риск пробоя током.
Все свойства диэлектриков можно разделить на две основные группы – активные и пассивные, при этом вторая является наиболее важной. К пассивным относится диэлектрическая проницаемость: чем меньше ее значение, тем более надежным и качественным является изолятор, поскольку он не оказывает негативного влияния на электрическую схему и не добавляет паразитные емкости. С другой стороны, если изделие эксплуатируется в роли диэлектрического конденсатора, то проницаемость должна быть максимально высокой (паразитные емкости в данном случае важны).
Параметры изоляции
К числу основных относятся:
Оценивая качество и эффективность диэлектриков, и сравнивая их свойства, нужно выявить зависимость перечисленных параметров от значений тока и напряжения. По сравнению с проводниками электроизоляционные компоненты имеют повышенную электрическую прочность. Учитывая сказанное выше, не менее важным является то, насколько хорошо изоляторы сохраняют свои полезные свойства и удельные величины при нагревании, увеличении напряжения и других воздействиях.
Классификация диэлектрических материалов
Выбор того или иного изоляционного материала зависит от мощности тока, протекающего по проводникам оборудования. Существует несколько критериев для классификации диэлектриков, но наиболее важными являются два – агрегатное состояние и происхождение. Для изоляции шнуров бытовых электроприборов используют твердые изоляторы, трансформаторов и прочего высокомощного оборудования – жидкие и газообразные.
Классификация по агрегатному состоянию
По агрегатному состоянию выделяют три типа диэлектрических материалов – твердые, жидкие и газообразные.
Твердые диэлектрики
Электроизоляционные материалы данного типа считаются наиболее распространенными и популярными, используются практически во всех сферах, где присутствует оборудование с токоведущими частями. Их качество зависит от некоторых химических свойств, при этом диэлектрическая проницаемость может быть совершенно разной – 10-50 000 (безразмерная величина).
Твердые изоляторы бывают полярными, неполярными и сегнетоэлектрическими. Главное отличие трех разновидностей – принцип поляризации. Основными свойствами данных материалов являются химическая стойкость, трекингостойкость и дендритостойкость. От химической стойкости зависят возможности диэлектрика противостоять воздействию агрессивной среды – кислотам, щелочам, активным жидкостям. Трекингостойкость влияет на защиту от электрической дуги, дендритостойкость – от появления дендритов.
Керамические изоляторы эксплуатируют как линейные и проходные диэлектрики в составе подстанций. Для защиты бытовых электрических приборов могут применяться текстолиты, полимеры и бумажные изделия, промышленного оборудования – лаки, картон и различные компаунды.
Сочетая несколько разных материалов, производителям диэлектриков удается получить особые свойства изделия. Благодаря этому повышается устойчивость к нагреву, воздействию влаги, экстремально низких температур и даже радиации.
Наличие нагревостойкости говорит о том, что изолятор способен выдерживать высокие температуры, но в каждом отдельном случае максимальная планка будет разной (она может достигать и 200, и 700 град. Цельсия). К числу таковых относятся стеклотекстолитовые, органосиликатные и некоторые полимерные материалы. Фторопластовые диэлектрики устойчивы к воздействию влаги, могут эксплуатироваться в тропиках. Вообще фторопласт не только гидрофобен, но еще и негигроскопичен.
Если в состав электротехнического оборудования включены атомные элементы, то важно использовать изоляцию, устойчивую к радиоактивному фону. На помощь приходят неорганические пленки, часть полимеров, стеклотекстолиты и различные слюдинитовые изделия.
Жидкие диэлектрики
Диэлектрики в подобном агрегатном состоянии зачастую эксплуатируются в промышленном электрооборудовании. Наиболее ярким примером являются трансформаторы, для безопасной работы которых требуется специальное масло. К числу жидких диэлектриков можно отнести сжиженный газ, парафиновое или вазелиновое масло, спреи, дистиллированную воду, которая была очищена от солей и других примесей.
Жидкие электроизоляционные материалы описываются следующими технико-эксплуатационными характеристиками:
Величина физических параметров жидких диэлектриков зависит от степени их чистоты (загрязнения). Наличие твердых примесей в воде или масле приводит к существенному повышению электрической проводимости, что связано с увеличением числа свободных электронов и ионов. Жидкости очищаются разными методами, начиная от дистилляции и заканчивая ионным обменом. После выполнения данного процесса повышается электропрочность материала и снижается его электропроводность.
Жидкие электроизоляторы можно разделить на три основные группы:
Газообразные диэлектрики
Самыми популярными газообразными диэлектриками считаются электротехнический газ, азот, водород и воздух. Все они могут быть разделены на две категории – естественные и искусственные. К первым относится воздух, который часто эксплуатируют в качестве диэлектрика для защиты токоведущих частей линий электрической передачи и машин.
Наряду с преимуществами, есть у воздуха недостатки, из-за чего он не подходит для эксплуатации в герметичном оборудовании. Поскольку в его состав входит большое содержание кислорода, то данный газ является окислителем, поэтому в неоднородном поле существенно снижается электрическая прочность.
Азот – отличный вариант для изоляции силовых трансформаторов и высоковольтных линий электропередач. Помимо хороших изоляционных свойств, водород способен принудительно охлаждать оборудование, поэтому зачастую применяется в высокомощных электромашинах. Для герметизированных установок подойдет электротехнический газ, при использовании которого снижается взрывоопасность любых агрегатов. Электротехнический газ часто эксплуатируется в высоковольтных выключателях, что обусловлено способностью к гашению электрической дуги.
Классификация по происхождению
По происхождению диэлектрики делятся на органические и неорганические.
Органические диэлектрики
Органические электроизоляционные изделия можно разделить на естественные и синтетические. Все материалы, относящиеся к первой категории, в последнее время практически не эксплуатируются, что связано с увеличением производственных мощностей синтетических диэлектриков, стоимость которых намного ниже.
Естественными диэлектриками являются растительные масла, парафин, целлюлоза и каучук. К синтетическим материалам можно отнести пластмассы и эластомеры разных типов, применяемые в бытовых приборах и другой электротехники.
Неорганические диэлектрики
Электроизоляционные материалы неорганического типа бывают естественные и искусственными. Из компонентов природного происхождения можно выделить слюду с большой устойчивостью к воздействию химически активных веществ и высоких температур. Не менее популярными являются мусковит и флогопит.
Искусственные диэлектрики – стекло в чистом или разбавленном видах, фарфор и керамика. Материалам данной категории зачастую придают особые свойства, добавляя в их состав различные компоненты. Если изолятор проходной, то нужно применять полевошпатовую керамику с большим тангенсом диэлектрических потерь.
Волокнистые электроизоляционные материалы
Волокнистые диэлектрики эксплуатируются для защиты различного оборудования. К числу таковых относятся каучук, целлюлоза, различные ткани, нейлоновые и капроновые изделия, полистирол и полиамид.
Органические волокнистые диэлектрики имеют высокую гигроскопичность, поэтому практически никогда не используются без специальной пропитки. В последние годы вместо органических изоляторов применяют синтетические волокнистые изделия с ярко выраженной нагревостойкостью.
В качестве примера можно выделить стеклянные волокна и асбест: первые пропитываются лаками и смолами, улучшающими гидрофобность, вторые характеризуются минимальной прочностью, поэтому в их состав добавляют хлопчатобумажные элементы. Речь идет о материалах, которые не плавятся при нагреве.
Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов
Класс нагревостойкости диэлектриков указывается буквой латинского алфавита. Перечислим основные из них:
Выбор электроизоляционных материалов зависит не только от мощностей оборудования, но и от условий его эксплуатации. Например, для высоковольтных линий электропередач должны использоваться диэлектрики с повышенной морозостойкостью и защитой от воздействия ультрафиолетовых лучей.
Таким образом, информация выше может использоваться только в качестве ознакомительных целей, а окончательное решение должен принимать профессиональный, квалифицированный специалист.
Напишите пожалуйсат общие свойства твердых полимерных электроизоляционных материалов.
Полимерами называют высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых состоят из большого числа повторяющихся звеньев, образованных исходными мономерами.
Степень полимеризации – число молекул мономера, объединившихся в одну молекулу полимера. Например, полистирол имеет степень полимеризации около 6000, а полиэтилен – 28500. Молекулы – полимеры образуются благодаря разрыву двойных химических связей молекул – мономеров. По своему строению полимеры могут быть линейными и пространственными.
Линейные полимеры гибки, эластичны и легко растворимы. Линейная структура макромолекул способствует получению полимерных волокон, каучуков, пленок.
Пространственные полимеры обладают большей жесткостью, чем линейные и их размягчение происходит при очень высоких температурах. Пространственные полимеры трудно растворимы.
Термопластичными называют полимеры, способные при многократных нагревах и охлаждениях размягчаться и затвердевать.
Термореактивные полимеры при нагреве претерпевают необратимые изменения свойств и затвердевают, приобретая значительную механическую прочность и твердость.
Полимеры имеют очень большое значение в производстве многих изделий электротехнической, электронной, радиотехнической и других отраслях промышленности. Они применяются в качестве отдельных компонентов при изготовлении электрической изоляции или непосредственно.
Волокнистые электроизоляционные материалы
Волокнистыми называют материалы, состоящие из частиц удлиненной формы – волокон. К ним относят дерево, бумагу, картон, фибру, текстильные материалы, синтетические волокна, стеклоткани.
Волокнистые материалы имеют высокую электрическую прочность и относительно невысокую стоимость. Однако они гигроскопичны и имеют низкий класс нагревостойкости: в непропитанном состоянии – класс Y, в пропитанном состоянии – класс A.
Одним из первых электроизоляционных материалов, применявшихся в электротехнике, является дерево. В непропитанном состоянии древесина обладает очень низкими и нестабильными изоляционными свойствами. Поэтому она применяется в качестве электроизоляционного или конструкционно-изоляционного материала только в пропитанном состоянии. В качестве пропитывающих веществ используют парафин, олифу, нефтяное масло, смолы. Однако пропитка не устраняет полностью гигроскопичность древесины. В связи с чем, для улучшения влагостойкости детали из древесины покрывают изоляционным лаком или олифой с последующим запеканием при высокой температуре.
На сегодняшний день наибольшее применение имеют следующие породы дерева: бук, береза, дуб, ольха, клен. Древесина, как правило, используется для изготовления изолирующих штанг, различных опор и крепежных деталей.
При изготовлении высоковольтных конденсаторов используют конденсаторную бумагу – высококачественную тонкую (порядка 10 мкм) бумагу с хорошими изоляционными свойствами.
В кабельной технике применяют кабельную бумагу в качестве изоляции силовых высоковольтных кабелей высокого и низкого напряжений (толщина 0,1 мм; ).
Кабельная полупроводящая бумага применяется для экранирования изоляции силовых высоковольтных кабелей. Слой лент этой бумаги накладывается поверх токопроводящей жилы и поверх изоляции кабелей с напряжением 20 кВ и выше.
Бумага электротехническая общего назначения
Бумаги из синтетических волоконн
Картонн отличается от бумаги большей толщиной. Картон используют в пропитанном состоянии в качестве межобмоточной и межфазовой изоляции в трансформаторостроении.
Фибра – это многослойный пергаментированный картон. Фибру используют
в качестве изоляционного и дугогасящего материала. При воздействии электрической дуги фибра разлагается, выделяя большое количество газов, способствующих гашению дуги. В связи с этим, фибровые трубки применяются для изготовления «стреляющих» разрядников.
Органический текстиль применяется в качестве защитных покровов кабелей и в изоляции электрических машин. Органический текстиль включает: материалы из натуральных волокон, материалы из искусственных волокон и материалы из синтетических волокон.
Материалы из натуральных волокон бывают следующих разновидностей: хлопчатобумажная пряжа, кабельная пряжа, хлопчатобумажные изоляционные ленты, изоляционный шелк. Данные материалы применяются в качестве верхних защитных покровов изоляции.
Материалы из искусственных волокон бывают следующих разновидностей: вискозный шелк, ацетатный шелк. Ткани из этих волокон прочны и эластичны.
Материалы из синтетических волокон бывают следующих разновидностей: полиамидное волокно (капрон), лавсан