Волокнистые электроизоляционные материалы

Делятся на органические и неорганические (стекловолокно). Органические волокнистые материалы бывают естественные (бумаги, картоны, льняные, хлопчатобумажные ткани, шёлковые ткани, нити) и искусственные (вискозный, ацетатный, триацетатный шёлк, ткани из капрона, нейлона). Конденсаторная бумага выпускается толщиной от 4 до 24 мкм. Кабельная бумага имеет от 80 до 170 мкм, телефонная бумага имеет толщину 90 мкм. Электротехнические картоны выпускаются для работы в трансформаторном масле и в воздушной среде, их толщина от 0,1 до 3 мм. Электрические свойства:

ε= 2,5 – 3; tgδ=0,002 – 0,03; ρ_v =10⁹ – 10¹¹Ом_*см; Е_пр=8 – 40 .

Выпускаются электроизоляционные лакированные трубки - хлопчатобумажные или шёлковые чулки, пропитанные лаками. Хлопчатобумажные трубки, пропитанные бакелитовым лаком, называются кембриковыми трубками. Их диаметр от 1 до 12 мм. Пропитанные лаками ткани называются лакотканями. Они используются как межобмоточная и межслойная изоляция трансформаторов. Выпускаются также изоленты, как тканевые, пропитанные битумом, так и хлорвиниловые.

КАУЧУКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Основой для создания каучуковых материалов являются натуральные каучуки, синтетические каучуки. Натуральный каучук (НК) получают из растений каучуконосов (деревья тропических стран, одуванчик). Это аморфный материал, углеводород, имеющий состав[C₅H₈]n. При t = 50°C он размягчается и становится липким, при низких температурах хрупок, растворяется в углеводородах и сероуглероде. Структурная формула:

Натуральный каучук - неполярный материал.

Синтетические каучуки (СК) - аморфные вещества, получаемые из спирта и нефти. Распространены бутадиеновый каучук (СК - Б), хлоропреновый каучук (СКХ), бутадиен - стирольный каучук (СКС), бутадиен - нитрилакрильный каучук (СКН), бутилкаучук (СКБ), полиуретановый каучук, изопреновый каучук (СКИ) и другие.

Бутадиеновый каучук получается полимеризацией газообразного бутадиена. Он имеет структурную формулу:

Это полярный материал. Обладает невысокими изоляционными свойствами, не стоек к действию масел, бензина, озона. Применяется для изготовления оболочек кабелей, так как противостоит тепловому старению. Бутадиен - стирольный каучук - это сополимер бутадиена и стирола, по свойствам близок к натуральному каучуку. Структурная формула:

Сопротивляется тепловому старению.

Бутадиен - нитрилакриловый каучук - сополимер бутадиена и акрил нитрила, полярный материал с низкими электроизоляционными свойствами.

Структурная формула:

Набухает в масле, теплостоек: t = 230°С.

Бутилкаучук - сополимер изобутилена и изопрена или бутадиена. Обладает высокой стойкостью к действию кислорода и озона, серной и азотной кислот, газопроницаемость в 10 - 20 раз меньше, чем у НК, эластичность невысока, но сохраняется до температур ниже –60°С.

Изопреновый каучук (СКИ) получается полимеризацией изопрена, по составу близок к НК, по эластичности превосходит все каучуки.

Полиуретановый каучук получается на основе полиуретана и характеризуется высокой механической прочностью и малым старением.

На основе каучуков выпускаются следующие диэлектрики: резины, эбонит, эскапон.

Резины получаются путём вулканизации каучуков, то есть нагревают их после введения в них серы. Сера сшивает цепочки каучуков и делает их термореактивными. Вулканизация улучшает теплостойкость, морозостойкость, повышает механическую прочность и стойкость к растворителям. При введении серы в размере 1 - 3% получают мягкую резину. Помимо каучука и серы при изготовлении резины в состав резиновой смеси вводят наполнители (тальк, мел), красители, катализаторы. Резины применяются для изоляции проводов, для изготовления прокладок, амортизаторов. К недостаткам резины относятся низкая теплостойкость, маслостойкость, светостойкость.

При наложении на медь из резины выделяется сера и соединяется с медью.

Для устранения этого в каучуки вводят не чистую серу, а сернистое соединение - тиурам. Если в качестве наполнителя применяется сажа, получается сажевая резина, обладающая низкими электроизоляционными свойствами, высокой механической прочностью, она светостойка, не стареет, поэтому применяется для изготовления защитных оболочек шлангов. Усреднённые электрические свойства резин:

ε= 3 – 7; tgδ=0,02 – 0,1; ρ_v =10¹⁵Ом_*см; Е_пр=20 – 30 .

Эбонит - твёрдая резина, получается на основе НК, СКБ, СКС, их смесей.

Получается вулканизацией каучуков с добавлением 30 - 35% серы. Эбонит хорошо обрабатывается и применяется как изоляционный и конструкционный материал, обладает низкой теплостойкостью, под действием света p_s резко уменьшается благодаря выходу серы на поверхность. Электрические характеристики:

ε= 2.7 – 3; tgδ=0,005 – 0,08; ρ_v =10¹⁵– 10¹⁶Ом_*см; Е_пр=20 – 30 .

Выпускается в виде плит, трубок, стержней. На рис. 1 приведены зависимости ε и tgδ резины и эбонита от содержания серы.

Рост ε объясняется усилением полярных свойств материала за счёт атомов серы. При содержании серы свыше 15% ориентация дипольных молекул затрудняется, ε уменьшается. Видно, что малым tgδ материал обладает при содержании серы меньше 5% (резина) и больше 25% (эбонит).

Эскапон получается вторичной полимеризацией бутадиенового каучука

(250°С, р = 50 атм., катализатор). Эскапон не содержит серы. В зависимости от степени полимеризации получается мягкий или твёрдый продукт. Твёрдый эскапон обычно светло-коричневого цвета, механические свойства такие же, как и у эбонита, однако после специальной обработки его твёрдость достигает твёрдости стали. Нагревостойкость больше чем у эбонита (70 -130°С), кислотостойкость и растворяемость в растворителях средние. Электрические свойства лучше, чем у эбонита:

ε= 2.7 – 3; tgδ=0,0005; ρ_v =10¹⁷Ом_*см; Е_пр=35 – 40 .

Эскапон - неполярный материал, применяется в СВЧ устройствах. Мягкий эскапон растворяется в растворителях, применяется для изготовления эскапонового клея, который используется при изготовлении лакотканей.