Электроизоляционные материалы - это материалы, которые не проводят электрический ток. Они широко используются в электротехнике, электронике, радиотехнике и других областях, где требуется изолировать токоведущие части от других частей или от окружающей среды.
Электроизоляционные материалы имеют разные свойства, которые зависят от их химического состава, структуры, температуры, частоты и напряженности электрического поля.
Электроизоляционные материалы можно разделить на неорганические и органические. Они имеют разные преимущества и недостатки, которые определяют их области применения и перспективы развития.
В этой статье мы рассмотрим основные виды, свойства и применение природных органических и неорганических электроизоляционных материалов, таких как целлюлоза, парафин, пек, каучук, слюда, кварц, асбест и другие.
Отличия органических и неорганических изоляционных материалов
Неорганические материалы - это те, которые не содержат углерод и образованы не живыми процессами, такими как кристаллизация, осаждение, окисление и т.д.
Органические материалы - это те, которые содержат углерод и образованы живыми организмами или их продуктами.
Неорганические диэлектрики включают в себя такие материалы, как стекла, слюда, керамика, неорганические пленки, металлофосфаты, электроизоляционный бетон и другие.
Они отличаются высокой твёрдостью, теплостойкостью, химической стойкостью и пробивным напряжением. Они также негорючи, свето- и озоностойки, но имеют сложную технологию изготовления.
Неорганические диэлектрики практически не стареют при переменном напряжении, но могут стареть при постоянном напряжении из-за электромиграции ионов и электролиза.
Органические диэлектрики включают в себя такие материалы, как полимеры, воски, лаки, резины, бумаги, лакоткани и другие. Они отличаются высокой гибкостью, эластичностью, лёгкостью и дешевизной. Они также легко обрабатываются и формуются.
Однако органические диэлектрики горючи, малостойки к атмосферным и эксплуатационным воздействиям, а также стареют при переменном напряжении из-за частичных разрядов, дендритов и водных триингов.
Природные органические электроизоляционные материалы
Природные органические электроизоляционные материалы - это материалы, которые получены из растительных или животных источников и имеют способность препятствовать протеканию электрического тока.
Они относятся к полярным электроизоляционным материалам, то есть имеют высокую диэлектрическую проницаемость и тангенс диэлектрических потерь. Они также обладают хорошей механической прочностью, гибкостью, тепло- и химической стойкостью.
Природные органические электроизоляционные материалы применяются в электротехнической промышленности для изоляции проводников, кабелей, трансформаторов, конденсаторов, выключателей и других приборов и устройств. Они позволяют повышать надежность, безопасность и энергосбережение электрических сетей и оборудования.
Среди природных органических электроизоляционных материалов можно выделить следующие:
Целлюлоза
Это полисахарид, который составляет основу растительных волокон, таких как хлопок, лён, джут, конопля и т.д.
Целлюлоза используется для изготовления бумаги, картона, ватина, пробки и других материалов, которые применяются для изоляции проводов, кабелей, трансформаторов, конденсаторов и т.д.
Целлюлоза имеет низкую теплопроводность, высокую прочность и эластичность, хорошую совместимость с различными пропитками и покрытиями. Однако целлюлоза также имеет недостатки, такие как гигроскопичность, старение, горючесть, подверженность биологическому разрушению и коррозии.
Парафин
Это твёрдый воск, который получается из нефти или торфа. Парафин имеет низкую температуру плавления, высокое объёмное удельное сопротивление и низкий тангенс диэлектрических потерь.
Парафин используется для пропитки бумажной и тканевой изоляции, а также для покрытия проводов и кабелей.
Парафин повышает механическую прочность, водостойкость и термостойкость изоляции, а также защищает её от окисления и коррозии. Однако парафин также имеет недостатки, такие как низкая адгезия к другим материалам, низкая теплостойкость, подверженность кристаллизации и трещинообразованию.
Пек
Это природная смола, которая выделяется из коры некоторых тропических деревьев. Пек имеет высокую температуру плавления, высокое объёмное удельное сопротивление и низкий тангенс диэлектрических потерь.
Пек используется для пропитки и покрытия бумажной и тканевой изоляции, а также для изготовления лаков, эмалей и пластмасс.
Пек повышает механическую прочность, водостойкость и термостойкость изоляции, а также придает ей глянцевый вид. Однако пек также имеет недостатки, такие как высокая цена, сложность получения и обработки, низкая адгезия к другим материалам, подверженность окислению и коррозии.
Каучук
Это природный латекс, который получается из сока некоторых растений, таких как гевея, фикус, эвфорбия и т.д. Каучук имеет высокую эластичность, прочность, упругость и водонепроницаемость.
Каучук используется для изготовления резины, которая применяется для изоляции проводов, кабелей, шин, трубок и т.д.
Каучук обладает хорошей электроизоляционной способностью, а также защищает проводники от механических повреждений, вибрации, атмосферных воздействий и химических реагентов. Однако каучук также имеет недостатки, такие как низкая теплостойкость, старение, горючесть, подверженность окислению и коррозии.
Янтарь и другие природные смолы
Это органические вещества, которые образуются в результате окаменения сока древних деревьев. Янтарь и другие природные смолы имеют высокую твёрдость, прозрачность, удельную объёмную электросопротивляемость и низкий тангенс диэлектрических потерь.
Янтарь и другие природные смолы используются для изготовления драгоценных украшений, а также для изоляции высокочастотных приборов и устройств.
Касторовое масло
Это жидкость, которая получается из семян растения Рицинус. Касторовое масло имеет низкую температуру замерзания, высокую удельную объёмную электросопротивляемость и низкий тангенс диэлектрических потерь. Касторовое масло используется для пропитки бумажной и тканевой изоляции, а также для изоляции кабелей и трубок.
Шёлк
Это натуральный текстильный материал, который получается из коконов некоторых видов бабочек. Шёлк имеет высокую прочность, эластичность, блеск и гладкость. Шёлк используется для изготовления тканевой изоляции, а также для изоляции проводов и кабелей.
Природные неорганические изоляционные материалы
Природные неорганические изоляционные материалы - это материалы, которые не содержат углерод и образованы не живыми процессами, такими как кристаллизация, осаждение, окисление и т.д.
Они относятся к неполярным электроизоляционным материалам, то есть имеют низкую диэлектрическую проницаемость и тангенс диэлектрических потерь. Они также обладают высокой твёрдостью, теплостойкостью, химической стойкостью и пробивным напряжением.
Среди природных неорганических изоляционных материалов можно выделить следующие:
Слюда
Это группа минералов, которые имеют слоистую структуру и обладают высокой электроизоляционной способностью. Слюда встречается в различных горных породах, таких как гранит, гнейс, сланец и т.д.
Слюда имеет разные цвета, в зависимости от химического состава и примесей. Самые распространенные виды слюды - это мусковит, биотит, флогопит и лепидолит.
Слюда имеет низкую теплопроводность, высокую прочность и гибкость, хорошо расщепляется, что позволяет получить тонкие пластины. Химически стойка и нагревостойка.
В качестве электроизоляционных материалов используют мусковит и флогопит, однако мусковит всё же лучше.
Слюда применяется для изоляции высокотемпературных и высокочастотных приборов и устройств, таких как конденсаторы, резисторы, термопары, печи и т.д.
Кварц
Это минерал, который состоит из диоксида кремния. Кварц имеет разные разновидности, такие как горный хрусталь, аметист, агат, оникс и т.д.
Кварц имеет высокую твёрдость, прозрачность, высокое объёмное удельное сопротивление и низкий тангенс диэлектрических потерь.
Кварц используется для изготовления оптических, акустических, пьезоэлектрических и термостабилизированных приборов и устройств, таких как линзы, призмы, микрофоны, динамики, генераторы, резонаторы и т.д. Кварцевый песок используется для наполнения и уплотнения изоляции кабелей, трубок, шин и т.д
Асбест
Это группа минералов, которые имеют волокнистую структуру и обладают высокой огнеупорностью и теплоизоляционностью. Асбест встречается в различных горных породах, таких как хризотил, крокидолит, антогофилит и т.д. Он имеет разные цвета, в зависимости от химического состава и примесей.
Асбест используется для изготовления тканей, картона, цемента, краски и других материалов, которые применяются для изоляции и защиты от огня, тепла и химических реагентов. Однако асбест также имеет недостатки, такие как высокая токсичность, канцерогенность, асбестоз и мезотелиома.
Керамика
Это материал, который получается из глины, каолина, фельдшпата и других минералов путем обжига при высоких температурах. Керамика имеет высокую твёрдость, теплостойкость, химическую стойкость и пробивное напряжение.
Керамика используется для изготовления изоляторов, бушингов, резисторов, конденсаторов и других приборов и устройств.
Стекло
Это материал, который получается из плавления кремнезёма, натрия, кальция и других веществ. Стекло имеет высокую прозрачность, объёмное удельное сопротивление и низкий тангенс диэлектрических потерь.
Стекло используется для изготовления оптических, акустических, пьезоэлектрических и термостабилизированных приборов и устройств, таких как линзы, призмы, микрофоны, динамики, генераторы, резонаторы и т.д.
Смотрите также:
Электроизоляционные материалы и их перспективы
Каучук и каучуковые материалы: резина, эбонит, гуттаперча, балата
Применение электроизоляционных слюды и слюденитов в электротехнике
Андрей Повный