Электроизоляционные полимеры
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.
Кремнийорганические полимеры – высокомолекулярные элементоорганические соединения, содержащие атомы кремния. Достоинством таких материалов является их надежная работа при температурах от -65°С до +200°С. Например, кремнийорганическая резина, применяющаяся для изготовления высоковольтных изоляторов. К электроизоляционным полимерам относят и природные смолы, такие как шеллак, канифоль, каучук.
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), лавсановый шелк. Данные материалы применяются для изоляции обмоточных проводов.
Пропитанные волокнистые материалы получают путем пропитки в электроизоляционных лаках или составах различных материалов из натуральных органических волокон. Сочетание высокой механической прочности пропитываемой ткани с высокими изоляционными свойствами пропитывающих составов позволяет получать материалы, обладающие комплексом свойств, обусловившим их широкое применение для целей электрической изоляции.
К пропитанным волокнистым материалам относят: лакоткани, лакобумаги, лакированные трубки и изоляционные ленты (изоленты).
Лакоткани широко применяют для изоляции в электрических машинах, аппаратах, кабельных изделиях в виде обмоток, оберток, прокладок и т.д. Разновидностью лакотканей является стеклоткань, у которой в качестве основы используется стекловолокно. Недостаток лакотканей – повышенное тепловое старение.
При пропитке бумаги лаками получают лакобумаги, которые дешевле лакотканей и в ряде случаев являются их альтернативой. Недостаток лакобумаг – низкая механическая прочность.
Лакированные трубки используются в качестве уплотнителей и дополнительной изоляции.
Изоляционные ленты бывают односторонние и двухсторонние, в зависимости от наличия резиновой смеси на одной или двух сторонах.
Пленочные и слюдяные электроизоляционные материалы
Органические полимерные пленки представляют собой тонкие и гибкие материалы, которые могут быть получены в виде длинных, намотанных в рулоны лент различной ширины. Благодаря высоким изоляционным свойствам, пленки представляют особый интерес для электроизоляционной техники: в электромашиностроении, конденсаторостроении, производстве кабельных изделий.
Полимерные пленки являются важным элементом изоляции низковольтных электрических машин (до 1000 В), где они используются в качестве витковой и корпусной изоляции обмоток. Применение полимерных пленок в кабельной технике позволяет создавать обмоточные и монтажные провода, а также силовые кабели с высокими электрическими и механическими характеристиками при относительно малой толщине изоляции. Пленочные материалы используются также в качестве диэлектрика силовых конденсаторов.
Слюда – это природный минеральный электроизоляционный материал. Слюда обладает высокой электрической прочностью, нагревостойкостью, влагостойкостью, механической прочностью и гибкостью. Поэтому она применяется в качестве изоляции электрических машин высоких напряжений и больших мощностей.
Миканиты – это листовые или рулонные материалы, склеенные из отдельных лепестков слюды с помощью клеящего лака или сухой смолы. Миканиты используются в качестве коллекторной изоляции и различных изолирующих прокладок в электрических машинах.
Микалента представляет собой композиционный материал из одного слоя пластинок слюды, склеенных при помощи лака между собой. В качестве подложки используется стеклоткань, покрывающая слюду с обеих сторон.
Из слюды, полученной синтетическим способом, изготавливают слюдяную бумагу. Существует два основных типа изоляционных материалов, изготавливаемых из слюдяных бумаг: слюдиниты и слюдопласты.
Слюдиниты применяются в изоляции электрических машин нагревостойкого исполнения (класс нагревостойкости H) в качестве пазовой изоляции и межвитковых прокладок.
Область применения слюдопластов включает фасонные изделия электрических машин: коллекторные манжеты, гильзы, трубки, изоляционные цилиндры класса нагревостойкости F.
Каучуки и резины
Натуральный каучук является продуктом, содержащимся в млечном соке (латексе), который извлекают из стволов каучуконосных деревьев, растущих в тропических странах.
Синтетические каучуки являются продуктами различных процессов полимеризации изопрена, бутадиена и других органических соединений.
Резина представляет собой вулканизированную многокомпонентную смесь на основе каучуков. Резина применяется в первую очередь в кабельных изделиях.
Кабельные резины делятся на два основных класса: изоляционные и шланговые.
Изоляционные резины служат для изоляции токопроводящих жил. Резиновая смесь накладывается на жилу в виде трубки определенной толщины и в таком виде вулканизируется.
Шланговые резины применяются в качестве защитной оболочки для переносных кабелей и проводов, так как таким изделиям необходима максимальная гибкость.
Полупроводящие резины применяются для экранирования гибких кабелей.
Починочные резины используются при сращивании и ремонте кабелей.
Применение резин в кабельных изделиях позволяет придать им нужную гибкость, влагостойкость, маслонефтестойкость, способность не распространять горение, путем применения в резиновых смесях современных каучуков и других ингредиентов.
Электроизоляционные стекла
Стеклообразное состояние является разновидностью аморфного. По твердости, хрупкости и упругости стекло сходно с типичными твердыми телами, но отличается от них характерным для жидкостей отсутствием симметрии в кристаллической решетке.
Наибольшее распространение находят конденсаторные стекла (диэлектрик конденсаторов), установочные стекла (установочные детали, изоляторы, платы),
ламповые стекла (колбы и ножки осветительных ламп, различных электровакуумных приборов), порошковые стекла (стеклянные припои, эмали, прессованные фасонные детали) и стекловолокно.
Микалекс – это стекло, наполненное слюдяным порошком. Это дорогостоящий материал. Область применения: держатели мощных ламп, панели воздушных конденсаторов, гребенки катушек индуктивности, платы переключателей.
Натуральный каучук