Электротехнические материалы (стр. 10 )

Рядом уникальных свойств обладает фторопласт (политетрафторэтилен) – один из представителей фторорганических полимеров.

Этот материал у нас называется фторлон-4 (фторопласт-4). Он химически инертен, не растворяется в растворителях, вплоть до температуры 260 °С, абсолютно не смачивается водой, не гигроскопичен.

Реактопласты (термореактивные материалы) - при нагревании не размягчаются, после достижения некоторой температуры начинаются разрушаться. Изделия из них обычно делают различными способами. Одна из распространенных дешевых технологий заключается в следующем. Сначала готовят пресс-порошки полимера. Затем пресс порошок засыпают в пресс-форму и прессуют при определенном давлении и температуре. При этом возникает сцепление между деформированными частицами, и после охлаждения материал готов к использованию.

Возможно проведение полимеризации из исходных компонентов в заранее подготовленных формах. Так делают изделия из эпоксидных полимеров, кремнийорганической резины.

Достаточно дешевы и технологичны реактопласты на основе фенолформальдегидных полимеров (бакелит) и аминоформальдегидных полимеров.

Первыми реактопластами, полученными около 100 лет назад, были фенолформальдегидные смолы (ФФС). Компонентами этих смол являются фенол и формальдегид, реакция поликонденсации которых происходит при нагреве до 450 .. - 470 К. Исходным сырьем для ФФС является каменный уголь, что и объясняет дешевизну и постоялый рост производства, особенно в виде теплоизоляционных пенопластов для строительной промышленности. В электронике ФФС широко применяются для изготовления слоистых пластиков, покрытий и красок (лак на основе ФФС называется бакелитовым), деталей электроизоляционной аппаратуры, сепараторов аккумуляторов и т. д.

Удельное сопротивление отвержденной ФФС — 1012 ... ... Ю13 Ом-см, tg= 0,015 при f=106 Гц, электрическая прочность 10 ... 18 кВ/мм, =10 ... —11 (50 Гц) и =6 (106 Гц). Диапазон рабочих температур 210 ... 470 К. Композиции на основе ФФС и рубленного углеродного волокна (углепрессволокнит) обладают повышенной нагревостойкостью — кратковременно до 800 К. Широко применяются в радиоэлектронике гетинакс и тек­столит—слоистые пластики на основе ФФС с бумажным и тканевым наполнителями. Недостатки ФФС—хрупкость, высокая вязкость олигомеров и высокая температура отверждения.

Эпоксидные смолы — продукт поликонденсации многоатомных соединений, включающих эпоксигруппу кольца

Свойства эпоксидных смол изменяют в широких пределах, используя различные добавки, которые делятся на следующие группы:

·  пластификаторы—органические соединения — олигомеры, действующие как внутренняя смазка и улучшающие эластичность и предотвращающие кристаллизацию, отделяя цепи полимера друг от друга;

·  наполнители—в небольших количествах вводятся для улучшения прочности и диэлектрических свойств, повышения стабильно­сти размеров, теплостойкости;

·  катализаторы—для ускорения отверждения;

·  пигменты—для окрашивания.

Недостатки реактопластов: сравнительно высокое значение tg, неприменимость в качестве диэлектриков СВЧ-техники; неполная воспроизводимость технологических свойств олигомеров так как число эпоксигрупп непостоянно, а это сказывается на тем­пературе и длительности отверждения.

Из других полимеров-реактопластов отметим диэлектрический материал с высокой механической прочностью - капролон, с большим диапазоном рабочих температур (-100° С до +250° С) - полиимиды и композиты на их основе.

Полиимид — новый класс термостойких полимеров, ароматическая природа молекул которых определяет их высокую прочность вплоть до температуры разложения, химическую стойкость, тугоплавкость. Полиимидная пленка работоспособна при 473 К (200°С) в течение нескольких лет, при 573 К—1000 ч, при 673 К—до 6 ч. Кратковременно она не разрушается даже в струе плазменной горелки.

Полиимид является слабополярным среднечастотным материалом, поскольку его tg=0,003. Полиимид обладает повышенным влагопоглощением

Полиимид выпускается в различных видах:

1.  Пленка толщиной 8 ... 100 мкм, в том числе фольгированная, предназначенная для гибких печатных плат, шлейфов и подложек тонкопленочных ГИС.

2.  Лак ПАК, стойкий после высыхания при 470 ... 520 К, огра­ниченно при 573 К, кратковременно при 670 К.

3.  Пресс-материал для получения изделий горячим прессованием при 590 К и давлении 100 МПа.

4.  Пенопласт (пенополиимид) с плотностью 0,8 ... 2,5 г/см5, применяющийся в качестве тепло - и электроизоляционного мате­риала для температур 90 ... 520 К-

5.  Стеклопластик на основе полиимида, стойкий до 670 К, и углепластик, не теряющий механической прочности при 550 К.

6.  Изоляционная лента, стойкая при температуре до 500 К.

Лекция 8. Твердые диэлектрики. Продолжение

8.1. Перекличка. Контрольные вопросы по предыдущей лекции.

8.2. Бумага и картон.

8.3. Слоистые пластики.

8.4. Лакоткани

8.1. Контрольные вопросы по предыдущей лекции.

8.1.1. Классификация твердых диэлектриков по применению в энергетике

8.1.2. Общее представление о термопластах.

8.1.3. Разновидности полиэтилена.

8.1.4. Общее представление о реактопластах.

8.2. Бумага и картон

Бумаги и картоны – это листовые или рулонные материалы коротковолокнистого строения, состоящие в основном из древесной целлюлозы. Важным преимуществом этих материалов является то, что они производятся из возобновляемого сырья, а именно из древесной массы.

Для удаления примесей, содержащихся в древесине, целлюлозу обрабатывают химическими реагентами. Для писчей бумаги древесину обрабатывают сернистой кислотой H2SO3, а для приготовления бумаг для электрической изоляции, упаковочных бумаг используют щелочную обработку. Щелочная целлюлоза не отбеливается, сохраняет желтоватый цвет, обусловленный красящими веществами древесины.

Щелочная целлюлоза дороже сульфитной, однако в ней исходная целлюлоза сохраняет большую молекулярную массу и длину молекул, щелочная бумага имеет более высокую механическую прочность, и более стойкая к тепловому старению. Прочность бумаги сильно зависит от влажности и переувлажненная, так же как и пересушенная бумага, имеют пониженную механическую прочность.

Чем выше плотность бумаги, тем выше как механическая, так и электрическая прочность бумаги. Самые тонкие и прочные бумаги используются для изготовления конденсаторов. Достаточно отметить, что плотность конденсаторных бумаг достигает 1.6 т/м3, т. е. более, чем в 1.5 раза превышает плотность воды. При этом электрическая прочность бумаги толщиной 10 мкм, пропитанной трансформаторным маслом, составляет до 10 КВ/мм.

Кабельная бумага обозначается символами К - кабельная, М - многослойная, В – высоковольтная, У – уплотненная и цифрами от 015 до 240, что обозначает толщину бумаги в микрометрах.

Бумаги марок К и КМ применяются в силовых кабелях до 35кВ, КВ и КВУ 35 кВ и выше, КВМ и КВМУ – 110 кВ и выше.

В бумажной изоляции силового кабеля слабыми местами – очагами развития пробоя являются зазоры между отдельными лентами бумаги.

Пропиточная бумага употребляется для изготовления листового гетинакса.

Конденсаторная бумага – в пропитанном виде она образует диэлектрик бумажных конденсаторов. Так как бумага в конденсаторах работает в пропитанном состоянии, то с практической точки зрения важны формулы, позволяющие определять электроизоляционные свойства пропитанной бумаги исходя из свойств бумаги и пропиточного состава. Приведем формулу Ренне, определяющую диэлектрическую проницаемость пропитанной бумаги:

где ε1 – диэлектрическая проницаемость пропиточной массы; ε2 = 6,6 - диэлектрическая проницаемость целлюлозы; x = 1-ρ1/ ρ2 – объемное содержание пор в непропитанной бумаге, ρ1 – плотность сухой непропитанной бумаги, ρ2 = 1,55 Т/М3, y – объемная усадка пропиточной массы при ее застывании или отверждении. Например, для случая пропитки жидким диэлектриком, полностью вытесняющим воздух из пор бумаги, получаем y = 0

Картон отличается от бумаги большей толщиной. Выделяют два типа картонов: воздушные (более плотные) и масляные (более рыхлые) предназначенные для работы в маслонаполненных агрегатах.

Электротехнический картон используется в качестве диэлектрических дистанцирующих прокладок, шайб, распорок, в качестве изоляции магнитопроводов, пазовой изоляции вращающихся машин и т. п. Картон, как правило, используется после пропитки трансформаторным маслом. Электрическая прочность пропитанного картона достигает 40-50 кВ/мм. Поскольку она выше прочности трансформаторного масла, для увеличения электрической прочности трансформаторов зачастую устраивают в среде масла специальные барьеры из картона. Маслобарьерная изоляция обычно имеет прочность Е=30-40 кВ/мм. Недостатком картона является гигроскопичность, в результате попадания влаги уменьшается механическая прочность и, резко уменьшается электрическая прочность (в 4 и более раз)

8.3. Слоистые пластики

Широкое применение в качестве конструкционных и электроизоляционных материалов имеют слоистые пластики — композиции, состоящих из волокнистого листового наполнителя — бумаги, ткани, стеклоткани, пропитанных и склеенных между собой различными полимерными связующими. Слоистые пластики отличаются от других материалов тем, что применяемый наполнитель располагается параллельными слоями. Такая структура обеспечивает высокие механические характеристики, а использование полимерных связующих—достаточно высокое удельное электрическое сопротивление, электрическую прочность и малое значение tgδ.

В зависимости от материала связующего и наполнителя различают несколько типов слоистых пластиков: гетинакс, текстолит, стеклотекстолит.