Материаловедение и технология конструкционных материалов (стр. 21 )

Намоточная бумага марок ЭН-50 и ЭН-70 (числа - номинальная толщина в микронах) более тонкая и плотная по сравнению с пропиточной.

Конденсаторная бумага (ГОСТ 1908-66) - весьма важный и ответственный материал: в пропитанном виде она образует диэлектрик бумажных конденсаторов. Выпускается двух видов: КОН - обычная конденсаторная бумага и «силкон» - бумага для силовых конденсаторов. По объемной массе различаются марки: 0,8 (только силкон), 1 и 2. Бумаги марки 0,8 имеют объемную массу около 0,8 Мг/м3, марки 1 - 1,0 Мг/м3 и марки 2 - от 1,17 до 1,25 Мг/м3. Номинальные толщины различных марок этих бумаг - от 4 до 30 мкм. Конденсаторная бумага выпускается в рулонах (бобинах) шириной от 12 до 750 мм.

Малая толщина конденсаторной бумаги позволяет получить высокую удельную (на единицу активного объема) емкость конденсатора, поскольку в первом приближении, при невысоких рабочих напряжениях удельная емкость обратно пропорциональна квадрату толщины диэлектрика.

В последнее время в качестве диэлектрика силовых электрических конденсаторов наряду с конденсаторной бумагой все шире применяют синтетические пленки. Весьма перспективна для этой цели неполярная полипропиленовая пленка, имеющая весьма малый тангенс угла диэлектрических потерь при довольно высокой нагревостойкости. Выпускаются и бумажно-пленочные конденсаторы, диэлектрик которых состоит из двух слоев - бумаги и пленки, при этом бумага играет роль фитиля, по которому в процессе пропитки проникает в глубь конденсатора пропиточная масса (пропитка чисто пленочных конденсаторов затруднена).

Микалентная бумага (ГОСТ 6500-64), применяемая в качестве подложки микаленты, - одна из немногих разновидностей электроизоляционных бумаг, производимых не из древесной целлюлозы щелочной варки, а из длинноволокнистого хлопка. Она имеет толщину 20±2 мкм и массу 1 м2, равную 17 г, выпускается в рулонах шириной 450 или 900 мм.

Картоны, в основном, отличаются от бумаг большей толщиной. Электроизоляционные картоны изготовляются двух типов: воздушные - более твердые и упругие, предназначенные для работы на воздухе (прокладки для пазов электрических машин, каркасы катушек, шайбы и пр.), и масляные более рыхлой структуры и более мягкие, предназначаемые, в основном, для работы в трансформаторном масле (например, в изоляции маслонаполненных трансформаторов). Масляные картоны хорошо пропитываются маслом и в пропитанном виде имеют высокую электрическую прочность. В рулонах выпускаются только наиболее тонкие электроизоляционные картоны. Обычно же картоны (употребительные толщины до 3 мм, в отдельных случаях выше) выпускаются в листах. Электроизоляционные картоны изготовляются из древесной или хлопковой целлюлозы.

7.5.3 Особые бумаги и картоны

Помимо описанных выше материалов типа бумаг и картонов, изготовляемых из целлюлозы, для электрической изоляции с успехом применяются бумаги из целлюлозы с добавками других волокнистых материалов и даже бумаги, совсем не содержащие целлюлозы. Так, бумаги из смеси целлюлозы с полиэтиленовым волокном имеют тангенс угла диэлектрических потерь и гигроскопичность меньшие, а механическую прочность большую, чем чисто целлюлозные бумаги. Такие бумаги находят применение в изоляции кабелей весьма высокого напряжения.

7.5.4 Фибра

Фибра изготовляется из тонкой бумаги, которая пропускается через теплый раствор хлористого цинка и затем наматывается на стальной барабан до получения слоя нужной толщины, причем отдельные слои бумаги прилипают друг к другу. Затем фибра срезается с барабана, тщательно промывается водой и прессуется. Промывка фибры необходима для того, чтобы удалить остатки хлористого цинка, легко диссоциирующего на ионы и ухудшающего электроизоляционные свойства фибры. Листовая электротехническая фибра (марка ФЭ) выпускается толщиной от 0,6 до 3 мм (конструкционные сорта фибры изготовляются толщиной до 35 мм). Цвет фибры (может быть черным, красным и др.) определяется окраской бумаги, взятой для ее изготовления. Фибра имеет невысокие электроизоляционные свойства и значительную гигроскопичность, однако ее механическая прочность значительна (предел прочности при растяжении вдоль листа не менее 70…75 МПа, удельная ударная вязкость от 20 до 30 кДж/м2). Она хорошо обрабатывается: режется, пилится, строгается, принимает винтовую резьбу; размоченная в горячей воде тонкая фибра может формоваться.

При воздействии электрической дуги фибра разлагается, выделяя большое количество газов, способствующих гашению дуги. В связи с этим фибровые трубки применяют для изготовления стреляющих разрядников. В последнее время вместо фибры в качестве дугогасящего материала часто употребляют полиметилметакрилат.

Чрезвычайно перспективны бумаги типа фенилон (за рубежом - номекс), изготовляемые из синтетического волокна (ароматический полиамид) и отдельные волокна с примесью фибридов, т. е. мелких волокон из материала, аналогичного по составу основному волокну, но имеющего пониженную температуру размягчения. При пропускании фениловой бумаги между горячими валками фибриды прочно связывают основные волокна. Фенилоновые бумаги, имеющие нагревостойкость от 200 до 220°С, могут применяться как в чистом виде (для изоляции электрических машин, сухих трансформаторов, кабелей и др.), так и в композициях с пленками, слюдяными материалами и т. п., а также в виде основы для слоистых пластиков.

7.5.5 Текстильные материалы

Текстильные материалы получаются методами специальной обработки (прядение, тканье) длинноволокнистого сырья. Ткани отличаются от бумаг вполне определенным строением (переплетение нитей), в то время как в бумаге отдельные волокна расположены по отношению друг к другу неправильно, беспорядочно. При прочих равных условиях текстильные материалы (ткани, ленты) имеют более высокую механическую прочность, особенно при перегибе и при истирании, и не столь сильно снижают прочность при увлажнении, но эти материалы и пропитанные изделия из них намного дороже и обладают меньшей электрической прочностью, чем бумаги и пропитанные бумаги.

Непосредственное определение диаметра волокон и изделий из них затруднительно, так как волокна часто не имеют правильной цилиндрической формы. Поэтому для оценки толщины волокон, пряжи и нитей согласно ГОСТ 10878-70 указывается масса (в граммах) единицы длины (километра) нити; эта единица (г/км) называется текс. Единица СИ толщины нити - килограмм на метр (один кг/м равен одному мегатексу). Для пряжи, скрученной из нескольких нитей, после значения толщины отдельных нитей и знака умножения записывается число нитей: так, обозначение 50 текс·3 относится к пряже, скрученной из трех нитей толщиной по 50 текс. Определение толщины нити в тексах исходит из предположения об известной плотности материала нити.

В электроизоляционной технике пряжу применяют для защитных покровов кабелей (хлопчатобумажная пряжа от 1700 до 3400 текс) и для изоляции (обмотки и оплетки) обмоточных проводов (более тонкая хлопчатобумажная пряжа и другие типы пряж и нитей); ленты и ткани используют для защиты изоляции электрических машин и аппаратов (особо прочные ленты - киперные с диагональным - «елочкой» - переплетением нитей). Ткани используются также для изготовления лакотканей и текстолитов.

К природным волокнам относятся хлопчатобумажная пряжа и натуральный шелк. Из последнего получается более тонкая изоляция. Однако шелк много дороже хлопчатобумажного волокна и в технике электрической изоляции вытесняется искусственными и синтетическими волокнами.

Основные типы искусственных волокон - вискозный и ацетатный шелк, получаемые из эфиров целлюлозы. В отличие от исходной целлюлозы ее эфиры обладают растворимостью в подходящих по составу растворителях и позволяют изготовлять из них тонкие нити при вытекании растворов сквозь отверстия (фильеры) малого диаметра.

Вискозный шелк изготовляют переработкой целлюлозы с последующим переводом вытянутых из прядильного раствора волокон в вещество, близкое по своей химической природе к исходной целлюлозе. Ацетатный шелк по составу представляет собой уксуснокислый эфир целлюлозы (ацетат целлюлозы).

По внешнему виду оба эти типа искусственного шелка напоминают натуральный шелк, но пряжа из них такой же толщины, что и хлопчатобумажная. По электроизоляционным свойствам вискозный шелк не имеет преимуществ перед хлопчатобумажным волокном (он даже несколько более гигроскопичен, чем хлопчатобумажное волокно), но ацетатный шелк превосходит как хлопчатобумажную пряжу, так и натуральный шелк. Возможно и поверхностное ацетилирование хлопчатобумажной пряжи (подвергнутая такой обработке пряжа обладает меньшей гигроскопичностью, чем исходная хлопчатобумажная пряжа).

Синтетические волокна - это линейные полимеры с высокой молекулярной массой. Из синтетических волокнистых материалов следует отметить полиэтилентерефталатные (лавсан, терилен, терен, дакрон и др.), полиамидные (капрон, дедерон, найлон, анид и пр.), полиэтиленовые, полистирольные, поливиннлхлоридные (хлорин и др.) и политетрафторэтиленовые. Напомним, что такие материалы, равно как и материалы, из которых изготовляются гибкие пленки, многие синтетические волокна, например полиамидные, после изготовления подвергаются вытяжке для дополнительной ориентации линейных молекул вдоль волокон и улучшения механических свойств волокна. При этом, очевидно, увеличивается и длина волокна, и оно становится тоньше. В России из синтетических волокон в электроизоляционной технике большое применение имеет капрон. Использование капрона вместо натурального шелка и хлопчатобумажной пряжи высоких номеров в производстве обмоточных проводов дает большой экономический эффект, ибо капрон не только много дешевле, чем шелк и тонкая хлопчатобумажная пряжа, и легко доступен, но и дает большую длину нити того же сечения из единицы массы, так как плотность капрона сравнительно невелика.

Полиамидное волокно энант превосходит капрон и найлон по нагревостойкости и механической прочности. Нитрон (за границей - орлон) - это полимер акрилнитрила. Он характеризуется большой механической прочностью и нагревостойкостью (температура размягчения его выше 235°С). Электрическая прочность непропитанных текстильных материалов определяется электрической прочностью воздуха в сквозных отверстиях между нитями, а потому весьма мала. Путем пропитки лаком можно закрыть эти отверстия лаковой пленкой и этим резко повысить электрическую прочность ткани и ее влагостойкость.