Виды электроизоляционных материалов

Определение, классификация и свойства электроизоляционных материалов.

Все вещества по электрическим свойствам подразделяют на диэлектрики (электроизоляционные материалы), проводники, полупроводники и магнитные материалы.

Электроизоляционными называются материалы с большим электрическим сопротивлением, препятствующие утечке электрического тока между какими-либо токопроводящими частями, находящимися под разными электрическими потенциалами.

Электроизоляционные материалы можно классифицировать по нескольким признакам: агрегатному состоянию, химическому составу, способам получения и т.д. В зависимости от агрегатного состояния различают твердые, жидкие и газообразные электроизоляционные материалы.

Твердые электроизоляционные материалы составляют наиболее обширную группу и в соответствии с физико-химическими свойствами, структурой, особенностями производства делятся на ряд подгрупп. Например, слоистые пластики, бумаги и ткани, лакоткани, слюды и материалы на их основе, электрокерамические материалы и др.

Жидкие электроизоляционные материалы представлены электроизоляционными маслами, в том числе нефтяными, растительными и синтетическими.

К газообразным электроизоляционным материалам относят­ся воздух, элегаз (гексафторид серы), фреон-21 (дихлорфторметан) и др. У всех газообразных электроизоляционных мате­риалов диэлектрическая проницаемость близка к единице.

Лучшими электрическими свойствами обладают конденсаторные и кабельные масла. Существуют также полужидкие электроизоляционные материалы - вазелины.

По химическому составу различают органические и неорганические электроизоляционные материалы, которые сильно отличаются друг от друга как по химическому составу, так и по техническим характеристикам. Органические диэлектрики представляют собой углеводородные соединения. Сырьем для их изготовления служат природные продукты растительного и животного происхождения (природные смолы), а также искусственные продукты, получаемые при переработке каменного угля, нефти и газа. Искусственные (синтетические) электроизоляционные материалы можно создавать с заданным набором необходимых электрических и физико-химических свойств, поэтому они наиболее широко применяются в электротехнической промышленности.

Наиболее распространенными неорганическими электроизоляционными материалами являются слюда, керамика и др.

Нейтральные диэлектрики состоят из электрически нейтральных атомов и молекул, которые до воздействия на них электрического поля не обладают электрическими свойствами. В соответствии с электрическими свойствами молекул различают полярные (дипольные) и неполярные (нейтральные) электроизоляционные материалы.

Полярные диэлектрики состоят из полярных молекул-диполь

Свойства электроизоляционных материалов. Основными электрическими характеристиками диэлектриков являются удельное объемное и удельное поверхностное сопротивления, диэлектрическая проницаемость, температурный коэффициент диэлектрической проницаемости, тангенс угла диэлектрических потерь и электрическая прочность материала. Удельное объемное сопротивление характеризует сопротивление материала при протекании через его объем постоянного тока. Величина, обратная удельному объемному сопротивлению, называется удельной объемной проходимостью.

Удельное поверхностное сопротивление — величина, позволяющая оценить электрическое сопротивление материала при протекании постоянного тока по всей поверхности между электродами. Величина, обратная удельному поверхностному сопротивлению, называется удельной поверхностной проходимостью.

Диэлектрическая проницаемость характеризует способность материала создавать электрическую емкость.

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости — величина, дающая возможность оценить характер изменения диэлектрической проницаемости, а следовательно, и емкости изоляции с изменением температуры.

Тангенс угла диэлектрических потерь определяет потери мощности в диэлектрике, работающем при переменном напряжении.

Электрическая прочность является характеристикой напряженности электрического поля, при которой происходит пробой, и позволяет оценить способность диэлектрика противо­стоять разрушению его электрическим напряжением.

Для электроизоляционных материалов большое значение имеют также механические и физико-химические свойства: прочность при растяжении и сжатии, при статическом и динамическом изгибе; твердость; обрабатываемость; вязкость; теплостойкость и нагревостойкость; влагонепроницаемость и гигроскопичность; искростойкость; химическая стойкость и др.

Вязкость, или коэффициент внутреннего трения, дает возможность оценить текучесть электроизоляционных жидкостей (масел, лаков и др.). Вязкость бывает кинематической и условной.

Теплостойкость характеризует верхний предел температур, при которых электроизоляционные материалы способны сохранять свои механические и эксплуатационные свойства.

Нагревостойкость электроизоляционных материалов — способность выдерживать воздействие высоких температур (90... 250 °С) без заметных изменений электрических характеристик материала.

Осуществляя электрическое разделение проводников, электроизоляционные материалы в то же время не должны препятствовать отводу теплоты от обмоток, сердечников и других элементов электрических машин и установок. Поэтому важным свойством электроизоляционных материалов является теплопроводность.

Для повышения влагонепропицаемости пористые электроизоляционные материалы пропитывают маслами, синтетическими жидкостями, компаундами.

Химическая стойкость — способность диэлектриков сопротивляться действию на них растворителей (бензин, толуол), окислителей (хлор, озон) и других разрушающих реагентов (кислоты, щелочи, их растворы и пары).

Большое применение в электротехнике в качестве электроизоляционных материалов получили слоистые (листовые композиционные), пленочные, ленточные и профилированные пластмассы.

Слоистые пластмассы (пластики) получают горячим прессованием предварительно пропитанных волокнистых наполнителей — бумаг и тканей. При их производстве в качестве основы (наполнителя) применяют специальные сорта пропитанной бумаги, хлопчатобумажные и бесщелочные стеклянные ткани. Для электротехнических целей в качестве диэлектриков используются преимущественно текстОлит, стеклотекстолит, гетинакс, текстолитовые стержни и другие изделия.

Текстолит электротехнический листовой (ГОСТ 2910) представляет собой слоистый прессованный конструкционный материал, состоящий из нескольких слоев хлопчатобумажной ткани, пропитанной термореактивной фенолоальдегидной смолой.

Стеклотекстолит (ГОСТ 12652) — слоистый листовой материал, полученный методом горячего прессования стекло­тканей, пропитанных термореактивным связующим на основе совмещенных эпоксидной и фенолоформальдегидной смол, с длительно допустимой рабочей температурой от -65 до +155 °С.

Гетинакс электротехнический листовой (ГОСТ 2718) представляет собой слоистый листовой материал, полученный методом горячего прессования бумаги, пропитанной терморе­активным связующим на основе фенолоформальдегидных или эпоксидных смол.

Текстолитовые электротехнические стержни — изделия круглого сечения, изготовленные путем намотки ткани из натурального хлопка, предварительно пропитанной термореактивной смолой с последующим горячим прессованием в спе­циальных формах.

Электрокартон общего назначения используется для работы на воздухе в низковольтных электрических машинах и аппаратах в качестве всевозможных прокладок, каркасов катушек, пазовой изоляции самостоятельно либо в сочетании с полиэтилентерефталатной пленкой. Поставляется в рулонах весом 200...350 кг.

Электроизоляционные лакоткани изготовляют путем пропитки ткани соответствующими лаками с целью придания материалу определенных диэлектрических свойств.

Электрические свойства лакотканей в основном определяются видом и качеством лаковых пленок, а механические — преимущественно свойствами тканевой основы. Нагревостойкость и влагостойкость зависят от вида ткани и лаковых пленок.

Пленкоэлектрокартон — гибкий электроизоляционный материал, состоящий из изоляционного картона, оклеенного с одной стороны лавсановой пленкой. Пленкоэлектрокартон на лавсановой пленке имеет толщину 0,27 и 0,32 мм. Его выпуска­ют в рулонах шириной 500 мм.

Пленкоасбестокартон — гибкий электроизоляционный материал, состоящий из лавсановой пленки толщиной 50 мкм, оклеенной с двух сторон асбестовой бумагой толщиной 0,12 мм. Пленкоасбестокартон выпускают в листах 400x400 мм и более и толщиной 0,3 мм.

Полимерные пленки и ленты отличаются большой гибкостью, сравнительно высокой прочностью и хорошими электроизоляционными свойствами.

Пленки электроизоляционные полиэтилентерефтаяатные (ПЭТ) изготовляются экструзией расплава с последующей двухосной ориентацией и термофиксацией. Выпускают толщиной 25... 100 мкм и шириной 50...650 мм.

Они относятся к классу нагревостойкости Е (120 °С), но в сочетании с более нагревостойкими материалами и пропиточными составами могут применяться в системах изоляции классов Вир (130 и 155 °С соответственно).

Пленки из фторопласта-4 изготовляют толщиной 5...40 мкм и шириной 10...200 мм. Они могут быть неориентированные и ориентированные. Наиболее высокими механическими и электрическими характеристиками обладают ориентирован­ные фторопластовые пленки.

Полихлорвиниловые пленки изготовляют из винипласта и пластифицированного полихлорвинила.

Триацетатцеллюлозные (триацетатные) пленки изготовля­ют непластифицированными (жесткими), окрашенными в голубой цвет, слабопластифицировацными (бесцветными) и пластифицированными (окрашенными в синий цвет). Последние обладают значительной гибкостью.

Полистиролъные пленки выпускают толщиной 20... 100 мкм и шириной 8...250 мм.

Лента смоляная изготовляется на основе хлопкополиэфирной ткани и стеклоткани, пропитанных битумом с минеральным маслом. Применяется в качестве изоляции проводов в местах вязки, для уплотнения мест ввода кабелей и проводов в муфты и коробки, а также для изоляции трубопроводов.

Полиэтиленовые пленки обычно производят толщиной 30...200 мкм и шириной 230... 1500 мм.

57. Крепёжные изделия, определение и классификация.

Крепежные изделия служат для соединения сопрягаемых деталей. Соединения бывают разъемными и неразъемными. Разъемные соединения выполняются в основном с помощью резьбовых крепежных изделий — болтов, винтов, шпилек, гаек и др. В санитарно-технических системах это могут быть фланцевые соединения трубопроводов, санитарно-технической арматуры и др. Неразъемные соединения выполняются различными видами заклепок, сваркой, пайкой, склеиванием и т.п. К традиционным наиболее применяемым крепежным изделиям массового использования (ГОСТ 27017) относятся гвозди, шурупы, болты различной конструкции, винты, шпильки, заклепки, шплинты, дюбеля, скобы, угольники, пластинки, стяжки, полкодержатели, хомуты, бобышки, фланцы и др. Однако следует учитывать, что существует разнобой в наименованиях одинаковых крепежных изделий. Различают также одноразовые крепежные изделия — гвозди (за исключением двухголовочных опалубных), заклепки и изделия, которые можно использовать несколько раз.

Гвоздь — это крепежное изделие, которое представляет собой цилиндр, конус, параллелепипед, пирамиду либо винт, один конец которого заострен, а на втором, тупом, конце имеется плоская рифленая либо декоративная шляпка.

Болты — представляют собой цилиндрические стержни с головкой, имеющие на всей длине или на части длины резьбу, на которую навинчивается гайка. Для соединения массивных деревянных элементов, когда мнимых болтов не хватает, используют шпильки. В отличие от болтов, они имеют резьбу на обоих концах.

Винты тоже имеют цилиндрическую форму с головкой на одном конце и резьбой для ввинчивания в какую-либо соединяемую деталь на другом. По назначению различают крепежные и установочные винты. Крепежный винт является наиболее распространенным. Это главный элемент разъемного винтового соединения. Установочные винты используются при необходимости зафиксировать взаимное расположение деталей относительно друг друга.

Шуруп является разновидностью специальных винтов, имеющих резьбу большого шага и конический конец, используемый для соединения деталей из дерева, мягких пластмасс, а также металлов.

Шпилька — крепежное изделие в форме цилиндрического стержня с наружной резьбой на обоих концах или на всей длине стержня. Шпилечное соединение применяется при наличии резьбы в одном из соединяемых материалов. Фиксация производится с помощью гайки (при необходимости добавляется шайба). Следует заметить, что использование шпилек не украшает внешний вид соединения.

Гайка — это крепежное изделие с резьбовым отверстием и конструктивным элементом для передачи крутящего момента. Применяется в болтовых и шпилечных соединениях, часто в сочетании с шайбой.

Шайба — деталь крепежного соединения, которая подкладывается под гайку или головку болта для создания большей опорной площади и уменьшения повреждений поверхности детали. Применение шайб так же возможно и при опасности провала головки болта либо элементов механической фиксации резьбового соединения в отзерстие детали.

Заклепка — это крепежное изделие в форме гладкого цилиндрического стержня с головкой на одном конце, служащее для получения неразъемного соединения за счет образования головки на другом конце стержня пластической деформацией.

Анкеры предназначены для восприятия высоких нагрузок и поэтому выполняются из металла. Дюбеля рассчитаны на меньшие нагрузки и изготовляются из пластика (нейлон, полиэтилен, полипропилен).

В конструкциях столярно-мебельных изделий применяют нагели. Они могут быть деревянные и металлические, четырех- или шестигранной формы.

Стяжки изготовляют чаще всего из стали с цинковым покрытием. Они могут быть резьбовые, эксцентриковые и клиновые

Скобы небольших размеров, используемые для вспомогательного крепления при различных технологических операциях, готовят из плоской проволоки.

Хомуты — охватывающие растянутые связи для соединения элементов деревянных конструкций сращиванием по длине и наращиванием по высоте.

58. Полимеры и пластмассы. Составные части пластмасс: полимеры, пластификаторы, красите­ли, стабилизаторы, наполнители, порофоры. Свойства пластмасс.

Полимер – высокомолекулярное соединение, состоящее из многократно повторяющихся структурных звеньев мономеров.

Простые низкомолекулярные соединения, из которых построены цепи полимеров, а также исходные вещества, образующие полимеры при различных реакциях, называют мономерами.

Высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых содержат несколько типов мономерных звеньев, т.е. получаемые совместной полимеризацией нескольких мономеров, называют сополимерами. Если же соединения построены из одинаковых мономеров, то такие полимеры еще называют гомополимерами. По структуре полимеры и сополимеры имеют обычно аморфное строение.

По происхождению различают также природные, искусственные и синтетические полимеры.

Природные полимер ы — это в основном биополимеры (белковые вещества, крахмал, природные смолы, целлюлоза, нату­ральный каучук), слюда, асбест, природный графит и др. Из биополимеров, например, состоят клетки всех живых организмов. Однако в строительстве используются в основном искусственные и синтетические полимеры.

Искусственные (полусинтетические) полимеры получают из разных видов природного сырья (природных полимеров). К ним относят резину, эбонит, олифы, нитроцеллюлозу и др.

Синтетические полимеры (полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол и др.) получают синтезом из низкомолекулярных сравнительно простых по химическому составу веществ.

В зависимости от способа получения синтетические полимеры подразделяют на полимеризационные и поликонденсационные, получаемые соответственно реакцией полимериза­ции и поликонденсации. Реакцию образования полимера из мономера называют полимеризацией. В процессе полимеризации вещество может переходить из газообразного или жидкого состояния в состояние весьма густой жидкости или твердое.

При реакции поликонденсации происходит перегруппировка атомов полимеров и выделение из сферы реакции воды или других низкомолекулярных веществ. Реакцией поликонденсации получают фенолоформальдегидные, эпоксидные, полиамидные и другие синтетические полимеры.

К полимеризационным относят:

1.Полиэтилен

2.Поливинилхлорид.

3.Полипропилен.

4.Полиизобутелен.

Пластмасса – это композиционный материал, состоящий из:

1.Полимера

2.Наполнителя(порошкообразный, волокнистый, листовой)

3.Пигмента(цвет)

4.Отвердителя

5.Стабилизатора

6.Порофоры(химические добавки, которые создают пористую структуру)

Пластмассы обладают рядом физико-механических свойств, которые дают им значительные преимущества перед наиболее распространенными строительными материалами.

Плотность пластмасс чаще всего находится в пределах 900... 1800 кг/м³, т.е. они в два раза легче алюминия и в 5...6 раз легче стали. Вместе с тем плотность пористых пластмасс может достигать 30... 15 кг/м³, а плотных — 1800...2200 кг/м³.

Прочность пластмасс в большинстве случаев превосходит многие традиционные строительные материалы — бетон, кирпич, древесину и составляет для пластмасс с порошкообразным наполнителем 100... 150 МПа, у стекловолокнистых достигает 400 МПа.

Теплопроводность пластмасс зависит от их пористости и у пено- и поропластов составляет 0,03...0,04 Вт/(м-К), у остальных - 0.2...0,7 Вт/(м-К).

Кроме того, пластмассы обладают высокой химической стойкостью, низкой истираемостью, легко окрашиваются в массе. Некоторые ненаполненые пластмассы прозрачны и обладают высокими оптическими свойствами. Их можно легко обрабатывать — пилить, строгать, сверлить. Они легко поддаются технологической переработке.

Дата добавления: 2015-04-24