Количественные параметры органических диэлектрических материалов

Название материала	Химическая формула	ρv, Ом·м	ε	tgδ	Епр МВ/м	Нагре- востой- кость °С	Моро-зо- стой- кость °С	Относи- тельное удлине- ние ∆l / l, %
Полиэтилен		1014...1015	2...2,5	(2...3)× ×10-4	40...	110...125	-(60...70)	150...900
Полиизобутилен		1013...1014	2,2...2,3	(3...5) × ×10-4	15...		-60	550...900
Полистирол		1014...1016	2,5...2,6	(2...4) × ×10-4	20...	80...85	-40	1...4
Поливинилхлори д		1012...1013	3,5...4,5	(1...5) × ×10-2 1 МГц	20...		-50	50...150
Фторопласт-3		1014...1015	3,0	(1...2) × ×10-2 1 МГц	15...	125...200	-(200... 250)	125...200
Фторопласт-4		1014...1016	1,9...2,2	(2...3) × ×10-4	40...		-270	250...350
Лавсан		1014...1016	3,0...3,5	(2...20) × ×10-4 1 МГц	30...		-80
Капрон			5,0...6.0	6·10-2 1 МГц			-35
Оргстекло			3,5	(2..6) × ×10-2	15...	70...90	-(50...80)	2...10
Клей БФ		1010...1013	3,0...3,8	(2..6) × ×10-2	50...
Синтетический каучук – бута- диеновый СК-Б			2,7...3,0	5·10-4

Примечание.Значения tgδ приведены для частоты 50 Гц, за исключением оговоренных значений в таблице.

Поливинилхлорид- термопластичный полимер, растворимый в дихлорэтане, нитробензоле; устойчив к действию влаги, кислот, щелочей. Легко окрашивается в различные цвета и обрабатывается. Применяется для изготовления защитных оболочек проводов и кабелей низкочастотной аппаратуры. Изготавливается в виде трубок, лент, листов.

Фторопласт-3- твердый белый материал, растворимый в бензоле, толуоле, не смачивается водой. Из-за большего значения tgδ применение на высоких частотах ограничено. Используется для изготовления изоляции кабелей.

Фторопласт-4(политетрафторэтилен, тефлон, фторолон) - твердый белый материал с абсолютной химической стойкостью, не растворяется ни в одном из известных растворителей, негигроскопичен, негорюч. Исключительно высокие электроизоляционные свойства вплоть до 1010 Гц и 200 °С. Самый тяжелый из всех полимеров, хорошо обрабатывается. Является лучшим ВЧ и СВЧ диэлектриком. Из него изготавливают пленки, листы, фасонные изделия, втулки, подшипники скольжения и т.д.

Органическое стекло- конструкционный материал с невысокими диэлектрическими свойствами. Хорошо обрабатывается, склеивается, химически и влагостоек.

Все полимеры получают в виде порошков и гранул, из которых посредством формовки и прессования изготавливают листы, трубы, тонкие пленки, нити, композиционные пластмассы и пенопласты.

Пластмасса- это композиция (смесь) полимера, наполнителя, пластификатора и красителя. Изделия из пластмасс изготавливаются методом горячего прессования или литьем под давлением. Из пластмасс изготавливают корпуса приборов, ламповые панели, кнопки, ручки, розетки, разъемы, переключатели, различные конструкционные детали и т.д.

Пенопласты - твердые и эластичные материалы, содержащие большое количество газовых включений. Получают путем полимеризации вспененной водной эмульсии или введением в пресс-порошок газообразователей, разлагающихся при температуре прессования. Обладают малой плотностью, влагостойки, прочны. Имеют высокие электро-, термо- и звукоизоляционные свойства. Лучшие пенопласты на основе полиэтилена и полистирола имеют tgδ = (1...3) ·10-4.

Эластомеры (синтетические каучуки) - полимеры, характеризующиеся высокой эластичностью, малой газо- и влагопроницаемостью и относительно хорошими диэлектрическими свойствами. Предназначены для замены натурального каучука при изготовлении резины. Наиболее распространенный из них - бутадиеновый, получаемый полимеризацией газообразного бутадиена по схеме Н2С = СН - СН = СН2 → [- СН2 - СН = СН - СН2 -]n. Лучшими

механическими, химическими и электроизоляционными свойствами обладают

кремний-, фторорганические и полиуретановые каучуки с нагревостойкостью до

300...400 °С.

К органическим диэлектрическим материалам, которые в процессе изготовления электроизоляционных изделий находятся в жидком, а в процессе эксплуатации - в твердом состоянии, относятся лаки, клеи, компаунды.

Лаки- это коллоидные растворы смол, битумов, высыхающих масел, составляющих основу лака, в летучих растворителях. После испарения растворителя основа лака переходит в твердое состояние в виде пленки.

По составу электроизоляционные лаки делятся на:

- полимерные, смоляные, каучуковые, полистирольные, поливинилхлоридные, эскапоновые на основе синтетических каучуков, эпоксидные, кремнийорганические, бакелитовые;

- эфирно-целлюлозные, нитроцеллюлозные;

- масляные, масляно-смоляные, масляно-битумные, масляно- глифталевые.

По виду применения электроизоляционные лаки делятся на три группы:

- пропиточные (маловязкие) служат для пропитки пористой, волокнистой изоляции из бумаги, картона, пряжи, ткани и т.д.

- покровные (красящие) лаки используют для защиты поверхностей от внешних воздействий.

- клеящие (вязкие) предназначены для склеивания твердых электроизоляционных материалов и их приклеивания к металлам.

Клеи - вязкие пленкообразующие жидкости, обладающие высокой адгезией (сцеплением) к большинству материалов. Карбонильный клей склеивает керамику, стекло, слюду, дерево, бумагу, картон, пластмассы, металлы с металлами. Область рабочих температур ±60 °С.

Клей БФ изготавливают посредством соединения поливинилацеталей и фенолформальдегидных смол. Служит для склеивания металлов друг с другом и для получения шва толщиной 0,05...0,15 мм, работающего при повышенных температурах.

Эпоксидные клеи отличаются хорошей адгезией ко многим материалам: металлам, керамике, стеклам. В зависимости от отвердителя могут затвердевать при комнатной температуре. Рабочие температуры до 300 °С.

Компаундыпредставляют собой смеси органических изоляционных веществ в вязком состоянии. Для улучшения электрических и механических свойств в смеси вводят наполнители. За счет повышения температуры или введения отвердителей происходят полимеризация и переход смеси в твердое состояние.

Компаунды предназначены для пропитки пористых диэлектриков и для заливки достаточно больших полостей между деталями. Как пропиточные, так и заливочные компаунды служат для увеличения электрической и механической прочности изделий, защиты от внешней среды и улучшения теплоотдачи. Наиболее распространенными являются полиуретановые, кремнийорганические и эпоксидные компаунды.

Широкое применение в электро- и радиотехнике приобрели волокнистые диэлектрические материалы. По виду исходного сырья они делятся на материалы из:

- растительных волокон (бумага, картон, хлопчатобумажная пряжа, ткани);

- животных волокон (натуральный шелк);

- искусственных волокон (ацетатный, вискозный шелк);

- неорганических волокон (стекловолокно, асбест).

Все волокнистые материалы содержат поры объемом до 40...50%,

благодаря чему они имеют высокую гигроскопичность и низкие электроизоляционные свойства.Для устранения этого недостатка их подвергают сушке и пропитке. Наиболее распространенными материалами являются бумага, картон, нити, ткани. На их основе изготавливают текстильные диэлектрические материалы и слоистые пластики.

Бумага изготавливается из целлюлозы, представляющей собой полимерное органическое вещество (C6H10O5), которое получают из древесины хвойных пород. По области применения бумагу подразделяют на конденсаторную - толщиной 0,004...0,022 мм и кабельную - толщиной 0,05 мм. Эти сорта бумаги отличаются малой толщиной, высокой плотностью и малым содержанием воды. Конденсаторная бумага имеет ε = 3,7 и tgδ=(2...3)·10-3 и используется для изготовления бумажных, металлобумажных, проходных конденсаторов. Кабельная бумага применяется для изоляции телефонных и телеграфных кабелей связи. Для улучшения свойств бумагу пропитывают, благодаря чему электрическая прочность увеличивается почти в 10 раз и достигает значения Епр=(250...300) МВ/м.

Пряжа хлопчатобумажная, получаемая из длинных волокон хлопчатника, применяется для изоляции проводов и шнуров путем обмотки и оплетки. На основе пряжи изготавливают ткани и ленты.

Натуральный шелк получают из нитей шелкопряда диаметром 0,01...0,015 мм и используют для изоляции проводов и изготовления тканей. Шелковая изоляция механически более прочна, нежели хлопчатобумажная, и позволяет уменьшить толщину изоляции.

Искусственный шелк (вискозный или ацетатный) получают переработкой эфиров целлюлозы, позволяющих получать тонкие нити. По электрическим свойствам изоляция из вискозного шелка лучше, чем хлопчатобумажная, а из ацетатного - превосходит даже натуральный шелк.

Синтетические волокна типа капрон, лавсан и др. применяют в случаях, когда необходима повышенная механическая прочность изоляции гибких проводников и шнуров.

Стекловолокно и асбест, являясь волокнистыми диэлектрическими материалами, относятся к классу неорганических диэлектриков.

Стекловолокно применяют при повышенных температурах и влажности. Обладает хорошими электроизоляционными свойствами, достаточно хорошей механической прочностью и малой гигроскопичностью. Из стекловолокна толщиной 0,07...0,28 мм ткут стеклоленты, ткани.

Недостатком материала является недостаточная эластичность (∆l/l~2%) и малая сопротивляемость к истиранию.

Асбест (3MgO2SiО22H2O) - единственный в природе неорганический волокнистый материал. Он обладает низкими диэлектрическими свойствами, но имеет существенное преимущество - нагревостойкость до 400 °С, что и определяет его применение в термоэлектрических приборах.

Лакоткани получают путем пропитки хлопчатобумажных (ЛХ), шелковых (ЛШ) и стеклотканей лаками. Их толщина составляет 0,15...0,25 мм. Электрические свойства ЛШ характеризуются ρv=1010Ом-м, ε=4, tgδ=0,05…0,15, Епр=35 МВ/м. Шелковая лакоткань тоньше, менее чувствительна к перегибам и имеет Епр=70 МВ/м. Стеклолакоткани с кремнийорганической пропиткой используют при высоких температурах. Применяют лакоткани для изоляции обмоток трансформаторов, деталей при монтаже, изоляции жгутов и т.д.

Широко распространенными диэлектрическими материалами конструкционного назначения являются слоистые пластики.

Диэлектрические свойства слоистых пластиков, изготавливаемых на основе волокнистых и текстильных диэлектрических материалов, приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4