58-62. Электроизоляционные материалы из слюды. Их свойства, применение Слюдиниты.

Слюды представляют собой группу материалов, относящихся к водным алюмосиликатам с ярко выраженной слоистой структурой. В качестве электрической изоляции в настоящее время применяют два вида минеральных слюд — мусковит и флогопит. Использование слюды в качестве изоляции крупных турбо- и гидрогенераторов, тяговых электродвигателей и в качестве диэлектрика в некоторых конденсаторах связано с ее высокой электрической прочностью, нагревостойкостью, механической прочностью и гибкостью.

Слюды представляют собой группу материалов, относящихся к водным алюмосиликатам с ярко выраженной слоистой структурой, которая обусловливает высокую анизотропию свойств, т.е. неодинаковость физико-механических и электрических характеристик в направлении вдоль и поперек слоев. В качестве электрической изоляции в настоящее время применяют два вида минеральных слюд: мусковит и флогопит.

Слюдяная изоляция из мусковита или флогопита имеет высокую химическую стойкость, причем мусковит более стоек, чем флогопит. Сильные кислоты и щелочи действуют на мусковит и флогопит только при значительной концентрации, при нагревании и длительном контакте.

По электрическим свойствам мусковит является одним из лучших электроизоляционных материалов и превосходит в этом отношении флогопит. Кроме того, он более прочен механически, более тверд, гибок и упруг, чем флогопит. Температура плавления слюд зависит от их химического состава и находится в пределах 1145¸1400оС. Расплавленная слюда при застывании не образует кристаллов прежнего состава. Получаемый после остывания расплава стекловидный материал не является слюдой.

Синтетическая слюда получается путем расплавления в высокотемпературной печи шихты специально подобранного состава с последующим весьма медленным охлаждением расплава, в результате чего кристаллизуется синтетическая слюда. Синтетическая слюда, называемая фторфлогопитом, обладает более высокой химической стойкостью, нагревостойкостью, радиационной стойкостью, чем природный флогопит.

В зависимости от вида применяемой слюды различают миканиты из мусковита и флогопита и их смеси. По областям применения различают пять основных видов слюдяных листовых материалов: коллекторный, прокладочный, формовочный, гибкий и термоупорный.

Различные миканитовые материалы обладают сравнительно высокой нагревостойкостью.

Коллекторный миканит, изготовляемый из флогопита, как более легко истирающийся, используют в виде штампованных заготовок, которые прокладываются между медными пластинами коллекторов электрических машин. Коллекторный миканит обладает хорошими механическими свойствами и дает малую (не более 2%) усадку в условиях большого давления и повышенной температуры (до 160оС).

Прокладочный миканит применяют для создания различных электроизоляционных прокладок, шайб и т.п. Он изготовляется из мусковита, флогопита или их смеси с малым количеством связующего — глифталя или кремнийорганической смолы (3¸20%). Формовочные миканиты содержат от 5 до 20% связующего (глифталя или кремнийорганической смолы), остальное — слюда. При нагреве они способны формоваться и сохранять приобретенную конфигурацию при охлаждении. Применяются при изготовлении коллекторных манжет, фланцев, каркасов, катушек, трубок и других изделий.

Микалента является разновидностью гибкого миканита. Она клеится из щепаной слюды крупных размеров только в один слой и имеет подложки из стеклоткани, стеклосетки или микалентной бумаги с двух сторон. Микалента является основной изоляцией обмоток многих электрических машин высокого напряжения.

57. Сложные пластики (гетинакс, тестолит, стеклотекстолит). Свойства, применение.

Слоистые пластики относятся к термореактивным материалам. Они представляют собой пластмассы, в которых наполнителем является листовой волокнистый материал (бумага, ткань, нетканый материал) с параллельно расположенными слоями, что определяет анизотропию их свойств.

В зависимости от назначения различают слоистые пластики конструкционные, электроизоляционные и декоративные.

В зависимости от химической природы связующего и наполнителя электрические свойства электроизоляционных слоистых пластиков могут изменяться в широких пределах. Слоистые пластики обладают высоким уровнем механических свойств, могут длительно эксплуатироваться при температурах до 180 °С. Наиболее распространенные слоистые пластики – гетинакс и текстолит.

Текстолит (связующее – термореактивные смолы, наполнитель – хлопчатобумажные ткани) среди слоистых пластиков обладает наибольшей способностью поглощать вибрационные нагрузки, хорошо сопротивляется раскалыванию. В зависимости от назначения текстолиты делят на конструкционные, электротехнические, графитированные, гибкие прокладочные. Текстолит, как конструкционный, материал применяют для зубчатых колес. Такие зубчатые передачи работают бесшумно при частоте вращения до 30000 мин – 1. Текстолитовые вкладыши подшипников служат в 10 – 15 раз дольше бронзовых. Но рабочая температура текстолитовых подшипников невысока (80–90 °С). Они применяются в насосах, турбинах и др.

Стеклотекстолит. В качестве наполнителя применяют стеклянные ткани. Стеклотекстолит на фенолоформальдегидном связующем недостаточно вибропрочен, но по сравнению с обычным текстолитом он более теплостоек и имеет более высокие электроизоляционные свойства. Эпоксидные связующие обеспечивают стеклотекстолитам наиболее высокие механические свойства. Температура эксплуатации до 250 °С.

Гетинакс получается на основе модифицированных фенольных, анилиноформальдегидных и карбамидных смол и различных сортов бумаги. По назначению гетинакс подразделяют на электротехнический и декоративный. Гетинакс можно применять при температуре 120…140 °С. Он устойчив к действию химикатов, растворителей, пищевых продуктов; используется для внутренней облицовки пассажирских кабин самолетов, железнодорожных вагонов, кают судов и др

Гетинакс и стеклотекстолит является основным материалом для изготовления печатных плат электронных узлов приборов. Стеклотекстолит обеспечивает высокое качество для условий эксплуатации с повышенными требованиями. Но стеклотекстолит обладает сильными абразивными свойствами, что приводит к интенсивному износу режущего инструмента при механической обработке.

56. Пластмассы. Свойства, применение.

пластмассами) называются материалы, получаемые из смесей, состоящих большей частью из: 1) органических веществ, называемых связующими веществами, 2) наполнителей, 3) пластификаторов; помимо этого, в смеси часто вводятся и некоторые другие вещества иного назначения. Эти смеси при нагревании становятся достаточно пластичными для того, чтобы им можно было придать давлением форму того или иного изделия, которую изделия сохраняют после охлаждения. Таким образом, пластмассы пластичны только во время формования изделий, а готовые изделия из них большей частью тверды, прочны на разрыв, не пластичны и не обладают значительной эластичностью.

Отдельные составные части смесей для получения пластмасс имеют следующее назначение:

1. Связующее вещество является основной частью пластмассы, связывающей все ее составные части в одно целое и придающей ей свойства твердого тела. Связующие являются органическими или элементоорганическими соединениями, обычно— высокомолекулярными. Наибольшее значение из них имеют синтетические смолы; помимо этого, в качестве связующих веществ применяются сложные и простые эфиры целлюлозы, природные Наибольшее количество пластмасс изготовляется из синтетических высокомолекулярных соединений — синтетических смол (90% по весу). Синтетические смолы по их свойствам и условиям переработки в изделия разделяются на две группы:

а) Термопластичные смолы являются полимерами с линейной структурой, находящимися в стеклообразном, реже в кристаллическом, состоянии. При сравнительно небольшом нагревании (обычно до 80—100®, реже до 150—200°) они переходят сперва в высокоэластическое, а затем в вязко-текучее состояние и приобретают пластичность; после охлаждения снова затвердевают,

б) Термореактивные смолы. При их нагревании во время формования изделий происходят химические реакции, которые приводят к «сшиванию» линейных макромолекул и к возникновению сетчатой, а затем и трехмерной структуры полимера; вследствие этого он становится неплавким и не растворимым ни в каких растворителях, а его твердость и механическая прочность почти не изменяются при нагревании, пока не начнется его разложение. Поэтому данный необратимый процесс называется отверждением; для его протекания в смесь иногда необходимо вводить соответствующие реагенты, так называемые отвердители.

2.Наполнители обычно не обладают пластичностью; при введении в смесь они улучшают те или иные свойства пластмасс: повышают твердость и прочность на разрыв или устойчивость к истиранию или стойкость к действию органических растворителей, кислот и т. д. Наполнители вводятся в виде порошков (древесная мука, т. е. мелкоизмельченная древесина, графит, гипс, 3.Пластификаторы — вещества, увеличивающие пластичность смеси и тем облегчающие формование из нее изделий. Повышение пластичности является следствием внедрения небольших молекул пластификатора между цепными молекулами полимера, что приводит к уменьшению межмолекулярных сил притяжения у макромолекул, а следовательно, и к уменьшению вязкости смеси. Пластификаторы представляют собой жидкости с высокой температурой кипения, обычно выше 250°.

Кроме того, в состав смеси часто вводят:

4.Красители — органические или неорганические пигменты.

5.Растворители — ацетон, спирт, бензол, бензин — для снижения вязкости. При формовании они испаряются.

6.Стабилизаторы — вещества, затрудняющие протекание реакций разложения, окисления, конденсации полимера под действием света, кислорода воздуха и других факторов, приводящих к ухудшению внешнего вида пластмассы, снижению ее прочности и т. д.

Быстрый рост производства пластмасс объясняется их различными ценными свойствами: 1) их удельный вес колеблется от 0,9 до 1,4 г/см3, т. е. они в среднем в 2 раза легче алюминия и в 6,5 раза легче стали, что имеет особенно большое значение для транспорта; поэтому самолеты, автомашины, троллейбусы и другие средства транспорта содержат большое число деталей из пластмасс.

55. Пропитанные волокнистые электроизоляционные материалы. Волокнистые электроизоляционные материалы подразделяют на непропитанные и пропитанные. Пропитанными называются волокнистые материалы, подвергнутые обработке с применением электроизоляционных лаков ( масляных, би-тумно-масляных, кремнийорганических. Применяемыми волокнистыми электроизоляционными материалами являются: деревянные доски и бруски, листовой и рулонный картоны, бумаги, ткани и ленты.

Непропитанные волокнистые электроизоляционные материалы катушек и некоторых обмоточных проводов пористы и гигроскопичны.]

К волокнистым электроизоляционным материалам относятся изделия хлопчатобумажные, шелковые, из древесной целлюлозы, а также нагревостойкие из стекловолокна и асбестового волокна.

Электрическая прочность волокнистых электроизоляционных материалов определяется в основном электрической прочностью воздуха, находящегося между волокнами этих материалов. Пропитка обеспечивает заполнение межволоконных промежутков составом, имеющим высокую электрическую прочность, в результате увеличивается электрическая прочность пропитанного изделия в целом.

К числу волокнистых электроизоляционных материалов относятся, главным образом, материалы органического состава, как растительного происхождения ( дерево, хлопчатобумажное волокно, бумага и пр. Все органические волокнистые электроизоляционные материалы отличаются невысокой нагреЕостойкостъю В тех случаях, когда надо иметь высокую рабочую температуру изоляции, которую материалы органического состава обеспечить не в состоянии, применяют волокнистые материалы неорганического состава-на основе асбестового и стеклянного волокна.

К числу волокнистых электроизоляционных материалов относятся главным образом материалы органического состава как растительного ( дерево, хлопчатобумажное волокно, бумага и пр. В тех случаях, когда надо иметь высокую рабочую температуру изоляции, которую органические волокнистые материалы состава обеспечить не в состоянии, применяют неорганические волокнистые материалы на основе асбеста и стеклянного волокна. К пропитанным волокнистым электроизоляционным материалам относятся: а) лакотка-ни; б) лакобумаги; в) электроизоляционные ленты. В частности, весьма гигроскопичны волокнистые электроизоляционные материалы - целлюлозные ( дерево, бумага, картон, хлопчатобумажные ткани), шелк, асбест и пр. В результате сушки изоляции влага из нее удаляется, и сопротивление изоляции сильно растет.

Для изготовления радиоаппаратуры, радиодеталей и при монтажных работах широко используются волокнистые электроизоляционные материалы, пластмассы, слюда и установочная керамика. Прн пропитке происходит заполнение пор волокнистых материалов пропитывающим электроизоляционным составом, в результате чего замедляется процесс поглощения влаги, резко повышаются электрическая прочность и теплопроводность и, в некоторой степени, механические характеристики. Кроме того, пропитка волокнистых материалов из натуральных и некоторых синтетических органических волокон повышает их нагревостойкость, так как образующаяся в результате пропитки лаковая пленка препятствует доступу к волокнистому материалу кислорода воздуха и замедляет процессы термоокислительнои деструкции. В зависимости от природы волокнистой основы и типа пропитывающего состава максимальная длительная рабочая температура пропитанных волокнистых материалов колеблется от 105 до 180 С. Кратковременно некоторые из них могут работать при 200 °С и выше.

54. Электроизоляционные картоны и фибры. Волокнистыми называют материалы, состоящие из частиц удлиненной формы – волокон. К ним относят дерево, бумагу, картон, фибру, текстильные материалы, синтетические волокна, стеклоткани.

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.

Фибра – монолитный материал, получаемый прессованием листов бумаги, предварительно обработанных раствором хлористого цинка. Фибра поддается всем видам механической обработки и штамповки. Листовая фибра поддается формированию после размягчения ее заготовок в горячей воде. Картоны по сравнению с электроизоляционными бумагами имеют большую толщину и плотность. Для изготовления некоторых особо прочных сортов картона частично или полностью применяется тряпичное волокно. Электрические изоляционные бумаги изготовляются из волокон целлюлозы, хлопка, тростника и асбеста, применяются как для работы на воздухе, так и в масле.

Наибольшее применение получили кабельная и телефонная бумаги, изготовленные из волокон органического происхождения, обладающие сравнительно высокими механическими качествами и воздухонепроницаемостью, но малой нагреваемостью и низкой электрической прочностью. Пропитка бумаг маслом, лаком, компаундами значительно повышает ее электрическую прочность и в меньшей степени — нагревостойкость.