§ 44. Пленочные электроизоляционные материалы.

Пленочные электроизоляционные материалы представляют собой гибкие пленки и ленты, получаемые из синтетических высо­кополимерных диэлектриков: полистирола, полиэтилена, фторо­пласта-4 и др.

Полистирольные пленки получают методом выдавливания размягченного (при 140—160°С) полистирола через узкую щель — фильеру в металлической плашке. При выходе из щели выдавливаемая полистирольная пленка захватывается специаль­ными приспособлениями, которые увлекают нагретую пленку и растягивают ее в продольном и поперечном направлениях. В ре­зультате этого толщина пленки уменьшается. Охлажденная в воздухе полистирольная пленка (стиропленка) наматывается на вращающийся приемный барабан. Полистирольные пленки изготовляют толщиной от 0,02 до 0,1 мм и шириной от 20 до 400 мм. Их выпускают неокрашенными и окрашенными в фиолетовый, розовый и другие цвета.

Характеристики полистирольных пленок: удельный вес 1,05 г/см³; σ_р = 5-8 кГ/мм²; l_р = 3%; ρ_ν = 10¹⁵ - 10¹⁶ Ом* см; ε= 2,5; tg δ= 0,0005; Е_пр = 80 00 кВ/мм; температура размяг­чения 80°С; морозостойкость —60°С; водопоглощение 0,1%. Недостатком полистирольных пленок является сравнительно невысокая температура их размягчения и низкая механическая прочность при надрыве.

Полистирольные пленки и ленты применяют для изоляции жил высокочастотных кабелей, а также в производстве полисти­рольных конденсаторов низкого и высокого напряжения.

Полиэтиленовые пленки получают способом выдавливания размягченного полиэтилена через кольцевое отверстие в мунд­штуке машины. Через это отверстие непрерывно вытягивается полиэтиленовый цилиндр с тонкими стенками, который разду­вается изнутри поступающим сжатым воздухом. На некотором расстоянии от мундштука полиэтиленовый цилиндр сплющи­вается металлическими валками, а затем разрезается. В резуль­тате этого получается полиэтиленовая пленка толщиной от 0,03 до 0,2 мм и шириной от 1 до 1,4 м. Для изготовления пленок при­меняют полиэтилен ВД. Полиэтиленовые пленки и ленты полу­прозрачны и имеют желтоватый оттенок.

Характеристики полиэтиленовых пленок: удельный вес 0,93 г!см³; σ_р =1,6-3,0 кГ/мм²; l_р =300-500%; ρ_ν = 10¹⁶ -10¹⁷ Ом *см; ε = 2,2; tg δ = 0,0004; Е_пр = 35-62 кВ/мм; темпе­ратура размягчения 60—65°С; морозостойкость —60°С; водопоглощение 0%. Вследствие невысокой температуры размягче­ния область применения полиэтиленовых пленок в электротех­нике невелика. Полиэтиленовые пленки применяют для изоляции жил высокочастотных кабелей, а также в качестве электроизо­ляционных прокладок.

Пленки из фторопласта-4 получают посредством обточки (на токарном станке) вращающейся фторопластовой болванки ци­линдрической формы. Стружка снимается специальным широ­ким резцом при его автоматической подаче. Обычный способ получения пленки выдавливанием размягченного материала че­рез щель не может быть применен, так как фторопласт-4 не раз­мягчается вплоть до температуры 415°С, когда начинается его термическое разложение.

Пленка, снимаемая резцом в виде непрерывной стружки, имеет толщину от 0,06 до 0,25 мм и ширину от 40 до 100 мм. Она представляет собой неориентированную фторопластовую пленку с несколько шероховатой поверхностью. Неориентированные пленки из фторопласта-4 обладают сравнительно невысокими значениями механической и электрической прочности: σ_р = 1-3 кГ/мм²; Е_пр = 28-30 кВ/мм.

Если неориентированную пленку подвергнуть многократной прокатке между нагретыми стальными валками, то получится ориентированная, уплотненная пленка. Она выпускается толщи­ной от 0,02 до 0,1 мм и шириной от 10 до 100 мм. Предел проч­ности при растяжении у ориентированных пленок составляет σ_р = 3- 10 кГ/мм²; а электрическая прочность Е_пр = 90 - 120 кВ/мм. Остальные характеристики пленок из фторо­пласта-4: удельный вес 2,1 г/см³; ρ_ν = 10¹⁶-10¹⁸ Ом * см; ε = 2,0; tg δ= 0,0002; температура разложения 400—415°С; морозостой­кость — 100°С (пленки сохраняют гибкость), водопоглощение 0%.

Пленки из фторопласта-4 являются негорючими. Их приме­няют в производстве термостабильных конденсаторов, а также в обмоточных и монтажных проводах, используемых при темпе­ратурах до 250°С.

Лавсановые пленки представляют собой прозрачные пленки, получаемые из синтетического высокополимерного материала — лавсана. Пленки получают методом выдавливания через щель размягченного лавсана (метод экструзии). Лавсановые пленки выпускают неориентированными и ориентированными - уплот­ненными посредством прокатки между нагретыми вальцами.

Характеристики лавсановых пленок: удельный вес 1,38 — 1,4 г/см³; σ_р = 5-18 кГ/мм²; l_р = 70 -150%; ρ_ν = 10¹⁵ -10¹⁷ Ом * см; ε = 3,3-3,5; tg δ = 0,005; Е_пр=160-180 кВ/мм.

Температура размягчения 250—260°С; морозостойкость — 60°С; водопоглощение 0,3—0,4%.

Большие значения механической и электрической прочности и относительного удлинения при разрыве относятся к ориенти­рованным лавсановым пленкам.

Пленки из лавсана применяют для пазовой и межвитковой. изоляции электрических машин низкого напряжения.

Триацетатцеллюлозные (триацетатные) пленки изготовляют из уксуснокислого эфира целлюлозы — аморфного прозрачного вещества, получаемого в результате воздействия уксусного ангидрида на растительную клетчатку (целлюлоза).

Триацетатные пленки выпускают непластифицированными, слабопластифицированными и пластифицированными. Непласти-фицированные пленки обладают жесткостью и упругостью, у слабопластифицированных жесткость заметно снижена, а пласти­фицированные обладают значительной гибкостью и растяжи­мостью. Непластифицированные триацетатные пленки имеют голубой цвет и выпускаются толщиной от 0,04 до 0,07 мм, слабо пластифицированные пленки — бесцветные (прозрачные), вы­пускаются толщиной от 0,04 до 0,07 мм. Пластифицированные триацетатные пленки окрашены в синий цвет и имеют толщину от 0,025 до 0,04 мм. Их применяют для изоляции обмоточных проводов.

Непластифицированные и слабопластифицированные триаце­татные пленки применяют в качестве пазовой и межвитковой изоляции в машинах низкого напряжения. Они могут быть дли­тельно использованы при температурах до 120°С включительно.

Характеристики триацетатных пленок: удельный вес 1,23 - 1,27 г/см³; σ_р = 6-9 кГ/см²; ρ_ν = 10¹⁴-10¹⁵ Ом*см; ε = 3-4; tg δ = 0,008-0,012; Е_пр = 60 — 90 кВ/мм; водопоглощение 1,5-3,0%.

Следует отметить недостаточную стойкость триацетатных пленок к электрической короне, что ограничивает их применение в электрических машинах и аппаратах высокого напряжения.

Отрицательным свойством триацетатных пленок является их невысокая механическая прочность. Поэтому триацетатные пленки, как правило, применяют в композиции с электрокарто­ном, на который они наклеиваются с помощью масляно-глифталевых или других лаков, дающих гибкие пленки. .

Электрокартон, оклеенный с одной или двух сторон триаце­татной пленкой, называется пленкоэлектрокартоном. Из пленкоэлектрокартона изготовляется пазовая изоляция электриче­ских машин на напряжения до 500 В.

Наибольшее применение имеет пленкоэлектрокартон, окле­енный триацетатной пленкой с одной стороны. Этот материал выпускается толщиной 0,16; 0,2; 0,3; 0,4 мм и шириной 450 — 500 мм.

Основные характеристики пленкоэлектрокартона: σ_р=3,5-9,0 кГ/мм²; ρ_о=10¹⁸-10¹⁴ Ом * см; tg δ = 0,02 -0,05; Е_пр = 17-25 кВ/мм.

Пленки из капрона и других высокополимерных веществ пока не нашли широкого применения в качестве электроизоляци­онных материалов, поэтому здесь они не описываются.

Таблица 30

В табл. 30 приведены основные характеристики этих пласт­масс. Температура прессования этих пластмасс находится в пределах 160— 180°С при удельном давлении 350—450 кГ/см². Вы­держка при прессовании составляет 1—1,5 мин. на 1 мм толщи­ны прессуемого изделия, т. е. та же, что и у фенопластов.

Для деталей с большой механической прочностью, работаю­щих в условиях широкого интервала температур (от 60 до 250°С), применяются термореактивные пластмассы АГ-4 и АГ-4В, наполнителем в которых является стеклянное волокно, а в качестве связующего применяется модифицированная фенол-формальдегидная смола.

Рис.110.

Электроизоляционные изделия из пластмассы

Основные характеристики этих пластмасс: удельный вес 1,7/1,8 г/см³; теплостойкость 280°С; σ_р=800-2000 кГ/см²; а_n=45-250 кг*см/см². Водопоглощение 0,05 г/дм²; ρ_υ=10¹²-10¹³ Ом * см; Е_пр = 15-18 кВ/мм.

Особый интерес представляют пластмассы на основе кремнийорганических смол, так как они обладают высокой нагревостойкостью и малой зависимостью электрических характеристик от температуры. Введение в такие пластмассы нагревостойких наполнителей (стекловолокна и асбеста) снижает электрические характеристики чистых кремнийорганических смол, но резко уве­личивает механические характеристики. Такие пластмассы применяют для изделий, работающих при температурах до 200° С и в условиях повышенной влажности.

Термопластичные пластмассы и изделия из них изготовляют преимущественно без наполнителей, так как термопластики в основе своей имеют полимеризационные смолы (полистирол, поливинилхлорид), которые обладают весьма высокими электрическими свойствами, но малой теплостойкостью (65—85°С). Введение же в них наполнителей приводит к снижению их электрических свойств. Из термопластических пластмасс изделия можно получать пресслитьем, шприцеванием, а также прессованием в охлаждаемых обычных или литьевых пресс-формах. На (рис. 110) показаны некоторые электроизоляционные детали из пластмасс.

Слоистые электроизоляционные пластмассы.

Слоистые пластмассы (слоистые пластики) — это материалы, в которых наполнителем служит бумага или ткани, создающие слоистую структуру материала. Связующим веществом в них являются термореактивные фенолоформальдегидные и другие резольные смолы. За последние годы разработаны и внедрены сло­истые пластмассы, имеющие связующим веществом кремнийорганические и эпоксидные смолы, а в качестве наполнителей — стеклянные ткани. Эти материалы отличаются повышенной нагревостойкостью (180—200°С).

Из слоистых пластмасс наиболее широкое применение получили гетинакс, текстолит и стеклотекстолит.

Гетинакс — листовой слоистый материал, в котором наполнителем являются листы пропиточной бумаги толщиной 0,12 мм. Процесс производства гетинакса заключается в пропитке бумаги (фенол или крезолоформальдегидными бакелитовыми) лаками и последующей разрезке ее на листы определенных размеров. Пропитку бумаги лаком производят в пропиточной машине с по­следующей сушкой в этой же машине. На (рис. 111) показана схе­ма сдвоенной пропиточной вертикальной машины.

Листы пропитанной лаком бумаги сушат, а затем собирают в пакеты определенного веса, соответственно толщине прессуемого изделия. Собранные пакеты бумаги прессуют между нагретыми (до 160—165°С) стальными плитами многоэтажных гидравлических прессов (рис. 112). При горячем прессовании расплавленная смола склеивает пропитанные листы бумаги. Давление прессования 100—120 кГ/см², время выдержки устанавливается от 3 до 5 мин. на 1 мм толщины листа. По окончании процесса прессования полученные доски и листы охлаждают, пропуская воду через внутренние каналы в стальных плитах пресса. При этом давление не снижается. У вынутых из пресса листов и досок гетинакса края обрезают циркулярной или ленточной пилой. Площадь листов — от 450X600 до 750 X 1000 мм².

Гетинакс изготовляется в виде листов и досок толщиной от 0,2 до 50 мм следующих марок: А, Б, В, Г, Д, В_с-для работы на частоте 50 Гц и А_в, Б_в, В_в, Г_в, Д_в — для работы на высокой частоте. Гетинакс высокочастотный выпускается толщиной от 0,4 до 6,0 мм.

Гетинакс марок А и Б отличается повышенной электрической прочностью; марки Г имеет повышенную стойкость к влаге; марки В обладает повышенной механической прочностью.

Рис.111. Схема сдвоенной пропиточной машины: 1- рулон волокнистого наполнителя, 2- подвижный подшипник, 3- направляющий валик, 4- пропиточная ванна, 5- валик, 6- подъемный механизм, 7- сушильная шахта, 8- верхний первальный вал, 9- экран, 10- паровые змеевики, 11- ведущий вал, 12- направляющий вал, 13- приемная часть

Гетинакс для высокочастотных устройств отличается малым тангенсом угла диэлектрических потерь. Остальные его электрические характеристики мало отличаются от низкочастотных сортов гетинакса. Гетинаксы всех марок предназначены для работы при температуре от —60 до +105° С (за исключением гети­накса марки А_в, у которого нижний предел температуры—40°С).

Гетинакс используется для изготовления различного рода плоских электроизоляционных деталей и оснований: Следует учитывать, что дугостойкость гетинакса невысока и после разряда на поверхности гетинакса остается науглероженный след с большой проводимостью. Гетинакс легко поддается механической обработке — режется, пилится, сверлится. Тонкий гетинакс при предварительном подогреве хорошо штампуется.

Текстолит отличается от гетинакса тем, что наполнителем в нем является хлопчатобумажная ткань. Производство текстолита существенно не отличается от производства гетинакса. Текстолит выпускается марок А, Б и Г — на основе бязи и миткаля и марки ВЧ (для высоких частот) — на шифоне.

Рис.112. 1- рабочий цилиндр, 2- плунжер, 3- паровые трубки для подачи пара к плитам, 4- плиты, 5- распределительный коллектор, 6- паровой клапан, 7- терморегулятор, 8- монометр, 9- автомат для регулировки, 10- насос низкого давления, 11- бак с маслом, 12- насос высокого давления, 13- клапан для спуска конденсата, Свойства текстолита приблизительно такие же, как и свой­ства гетинакса, однако у текстолита выше предел прочности на раскалывание и удельная ударная вязкость, до14- водяной клапан

ходящая до 40 кг * см/см².

Текстолит выпускается в листах толщиной от 0,5 до 50 мм и площадью от 450x600 до 750Х 1000 мм².

Следует учитывать, что текстолит — материал более дорогой, чем гетинакс, поэтому его следует применять там, где деталь мо­жет подвергаться ударам или истиранию.

Стеклотекстолит отличается от текстолита тем, что наполнителем в нем является электроизоляционная бесщелочная сте­клянная ткань. Стеклотекстолиты обладают повышенной влаго­стойкостью и лучшими электрическими и механическими харак­теристиками по сравнению с текстолитом и гетинаксом, но хуже обрабатываются. Стеклотекстолит изготовляется нескольких ма­рок: СТ, СТУ на основе бесщелочных стеклянных тканей со свя­зующим — фенолоформальдегидной смолой и СТК-41 и СТК-41/ЭП на кремнийорганических смолах и с добавкой эпо­ксидных смол. Эти стеклотекстолиты отличаются повышенной нагревостойкостью (180—200°С).Основные свойства слоистых электроизоляционных пластмасс приведены в табл. 31.

Таблица 31.