3.22. Твёрдые электроизоляционные материалы

3.22.1. Природные электроизоляционные смолы и воскообразные материалы

Канифоль — хрупкое стекловидное вещество янтарного цвета, получаемое из живицы — смолистого сока хвойных деревьев.

Канифоль плавится при +120 ^ОС, легко растворяется в скипидаре, бензине, этиловом спирте, ацетоне, минеральных маслах.

В электротехнике канифоль используют как загуститель масел для пропитки изоляции кабелей, она входит в состав масляно-канифольных заливочных компаундов, применяется для изготовления сиккативов — составов, ускоряющих высыхание масляных лаков, эмалей и красок. В расплавленном виде канифоль растворяет окислы меди и олова, поэтому широко применяется как безкислотный флюс при пайке медных жил проводов и кабелей.

Битумы — твёрдые и жидкие смеси углеводородов и их производных, получаемые при перегонке нефти.

Битумы — дешёвые и доступные материалы с хорошими электроизоляционными качествами: _v = 10¹² Ом·м;  = 2,2…2,8; tg = 0,01…0,05; Е_пр = 12…25 МВ/м. Битумы химически инертны и нерастворимы в воде.

Введение минеральных масел в битум придаёт ему эластичность и холодостойкость — качества, необходимые для заливочных компаундов. На основе битумов и растительных масел изготавливают битумно-масляные изоляционные лаки.

Парафин — воскообразное вещество белого цвета с хорошими электроизоляционными качествами. Используется для пропитки изоляции низковольтных бумажных конденсаторов, а также в составе композиций для противогнилостной пропитки хлопчатобумажных оболочек проводов и кабелей.

Церезины натуральные — твёрдые воскообразные вещества с температурами каплепадения около +70 ^ОС. Продукт очистки озокерита — природного нефтяного битума. Используются как мягчители в смесях для производства резины.

Если природные церезины непригодны из-за низкой температуры плавления, то используют церезин синтетический, попутно получаемый при производстве синтетического бензина. Температура его каплепадения — +100…+105 ^ОС.

Воскообразные материалы имеют кристаллическую структуру, малополярны, обладают хорошими электроизоляционными качествами, их поверхность не смачивается водой, они практически её не поглощают. Они имеют малую твёрдость, незначительную механическую прочность, низкую температуру плавления. При застывании их объём уменьшается на 5…15 %.

3.22.2. Синтетические высокомолекулярные соединения

Для развития электротехнической промышленности насущно необходимы изоляционные материалы, значительно превосходящие своими качествами природные диэлектрики. Таковы полимеры, получаемые из мономеров методами химического синтеза: полимеризацией и поликонденсацией.

Мономеры — низкомолекулярные химические соединения, способные под действием внешних факторов (повышенные температура и давление, присутствие катализаторов или инициаторов, действие электрического поля, света, ультразвука и др.) вступать в реакцию полимеризации, образуя новые вещества — полимеры, молекулы которых состоят из множества повторяющихся мономерных звеньев, химически связанных между собой в длинные цепочки.

Свойства получаемого полимера зависят от количества связанных мономерных звеньев. Так, молекула газа этилена состоит всего из двух мономерных звеньев; если в молекулу связаны 20 таких звеньев, то это уже жидкость; из 1500…2000 связанных мономерных звеньев состоит молекула эластичного гибкого пластика, а молекула твёрдого жёсткого полиэтилена имеет вид цепочки из 5000…6000 таких мономерных звеньев.

Полимеризация — метод синтеза полимеров, при котором взаимодействие молекул мономера не сопровождается выделением побочных низкомолекулярных соединений, химический состав вещества остаётся неизменным.

Поликонденсация — метод синтеза полимеров, при котором взаимодействие молекул мономера сопровождается выделением побочных низкомолекулярных соединений (воды, водорода, аммиака, спиртов и др.), снижающих электроизоляционные качества получаемых диэлектриков.

Высокомолекулярные материалы подразделяют на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные материалы имеют структуру в виде длинных цепочек полимера и при нагреве способны многократно переходить из твёрдого в вязкотекучее состояние (полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид и др.). Они обладают низкой твёрдостью, малоустойчивы к действию растворителей, подвержены холодной текучести — медленной деформации под действием постоянно приложенной механической нагрузки.

Термореактивные материалы после завершения реакций полимеризации или поликонденсации образуют пространственную сетчатую структуру и при нагреве уже не размягчаются и не плавятся вплоть до термического разложения. У них высокая твёрдость, они противостоят деформации до разрушающих механических напряжений, не поддаются действию растворителей. К термореактивным материалам относятся резольные смолы, аминопласты, эпоксидные смолы, кремнийорганические соединения и пластмассы на их основе.