- •Міністерство освіти і науки україни криворізький технічний університет
- •Передмова
- •Розділ 1. Введення в предмет
- •1.1. Визначення матеріалу, матеріалознавства, електротехнічного матеріалознавства.
- •1.2. Роль матеріалів у сучасній техніці.
- •1.3. Класифікація матеріалів, застосовуваних в енергетиці й електротехніці.
- •Розділ 2. Електрофізичні характеристики матеріалів.
- •2.1. Електропровідність матеріалів.
- •2.1.1. Основне рівняння електропровідності.
- •2.1.2. Електропровідність металів
- •2.1.3. Електропровідність газів
- •2.1.4. Електропровідність твердих діелектриків.
- •2.1.5. Електропровідність рідин.
- •2.2. Діелектрична проникність.
- •2.2.1. Діелектрична проникність газів.
- •2.2.2. Діелектрична проникність твердих і рідких діелектриків.
- •2.3. Електрична міцність матеріалів.
- •2.4.Теплові характеристики матеріалів.
- •2.5.Механічні характеристики матеріалів.
- •2.6 Вологостні властивості діелектриків.
- •2.6.1. Загальні характеристики вологості повітря
- •2.6.2 Гігроскопічність діелектриків.
- •2.6.3. Вологопроникливість діелектриків.
- •Розділ 3. Різні види діелектричних матеріалів.
- •3.1. Загальні характеристики й застосування газоподібних діелектриків.
- •3.2. Загальні характеристики й застосування рідких діелектриків.
- •3.3. Використовувані й перспективні рідкі діелектрики.
- •3.3.1. Трансформаторне масло.
- •3.3.2. Основні фізико-хімічні властивості трансформаторного масла.
- •3.3.3. Конденсаторне й кабельне масла.
- •3.3.4. Синтетичні діелектричні рідини.
- •3.4. Тверді діелектрики.
- •3.4.1. Загальні характеристики твердих діелектриків.
- •3.4.2. Види діелектриків. Застосування твердих діелектриків в енергетиці.
- •3.4.3. Полімерні матеріали.
- •3.4.4. Папір і картон
- •3.4.5. Шаруваті пластики
- •3.4.6. Лакотканини
- •Розділ 4. Провідникові матеріали.
- •4.1. Матеріали для проводів. Мідь, алюміній.
- •4.2. Матеріали для контактів.
- •4.3. Металеві резистивні матеріали
- •4.4. Принципи надпровідності.
- •Список рекомендованої літератури.
3.4.5. Шаруваті пластики
Широке застосування в якості конструкційних і електроізоляційних матеріалів мають шаруваті пластики — композиції, що полягають із волокнистого листового наповнювача — паперу, тканини, склотканини, просочених і склеєних між собою різними полімерними сполучними. Шаруваті пластики відрізняються від інших матеріалів тим, що застосовуваний наповнювач розташовується паралельними шарами. Така структура забезпечує високі механічні характеристики, а використання полімерних сполучних-достатній високий питомий електричний опір, електричну міцність і мале значення tgδ.
Залежно від матеріалу сполучного й наповнювача розрізняють кілька типів шаруватих пластиків: гетинакс, текстоліт, склотекстоліт.
Найбільш дешевий матеріалу діелектричних підставок - гетинакс — має високі діелектричні властивості, знаходить широке застосування в побутовій радіоапаратурі. Гетинакс виходить шляхом гарячої пресовки паперу, просоченої бакелітом. Випускається гетинакс на основі ацетильованого паперу підвищеною вологостійкістю, що володіє, і здатної замінити склотекстоліти. Його недоліком традиційно вважається підвищене вологовбирання (1,5...2,5%) через шари паперу або з відкритих їхніх торцевих зрізів, а також крізь полімерне сполучне.
Аркушевий гетинакс застосовується у вигляді щитів, панелей, ізоляційних перегородок у пристроях низької напруги. Існує спеціальна марка гетинаксу, призначена для роботи в маслозаповненої апаратурі високої напруги. Електрична міцність гетинаксу становить приблизно 20-40 кВ/мм. Шарувата структура гетинаксу приводить до помітної анізотропії властивостей матеріалу. Електрична міцність уздовж шарів наповнювача в 5-8 раз нижче, чим уздовж шарів.
Табл.3. Склад шаруватих пластиків
Найменування шаруватого пластику |
Наповнювач |
Сполучне |
Гетинакс |
Просочувальний папір товщиною 0,1 мм |
Фенолформальдегідна смола (ФФС) |
Текстоліт |
Бавовняна й синтетична тканини (саржа, бязь, шифон, бельтинг, лавсан) |
ФФС |
Склотекстоліт |
Склотканини з беслужного алюмоборосілікатного скла |
Сполучена, епоксидна й ФФС- сполучена епоксикремнійорганична смола |
Текстоліт має більш високу міцність при стиску й ударною в'язкістю й тому використовується також у якості конструкційного матеріалу, і його випускають не тільки у вигляді аркушів, але й плит товщиною до 50 мм.
Склотекстоліти завдяки коштовним властивостям наповнювача мають найбільш високу механічну міцність, теплостійкість і мінімальним вологовбиранням. Вони мають кращу стабільність розмірів, а електричні властивості залишаються високими й у вологім середовищі. Внаслідок незвичайної твердості поверхні склотекстоліти зносостійкі.
Випускається кілька десятків марок склотекстолітів, призначених для різних цілей, у тому числі підвищеної нагрівостійкості, тропікостійкості, гальваностійкості, вогнестійкості, з металевою сіткою. Звичайні марки фольгованого склотекстоліту облицьовані мідною фольгою товщиною 35...50 мкм, для напіваддитивної технології випускається теплостійка модифікація з фольгою товщиною 5 мкм. Для тієї ж технології можна застосовувати листовий нефольгований склотекстоліт з адгезіийним шаром, що володіють необмеженою життєстійкістю.
Для виготовлення ПП по адитивній технології потрібні діелектрики з металевими включеннями, що утворюють центри кристалізації при хімічному обмідненні. Для цієї мети випускається шаруватий пластик-діелектрик, що містить мілкодисперсні частки металів - Ag або V.
Якість друкованих плат характеризується наступними властивостями.
-
Міцність є одним з основних властивостей, оскільки друковані плати виконують роль не тільки діелектричної підстави, але й несучої конструкції. Часто потрібно вібростійкість, якої, особливо при більших розмірах плат, склотекстоліт не має. Слід мати у виді, що питома міцність при товщині, більшої, ніж 1,5 мм, починає знижуватися, тому що утрудняється видалення летучих речовин при отвердінній позначається градієнт температури, який, як і у випадку скла, проявляється у вигляді мікротріщин на поверхні. Це служить ще одним прикладом розмірного ефекту міцності.
-
Нагрівостійкість фольгованих шаруватих пластиків визначається по відсутності здуттів, розшаровування й відклеювання фольги, що виникають при пайку. Критерієм є час, у секундах, протягом якого руйнування не спостерігаються при нагріванні до 533 ДО (260 °С). Мінімальна нагрівостійкість — 5 з, у кращих марок-20 с.
-
Стабільність розмірів — зміна довжини при зміні температур у процесі пайки, коли вся плата перегрівається приблизно до 393 ДО (120°С); ТКЛР склотекстоліту при товщині 1,5 мм становить 8-10-6 ДО-1, тобто відрізняється від ТКЛР міді більш ніж в 2 рази, тому при більших розмірах плат можливий обрив або відшарування фольги. Крім того, при Т~370°К в епоксидних смолах спостерігається фазовий перехід, вище якого різко зростає ТКЛР у напрямку товщини шаруватого пластику, що приводить до обриву металізації отворів. Нестабільність розмірів проявляється також у вигляді неплощинності — прогину, жолоблення, скручування, які виникають внаслідок механічних напруг.
-
Електрична міцність склотекстоліту анізотропна: у поздовжньому напрямку вона в кілька раз вище, чим у напрямку товщини. Причина цьому — анізотропія самого матеріалу й наявність мікротріщин, що зменшують ефективну товщину, але не довжину й ширину. Зі збільшенням товщини електрична міцність падає. Так, для плат товщиною 0.5 і 10 мм значення електричної міцності відповідно 30 і 10 кВ/мм.
Недоліки фольгованих склотекстолітів є наслідком їх неоднорідної структури й особливостей використовуваних матеріалів. Це-Жолоблення, нестабільність розмірів, розтріскування, відшаровування, займистість. Нарешті, склотекстоліт через високий tgδ непридатний для нвч-Техніки.