1. Цель работы.

Изучение электротехнических материалов н их основных свойств по образцам этих материалов и изделиям из них.

2. Краткие теоретические сведения.

2.1. Электротехническими материалами (ЭТМ) называются материалы, характеризуемые определенными свойствами по отношению к электромагнитному полю и применяемые в технике с учетом этих свойств.

Различные материалы подвергаются воздействиям как отдельно электрических и магнитных полей, так и их совокупности. Электротехнические материалы в магнитном поле подразделяются на сильномагнитные и слабомагнитные (немагнитные), а в электрическом поле - на проводниковые, полупроводниковые и диэлектрические.

Проводниками называют вещества, внутри которых в случае электростатического равновесия электрическое поле равно нулю, а если электрическое поле отличное от нуля, то в проводнике возникает эл. ток.

Проводниковые материалы отличаются большой удельной электропроводимостью и используются в электротехнических устройствах в качестве проводников электрического тока: обмотки в машинах, аппаратах и приборах, провода и кабели для передачи и распределения электрической энергии.

Полупроводники занимают по удельной проводимости промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Их отличительное свойство - сильная зависимость удельной проводимости от концентрации вида примесей и других дефектов, а так же от внешних энергетических воздействий (температуры, освещенности, и т.п.⁴). Благодаря своим свойствам полупроводники широко используются в технике связи, в устройствах радиоэлектроники, а также их применяют в усилителях, фотодат­чиках, в качестве специальных источников тока и т.д.

Диэлектрическими материалами называют класс электротехнических материалов, предназначенных для использования их диэл. свойств(большое сопротивление прохождению эл.тока и способность поляризоваться).

Диэлектрические материалы обладают свойством - способностью к поляризации и в них возможно существование электростатического поля. Реальные диэлектрики имеют очень малое количество свободных зарядов.

Электроизоляционными материалами называются диэлектрики, применяемые в технике для устранения утечки электрических зарядов, т.е. они должны разделять электрические цепи друг от друга или токоведущие части устройств от проводящих, но не токоведущих частей (от корпуса, от земли).

Магнитные материалы отличаются способностью усиливать магнитное поле, в которое их помещают, т.е. обладают большой магнитной проницаемостью. Они используются для изготовления магнитопроводов в электрических машинах и трансформаторах, для экранирования магнитного поля, а так же в виде постоянных магнитов, создающих вокруг себя магнитное поле.

2.2. Основной электрической характеристикой всякого электротехнического материала является его удельное сопротивление.

Удельное сопротивление электротехнических материалов при t=20 С

о с

проводники 10" -10" Ом*м

полупроводники 10-10°Ом*м

7 1 ft

диэлектрики 10-10 Ом*м

Отличительным свойством диэлектрических материалов является их низкая электропроводность. Для оценки качества диэлектрика с точки зрения их способности препятствовать прохождению через них электрического тока пользуются следующими характеристиками:

1.удельное сопротивление (объемное и поверхностное);

2.удельная проводимость (объемная и поверхностная);

3.диэлектрическая проницаемость;

4.тангенс угла диэлектрических потерь;

5.электрическая прочность.

Магнитные материалы по своим свойствам делятся на слабомагнитные (магнитная проницаемость ц_г<1) и сильномагнитные |j,_r» 1).

По виду петли гистерезиса магнитные материалы делятся на магнитомягкие (узкая петля гистерезиса) и магнитотвердые (широкая петля гистерезиса).

Магнитомягкие материалы обладают небольшой коэрцитивной силой, большой магнитной проницаемостью. Используются для изготовления магнитопроводов электрических машин, трансформаторов,

электромагнитов в измерительных приборах. Магнитотвердые материалы обладают большой коэрцитивной силой, малой магнитной проницаемостью. Используются для изготовления постоянных магнитов.

3. ПЕРЕЧЕНЬ ОБРАЗЦОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, ИМЕЮЩИХСЯ В ЛАБОРАТОРИИ.

Диэлектрические материалы (Д):

1. Масло трансформаторное.

2. Канифоль.

3. Полиэтилен.

4. Полистирол.

5. Фторопласт-4.

6. Поливинилхлорид.

7. Плексигласе.

8. Капрон.

9. Гибкие пленки.

10. Полиуретан.

11. Пенопласт.

12. Пластмассы.

13. Конденсаторная бумага.

14. Кабельная бумага.

15. Электрокартон.

16. Фибра.

17. Лакоткань.

18. Стеклоткань.

19. Стеклолакоткань.

20. Текстолит.

21. Стеклотекстолит.

22. Фольгированный гибкий диэлектрик.

23. Гетинакс.

24. Резина.

25. Эбонит.

26. Асбест.

27. Слюда.

28. Миканит.

29. Мрамор.

30. Электротехническое стекло.

31. Электро керамика.

32. Высокочастотная керамика.

33. Кордиерит.

Проводниковые материалы (П):

34. Серебро.

35. Медь.

36. Латунь,

37. Бронза.

38. Алюминий.

39. Ртуть.

40. Свинец.

41. Олово.

42. Припои.

43. Цинк.

44. Вольфрам.

45. Манганин.

46. Константин.

47. Нихром

48. Электроугольные изделия.

Магнитные материалы (ММ, МТ):

49. Сталь электротехническая.

50. Феррит.

51. Магнитотвердые стали.

52. Литые высококоэрцитивные сплавы.

53. Магнитотвердые ферриты.

Полупроводниковые материалы (ПП):

54. Вилит.

55. Селен.

56. Защитные покрытия металлов.

ПРИЛОЖЕНИЕ.

1. МАСЛО ТРАНСФОРМАТОРНОЕ.

д

Продукт перегонки нефти, неполярная жидкость светло-желтого цвета, представляет собой смесь различных жидких углеводородов. Горюча, огнеопасна. Требуется строго соблюдать меры пожарной безопасности.

Электрическая прочность Е_пр-30 кВ/мм

Тангенс угла диэлектрических потерь tg5=0,003 Удельное сопротивление р=Т0"-10¹² Ом*м

Относительная диэлектрическая проницаемость е_г=2,4 Кинематическая вязкость при Т=20°С - 18 мм²/сек.

при Т=50°С - 6,5 мм²/сек. Температуры застывания -(35-45) ^СС

Температура вспышки 135°С

Коэффициент теплопроводности 1 Вт/м*К°

Плотность у= (0.865-0.895)г/см³

Кислотное число (количество миллиграммов щелочи КОН, достаточное для полной нейтрализации кислых соединений, содержащихся в 1 г. масла):

свежее масло 0,1

требующее регенерации 4-5

Применяется для заливки силовых трансформаторов. Повышает электрическую прочность изоляции и улучшает отвод тепла, выделяемого за счет потерь в обмотках и сердечнике трансформатора. Для замедления процесса старения в масло добавляют ингибиторы (противоокислителъные присадки), например, ионоя. При достижении предельно допустимой кислотности масло подвергают регенерации. Промышленные марки:

ТК - трансформаторное, кислотной очистки,

Т-75 - трансформаторное, кислотно-щелочной очистки.

АТМ-65 - арктическое трансформаторное масло для использования в условиях северного климата. Температура застывания -65°С.

1.1- масло ТК- чистое,

1.2 - масло ТК - требующее отчистки.

2. Канифоль.

Д

Канифоль - хрупкая смола, получаемая из живицы (сосновой смолы) после отгонки жидкой фракции - скипидара. Состоит, в основном, из органических кислот. В воде не растворима, растворяется в спирте, бензине, скипидаре, ацетоне, маслах.

Электрическая прочность Е_пр=10-15 кВ/мм

Тангенс угла диэлектрических потерь tg6= 0,003

Удельное сопротивление р=10¹³-10¹⁴ Ом*м Относительная диэлектрическая

проницаемость е_г=2,8

Выпускается двух марок: А и В.

Применяется при изготовлении изоляционных лаков и компаундов, а также при пайке в качестве флюса. Близким к канифоли является ЯНТАРЬ -ископаемая смола древних деревьев. Его удельное сопротивление р= 10¹⁷ Ом*м. Ввиду высокой стоимости применение янтаря ограничено.

3. ПОЛИЭТИЛЕН.

Д

Продукт полимеризации газа этилена (...НгС^СНг...) в присутствии катализаторов. Термопластичный неполярный диэлектрик. Обладает высокой прочностью, химостойкостью, радиационной стойкостью, отличными диэлектрическими свойствами, не токсичен. Не становиться хрупким до -70 С. Стоек к действию концентрированных серной, соляной и даже плавиковой кислот. При Т>80°С растворяется в углеводородах. Изделия из полиэтилена получают литьем под давлением, экструзией, прессованием.

Электрическая прочность Е_пр=45-50 кВ/мм

Тангенс угла диэлектрических потерь tg5= (1+-5)* 10⁴

Удельное сопротивление р=10¹⁵ Ом*м

Относительная диэлектрическая

проницаемость е_г=2-2,4

Плотность у=0,91 (ПЭВД)

у =0,98 (ПЭНД)

Нагревостойкость 80-90 С.

Промышленные марки: ПЭВД (полиэтилен высокого давления, низкой плотности), ПЭНД (низкого давления, высокой плотности) и ПЭСД (среднего давления). Широко применяется для изготовления деталей ВЧ-аппаратуры, различных установочных изделий, изоляции, тонких пленок и как конструкционный материал.

3.1-ПЭВД;

3.2 - изоляция из ПЭНД.

4. ПОЛИСТИРОЛ.

д

Продукт полимеризации мономера-стирола, не полярный диэлектрик. Один из наиболее распространенных термопластов. Обладает высокими диэлектрическими свойствами, химически стоек, весьма устойчив к воздействию влаги. Растворяется в ароматических и хлорированных

углеводородах, эфирах. Бесцветен, прозрачен, обладает высоким показателем преломления света и применяется, в частности, для изготовления оптических стекол. Тропикостоек. Недостатки: низкая нагревостойкость, малая прочность, плохая ударопрочноетъ. В процессе эксплуатации склонен к растрескиванию и помутнению. Изделия из полистирола получают литьем под давлением, экструзией. В конденсаторной технике широко используется тончайшая пленка из полистирола - СТИРОФЛЕКС, толщиной до 10 мкм, весьма прочная и обладающая очень высокими диэлектрическими показателями.

Электрическая прочность Е_пр=20-35 кВ/мм

Тангенс угла диэлектрических потерь tg6= (К5)* 10⁴

Удельное сопротивление р=10¹⁵-Н0^|6Ом*м

Относительная диэлектрическая

проницаемость е_г=2,4-2.6.

Плотность у=1,05г/см³

Нагревостойкость 70-80 С

Промышленные марки: ПС (Блочный, Общего назначения, Ударопрочный). Применяется для изготовления электроизоляционных деталей, установочных изделий, корпусов радиоаппаратуры, калькуляторов и т.п.

4 - Ударопрочный полистирол.

5. ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕН. (ФТОРОПЛАСТ-4)

д

Продукт полимеризации тетрафторэтилена (этилен, в котором все 4 атома водорода замещены атомами фтора CF₂=F₂C). Цифра 4 в обозначении материала указывает именно на это обстоятельство! ПТФЭ - неполярный термопластичный диэлектрик с весьма высокими диэлектрическими и конструкционными параметрами. Не горит, не растворяется ни в одном растворителе во всем весьма широком диапазоне рабочих температур: -269°+260°С. На него не действуют кислоты, щелочи и другие агрессивные вещества. По химической стойкости превосходит золото и платину. Не смачивается водой, не подвержен действию грибковой плесени. Физиологически - безвреден. Обладает исключительно высокими электроизоляционными свойствами.

Электрическая прочность Е_пр=25-27 кВ/мм

Тангенс угла диэлектрических потерь tg6 = 2,5* 10

1 С 1Q

Удельное сопротивление р=10 -НО Ом*м Относительная диэлектрическая

проницаемость е_г=1,9-2,2.

Плотность у~2,3г/см

Нагревостойкость <260 С

Применяется для изготовления электротехнических деталей, работающих в жестких условиях. Марки: Фторогшаст-4, ГОСТ 10007-80.

6. ПОЛИВИНИЛХЛОРИД (ПОЛИХЛОРВИНИЛ).

д Продукт полимеризации газообразного винилхлорида,

представляющего собой этилен, в котором один из атомов Н заменен атомом хлора. Вследствие несимметричности молекулы, поливинилхлорид является полярным диэлектриком. Он термопластичен, стоек к действию воды, щелочей, кислот, масел, бензина и спирта. При нагревании растворяется в углеводородах, ацетоне. Не воспламеняется, практически не горит. Не пластифицированный поливинилхлорид - винипласт, пластифицированный - пластикат. Детали из ПВХ получают литьем под давлением и экструзией. Пластифицированный ПВХ весьма эластичен, холодостоек.

Электрическая прочность Е_пр=20-30 кВ/мм

Тангенс угла диэлектрических потерь tg&= (1-И)* 10⁴ Удельное сопротивление р=10¹⁵-Ч0¹⁶Ом*м

Относительная диэлектрическая проницаемость £_г= 1,9-2,1

Плотность у=1,4-1,7г/см³

Нагревостойкость 250 С

Промыпленные марки:

Твердый ПВХ (винипласт) ГОСТ 14132-78 используется для изготовления различных электроизоляционных деталей, высокопрочных трубок.

Пластикаты И-40, ИТ-105 (термостойкий), О-40 (особо гибкий), ИРМ-40 (для корпусов и деталей аккумуляторов). ПВХ находит самое широкое применение в качестве изоляции проводов, кабелей, гибких телефонных шнуров, деталей общего назначения.

б.Шинипласт листовой.

6.2Пластикат (пленка ПВХ).

6.1 ВИНИПЛАСТ ЛИСТОВОЙ (ГОСТ 9639-71).

д

Пластмасса из поливинилхлорида получается горячим прессованием. Не растворим в большинстве растворителей, стоек к растворам щелочей и кислот, негигроскопичен. Теплостойкость не более 65 С. (невысокая). Электрическая прочность Е_пр=45 кВ/мм

Тангенс угла диэлектрических потерь tg5= 0,01-0,02 Удельное объемное сопротивление p_v= 1*10 Ом*м

Удельное поверхностное сопротивление p_s-l* 10 Ом*м

Относительная диэлектрическая проницаемость е_г=3,2-4,0

Широко используются в качестве электроизоляционного материала, s том числе электрических проводов и кабелей, особенно при работе в условиях высокой влажности и в химически агрессивных средах, но при невысоких температурах.

7. ПОЛИМЕТИЛМЕТАКРИЛАТ (ПЛЕКСИГЛАСС).

д Относится к полиакрилатам, т.е. полимерам эфиров акриловой кислоты. Известен под названием - органическое стекло или плексигласе. Прозрачный бесцветный материал, обладающий значительно большей ударопрочностью по сравнению с полистиролом. При соприкосновении с электрической дугой выделяет большое количество газов, что способствует гашению дуги. Детали из плексигласса получают литьем под давлением, экструзией, прессованием.

Электрическая прочность Е_пр=22 кВ/мм

Тангенс угла диэлектрических потерь tg5= 0,02 Удельное сопротивление р=10¹⁴Ом*м

Относительная диэлектрическая проницаемость е_г⁼2,5

Плотность у=1,19г/см³

Нагревостойкость 100-110 С

Промышленная марка плексигласса - ЛСОМ ТУ6-01-67-77.

Широко применяется в качестве конструкционного материала для изготовления малонагруженных деталей общего и конструкционного назначения: щитки, шкалы, стрелки, остекление приборов, прозрачные крышки, корпуса.

8. КАПРОН.

д Относится к группе полиамидных смол, отличающихся цепочечными молекулами, состоящими из различных комбинаций групп СО, СН₂, NH. Обладает достаточной механической прочностью и высокой эластичностью. Растворим в небольшом количестве растворителей, в частности, в крезоле и расплавленном феноле. Из капрона получают синтетическое волокно, которое в Германии называют дедероном, а в Чехословакии - силоном.

Капрон обладает сравнительно высокой гигроскопичностью, низкой свето- и радиационной стойкостью. Близким по строению и свойствам к капрону является нейлон, имеющий несколько большую нагревостойкосгь. В монолите капрон хорошо поддаётся механической обработке.

Электрическая прочность Е_пр=20-21 кВ/мм

Тангенс угла диэлектрических потерь tg6= 0,02-0,03 Удельное сопротивление р=10^п-И0¹² Ом*м

Относительная диэлектрическая

з

проницаемость е_г=3,4-4,1

Плотность у=1,15-1,16г/см

Нагревостоикость 75 С

Промышленная марка: Капролон-В марки ПА-6 блочный (ПЛ-полиамид).

Применяется для изготовления толстостенных деталей различного назначения: электроизоляционные втулки, шайбы, прокладки и т. д.

9. ГИБКИЕ ПЛЕНКИ.

д

Электроизоляционные полимерные пленки нашли широкое применение в производстве конденсаторов, изоляции электрических машин, аппаратов и кабельных изделий. Они обладают высокой механической и электрической прочностью, малой толщиной, влаго- и химостойкостыо, многие из них имеют повышенную нагревостоикость. Различают полярные и неполярные пленки. Неполярные - имеют малое значение е_г =2,0-2,5 и весьма малый tg5 =10" . Они особенно пригодны для применения в высокочастотной технике. Полярные пленки имеют существенно повышенное значение s_r =3-15, и существенно большой tg5 =10"². Повышенное значение в, позволяет получать конденсаторы меньших габаритов при той же емкости. К неполярным относятся пленки из полиэтилена, полистирола (стирофлекс), полипропилена, фторопласта. Полярные пленки это пленки из полихлорвинила, поликарбоната, полиамидов и полиэтилентерефталата. (ПЭТФ). Пленка из ПЭТФ имеет рабочую температуру от -65°С до +155°С, устойчива к кислотам, маслам, кипящей воде, солнечному свету. Выпускаются пленки из ПЭТФ толщиной 6-250 мкм.

Электрическая плотность Е_пр= 140-180 кВ/мм

Тангенс угла диэлектрических потерь tg5= 0,01

Удельное объемное сопротивление p_v= 1*Ю¹⁵0м* м

Относительная диэлектрическая

проницаемость е_г=3

Плотность у-1,4г/см

Марки ПЭТФ имеют индексы: Э - электроизоляционная для проводов, кабелей. КЭ - для конденсаторов и изоляции электрических машин. М - для получения металлизированной пленки. О - для культурно-бытового и хозприменения.

В нашей стране ПЭТФ называют ЛАВСАНОМ, в США - МАЙЛАР, в Англии - ХОСТАФАН, во Франции - ТЕРФАН, в Японии - ЛУМИРРОР.

Под № 9-1 представлена пленка ПЭТФ-0, под № 9-2 пленка ПЭТФ-М.