«Пленочные материалы»

Пленочные материалы довольно широко применяются в электроизоляционной технике. Они представляют собой тонкие гибкие материалы из различных термопластичных полимеров.

Растягивание пленок в нагретом состоянии и охлаждение под натяжением вызывают обычно кристаллизацию и повышение механической прочности. Вытяжка может быть односторонней — продольной и двусторонней — продольно-поперечной. Некоторые растянутые пленки при нагревании могут давать значительную усадку, что иногда используют для самоуплотнения изоляции, намотанной из пленки, например, в производстве пленочных конденсаторов.

Особенностями полимерных пленок являются высокие электрические и механические свойства, большая растяжимость, во многих случаях высокая влагостойкость.

В некоторых случаях, например для пазовой изоляции низковольтных электрических машин, требующиеся значения пробивного напряжения могут быть достигнуты при малых толщинах пленок, не обеспечивающих, однако, необходимой механической прочности и технологичности. Поэтому пленки часто применяются для этих целей в композиции с бумагами из синтетических волокон (пленкосинтокартон), поскольку целлюлозный картон имеет низкую нагревостойкость. Пленки можно разделить на два больших класса: неполярные и полярные. Неполярные или слабо полярные тонкие пленки, имеющие обычно значения диэлектрической проницаемости 2-2,5, tg δ около 10-4 и высокую стабильность параметров при колебаниях температуры, особенно пригодны для радиоконденсаторов. Применяются пленки для изоляции проводов и кабелей, а также аппаратуры, например, в трансформаторах и аппаратных катушках (межслойная изоляция). Полярные пленки, обычно имеющие большую нагревостойкость, чем неполярные (исключение составляют фторопласты), нашли широкое применение в электромашиностроении в качестве пазовой (чаще в сочетании с бумагами и стеклотканями) и витковой изоляции. В настоящее время пленки в сочетании с конденсаторной бумагой находят применение и в производстве силовых маслонаполненных конденсаторов.

Тема 3.7 Резины

Характерное свойство всех резин – большая эластичность, то есть способность значительно удлиняться при растяжении без остаточного удлинения после снятия растягивающей нагрузки. Имеют высокую водостойкость и газонепроницаемость резин и хорошие электроизоляционные характеристики. Основным компонентом резин является натуральный (НК) или синтетический (СК) каучуки. Это полимеры, обладающие двойными химическими связями, склонными к соединению молекул друг с другом в процессе вулканизации. В результате получают высокоэластичный, упругий материал, обладающий водостойкостью и газонепроницаемостью.

Для проведения процесса вулканизации в исходную резиновую смесь вводят серу (1—3 % ) или тиурам, а для ускоренного процесса вулканизации — сложные органические вещества, например каптакс.

Компонентами резиновых смесей являются также наполнители. К активным наполнителям, повышающим механическую прочность резин, относятся цинковые белила и углеродистая сажа. Среди неактивных наполнителей наибольшее применение имеют мел, тальк и каолин, которые вводят для удешевления резин.

Кроме того, в исходные резиновые смеси вводят мягчители (стеариновую кислоту, парафин и др.) и противостарители (неозон). Мягчители улучшают пластичность сырых резин (это облегчает наложение резиновой изоляции на жилы проводов), а также снижают температуру их вулканизации. Противостарители повышают стойкость резиновой изоляции к окислению, тепловому и световому старению. Под действием нагрева, света и окислителей (кислород, озон) резиновая изоляция становится хрупкой и растрескивается.

Иногда в резиновые исходные составы вводят красители: железный сурик, цинковые белила и др., понижающие изоляционные свойства резин.

Сырая резина обладает пластичностью, легко накладывается на голую жилу провода и обволакивает ее, образуя основную изоляцию. Наносят сырую резину на жилы проводов на специальных экструзионных машинах. Аналогично наносят защитные резиновые оболочки на кабели. Для этой цели используют шланговые резины с пониженными изоляционными свойствами.

Чтобы сырая резина обладала эластичностью, достаточной механической прочностью и высокими электрическими характеристиками, ее подвергают вулканизации. Вулканизация — это процесс тепловой обработки слоя сырой резины на жилах проводов при 140—200 °С в зависимости от ее состава. Так, для резин на кремнийорганическом каучуке температура вулканизации составляет 180—200 °С, а сам процесс производится в два этапа. Для большинства других резин температура вулканизации 140—160 °С.

Для проведения процесса вулканизации провода, покрытые слоем сырой резины, наматывают на металлические барабаны, которые загружают в вулканизационные котлы. В паровую рубашку котла и в его внутреннее пространство впускают насыщенный водяной пар под давлением 0,5—2,0 МПа или нагретый воздух. Процесс вулканизации длится 30—70 мин и более.

При вулканизации молекулы серы (или тиурама) вступают в химическую реакцию с молекулами каучука, соединяя их друг с другом поперечными мостиками. Это придает резинам большие механическую прочность и изоляционные свойства по сравнению с каучуками. Часть молекул серы, непрореагировавших с молекулами каучука, оставаясь свободными, могут выделяться на поверхности резины и, соприкасаясь с поверхностью медных жил, вступают с ней в реакцию, образуя сернистую медь CuS, вредно действующую на резину. Во избежание этого резиновую изоляцию накладывают на луженую медную проволоку. На алюминиевую проволоку резиновую изоляцию можно накладывать непосредственно.

Повышенными электрическими и механическими характеристиками обладают резины, применяемые для изоляции жил кабелей на напряжения выше 1000 В. По сравнению с электроизоляционными резинами электрические характеристики шланговых резин ниже, а механические — выше.

Рабочие температуры резиновой изоляции на основе натурального и синтетических каучуков находятся в пределах от — (50÷70) до + (65 ÷85) °С. Исключение составляют резины на кремнийорганическом каучуке,интервал рабочих температур которых очень широк — от —100 до +200 °С.

Необходимая форма должна быть придана резиновой изоляции или резиновым изделиям до вулканизации, так как после вулканизации резина из-за своей упругости уже не будет сохронять форму, приданную ей под действием механических усилий. Из резины при вулканизации под давлением в соответствующих формах можно получить сравнительно сложные изделия, к числу которых относятся средства защиты для работы под напряжением (перчатки, боты, галоши). Вулканизированная резина легко склеивается резиновым клеем, представляющим собой раствор каучука в бензине.

Эбонит выпускается в виде пластин, прутков, трубок, фасонных деталей, которые вулканизируются непосредственно в пресс-формах. Эбонит выпускают из натуральных, синтетических каучуков и их смесей. Он представляет собой твердый вязкий материал, который хорошо обрабатывается механически и хорошо полируется. Полированная поверхность более устойчива против выделения серы под воздействием света. Сера окисляясь, создает проводящие соединения, снижающие поверхностное сопротивление эбонита. Промывкой поверхности нашатырным спиртом и дистиллированной водой можно восстановить первоначальное состояние. Эбонит применяется в виде деталей в аппарато- и приборостроении. Из него изготавливают аккумуляторные баки. Он обладает хорошими электроизоляционными свойствами, влагостоек, но имеет малую теплостойкость.