Матеріали електроізоляційні

Визначення і загальна характеристика

МАТЕРІА́ЛИ ЕЛЕКТРОІЗОЛЯЦІ́ЙНІ — матеріали, які за нормальних умов екс­плуатації практично не проводять електричний струм. Ін. назва — ді­електрики. Питомий обʼєм. електр. опір різних ді­електриків є над­звичайно високим порівняно з опором провід­ників і знаходиться у межах ρ_v = 10⁶–10²² Ом⋅м. Абсолют. М. е. не існує. Ді­електрикам властива поляризація в електр. полі. За цією здатністю їх поділяють на неполярні (нейтральні), полярні та сильнополярні. За агрегат. станом роз­різняють газоподібні (більшість газів), рідкі (гліцерин, олія, хімічно чиста вода) та тверді (пластмаси, скло, полімерні смоли) ді­електрики. Електр. характеристики ді­електриків: від­носна ді­електр. проникність (e) — без­роз­мірна величина, що показує, у скільки разів сила взаємодії між зарядами в однорід. ді­електр. сере­довищі менша, ніж у вакуумі; тангенс кута ді­електр. втрат (tgδ) — без­роз­мірна величина, що характеризує втрати енергії у ді­електрику, які спричиняють його ро­зі­грів у пере­мін. електр. полі; питомий обʼєм. електр. опір (ρ_v) характеризує електр. опір ді­електрика одинич. площі та довжини по­стій. струму; питома обʼємна електр. провід­ність (γ_v, Ом^–1∙м^–1) — величина, обернена до питомого обʼєм. електр. опору, γv = 1/ρv; питомий поверхн. електр. опір (ρs, Ом) характеризує електр. опір поверх­ні твердого ді­електрика у формі квадрата під час протіка­н­ня по­стій. електр. струму між двома його протилеж. сторонами; питома поверхн. електр. провід­ність (γ_s, Ом^–1) — величина, обернена до питомого поверхн. електр. опору, γs = 1/ρs; температур. коефіцієнт питомого електр. опору (a_ρ, град^-1) характеризує залежність питомого електр. опору матеріалу від т-ри; напруженість пробою (електр. міцність; Е_пр, В/м) характеризує здатність ді­електрика витримувати електр. напругу та ви­значається як від­ноше­н­ня напруги пробою (Uпр, В) до товщини ді­електрика (h): Е_пр = U_пр/h. Мех. властивості ді­електриків: границя міцності (σв, Па) характеризує статичну міцність матеріалу, ви­значається при різних видах деформува­н­ня зразків (роз­тяг, стисне­н­ня, згина­н­ня і скручува­н­ня); від­носні видовже­н­ня (δ, %) і звуже­н­ня (ψ, %) — від­носні величини, що характеризують пластичні властивості матеріалу; пластична (холодна) текучість — здатність матеріалу пластично деформуватися при тривалій дії статич. навантажень; ударна вʼязкість (a_н, Дж/м²) характеризує динамічну міцність матеріалу, тобто здатність протистояти силі, прикладеній за короткий час (удар); твердість (HB, одиниці твердості) — здатність матеріалу протистояти мех. проникнен­ню в його поверх­ню ін., більш твердого тіла (індентора); кінемат. вʼязкість характеризує опір пере­міщен­ню одних шарів рідини (газу) щодо ін. Тепл. характеристики ді­електриків: теплоємність (C, Дж/К) — характеристика матеріалу, що ви­значає кількість теплоти, необхідну для під­вище­н­ня його температури на один градус; питома теплоємність (сm, Дж/кг∙К) ви­значає кількість теплоти, необхідну для під­вище­н­ня температури одного кіло­грама матеріалу на один градус; тепло­провід­ність — здатність матеріалу проводити тепло, характеризується коефіцієнтом тепло­провід­ності (λ, Вт/м∙К); тепл. роз­шире­н­ня матеріалів — це їхня здатність збільшувати свій обʼєм під час на­гріва­н­ня, характеризується температур. коефіцієнтом ліній. роз­шире­н­ня (a, град^–1); температура плавле­н­ня (t_пл) — температура, при якій тверде тіло пере­ходить у рідкий стан; температура роз­мʼякше­н­ня (t_р) — температура, при якій агрегат. стан твердої речовини починає змінюватися, її ви­значають методами «Кільце і шар» або «Кільце і стрижень»; тепло­­стійкість — здатність тіла з певного матеріалу зберігати форму та роз­міри під час під­вище­н­ня температури, оцінюється за методами Мартенса і Віка; на­гріво­стійкість — здатність ді­електриків і виробів з них витримувати тривалий час, що вимірюється у год., вплив високої температури без погірше­н­ня їхніх властивостей; холодо­стійкість — здатність ді­електрика працювати без погірше­н­ня екс­плуатац. властивостей при низьких т-рах; стійкість до термо­ударів ви­значається пере­падом температури на­гріва­н­ня та охолодже­н­ня зразків (їх охолоджують у воді нормал. т-ри), при якому на поверх­ні зразків зʼявляються помітні тріщини; тепл. старі­н­ня ізоляції — погірше­н­ня якості ізоляції під час тривалого впливу під­вищеної температури через інтенсифікацію хім. процесів; температура спалаху (t_сп) — температура рідини, під час на­гріва­н­ня до якої суміш її випарів із повітрям спалахує біля від­критого полумʼя; температура запале­н­ня — температура, при якій загоряється ви­пробувана рідина (більш висока, ніж температура спалаху); температур. індекс (ТІ) — температура, при якій термін придатності матеріалу складає не менше 20 тис. год. Як М. е. найчастіше за­стосовують різноманітні смоли, синтет. полімери, шаруваті пластики, лаки, компаунди, скло, кераміку, слюди тощо. Смоли — складні суміші органіч. речовин, пере­важно високомолекулярних, різного ступеня полімеризації. При низьких т-рах вони є аморф., склоподіб. і крихкими речовинами. За хім. природою синтет. полімери — високомолекулярні сполуки, тобто речовини, молекули яких утворюються в результаті полімеризації, є цикліч. сукупністю великої кількості мономерів, що мають однак. будову груп атомів. Термопласт. полімери від­новлюють свої властивості після на­гріва­н­ня та подальшого охолодже­н­ня; термореакт. полімери під час на­гріва­н­ня тверднуть. Шаруваті пластики (гетинакс, текс­толіт, склотекс­толіт та ін.) — композитні матеріали, у яких напов­нювачем є папір або тканина, а звʼязуючим — термореакт. смола (фенолформаль­дегідна, крезолформальдегідна, епоксидна, кремні­йорганічна тощо). Гетинакс виробляють за допомогою гарячого пресува­н­ня міцного та на­гріво­стійкого паперу, просоченого смолою. Текс­толіт виготовляють з бавовняної тканини; має під­вищену ударну вʼязкість, стійкість до стира­н­ня та роз­колюва­н­ня, однак значно дорожчий від гетинаксу. Основою склотекс­толіту є скло­тканини; має порівняно високу на­гріво­стійкість, волого­стійкість, мех. міцність і електроізоляц. властивості. Фольгов. шаруваті пластики (пластики з наклеєною мідною фольгою товщиною 0,035 чи 0,050 мм) використовують як основу для виготовле­н­ня друков. плат. Лаки — М. е., що твердіють; колоїдні роз­чини смол, бітумів, олій, що висихають, та ін. речовини, що утворюють т. зв. лакову основу у летючих роз­чин­никах. Під час суші­н­ня лаку роз­чин­ник випаровується, а лакова основа пере­ходить у твердий стан, утворюючи лакову плівку. Електроізоляц. лаки роз­діляють за за­стосува­н­ням на просочувальні, покривні та клеючі. Компаунди — мех. суміш різних речовин, напр., смол, бітумів, восків, олій. Вирізняються від­сутністю у своєму складі роз­чин­ника. Перед викори­ста­н­ням для зменше­н­ня вʼязкості компаунди на­грівають до температури роз­мʼякше­н­ня. При нормал. т-рі вони затвердівають. Просочувал. компаунди при­значені для просочува­н­ня пористої та волокнистої ізоляції, а заливні — для заповнен­ня порівняно великих порожнин, проміжків між різними деталями в електр. машинах і апаратах, а також для одержа­н­ня порівняно товстого захис. покри­т­тя на електротех. виробах. Волокнисті ді­електрики — матеріали, що утворюють із часток подовженої форми (волокон). До них зараховують електротех. папір і картон, фібру, текс­тиль (нитки, стрічки, тканини). Роз­різняють волокнисті матеріали рослин. (дерево, бавовняне волокно, папір і ін.; складаються пере­важно з целюлози) і тварин. (шовк) походже­н­ня, штучні волокна, одержувані шляхом хім. пере­робле­н­ня природ. волокнистої сировини, і синтет. волокна, що виготовляють з синтет. полімерів. Лако­тканини утворюють просочува­н­ням тканини еле-ктроізоляц. лаком. Скло — неорганічна аморфна речовина, що є склад. системою різних окислів. У електротехніці використовують: конденсаторне скло як ді­електрик конденсатора; монтажне скло для виготовле­н­ня кріпил. деталей, ізоляторів; ламп. скло для балонів освітлювал. ламп і електрон. приладів; склоемалі (легкоплавкі не­про­зорі емалі) для покри­т­тя поверхонь різних виробів. Скловолокно — скло, що витягують у довгі гнучкі нитки для виготовле­н­ня скло­­тканин і світловодів. Електротех. кераміка — неорганічні матеріали, які одержують спіка­н­ням глини з мінерал. домішками, а також деяких хім. сполук металів. Керам. матеріали використовують як М. е., напів­провід­ник. і магнітні (ферити) матеріали. Фарфор є одним з осн. матеріалів ізолятор. виробництва. Для його виготовле­н­ня за­стосовують спец. сорти глини (каолін), кварц і польовий шпат. Сегнетокераміка має високу ді­електр. проникність, що значно змінюється з т-рою, а також нелінійну залежність ємності від величини прикладеної напруги. Слюда — природ. мінерал. М. е. Їй властиві високі електр. і мех. міцність, на­гріво- та волого­стійкість. Слюду за­стосовують в електр. машинах високих напруг і великих потужностей (зокрема й у великих турбогенераторах і гідрогенераторах, тягових електро­двигунах), і як ді­електрик у деяких кон­струкціях конденсаторів.

Літ.: Пасынков В. В., Сорокин В. С. Материалы электрон­ной техники. С.-Пе­тербург, 2001; Влох О. Г., Кітик А. В. Кри­сталічні ді­електрики з не­співмірно модульованою структурою. Л., 2002; Колесов С. Н., Колесов И. С. Электротех-нические и кон­струкцион­ные материалы. К., 2003; Журавльова Л. В., Бондар В. М. Електроматеріало­знавство: Під­руч. К., 2006; Поплавко Ю. М., Пере­верзєва Л. П., Воронов С. О., Якименко Ю. І. Фізичне матеріало­знавство: Навч. посіб. Ч. 2. Ді­електрики. К., 2007; Алиев И. И. Электротехнические материалы и изделия: Справоч. Мос­ква, 2007; Поплавко Ю. М. Диэлектрические и электроизоляцион­ные материалы // Неорган. материаловедение. Материалы и технологии. К., 2008. Т. 2, кн. 1; Бовсуновський А. П. Електротехнічні матеріали: Корот. довід. К., 2012; Поплавко Ю. М. Фізика ді­електриків: Під­руч. К., 2015.

А. П. Бовсуновський

Завантажити статтю