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絕緣材料介紹以及發展前景
 絕緣物很多,電力器材中常有高電壓存在,所以需要特質的絕緣材料。電工器材中使帶電體與其他部分隔離的材料稱為絕緣材料。常用的固態材料有絕緣紙、層壓板、橡皮、塑料、油漆、玻璃、陶瓷、雲母等。常用的液態材料有變壓器油等。絕緣油介電強度測試儀中,就有利用了變壓器油。氣態材料中以空氣、氮氣、六氟化硫等用得較多。
  絕緣材料:電阻率為109~1022 Ω?Cm的物質所構成的材料在電工技術上稱為絕緣材料,又稱電介質。簡單的說就是使帶電體與其他部分隔離的材料。絕緣材料對直流電流有非常大的阻力,在直流電壓作用下,除了有極微小的表麵泄漏電流外,實際上幾乎是不導電的,而對於交流電流則有電容電流通過,但也認為是不導電的。絕緣材料的電阻率越大,絕緣性能越好。
  用於使不同電位的導電部分隔離的材料。其電導率約在10-10 西/米以下。不同的電工產品中,根據需要,絕緣材料往往還起著儲能、散熱、冷卻、滅弧、防潮、防黴、防腐蝕、防輻照、機械支承和固定、保護導體等作用。
  絕緣材料種類很多,可分氣體、液體、固體三大類。常用的氣體絕緣材料有空氣、氮氣、六氟化硫等。液體絕緣材料主要有礦物絕緣油、合成絕緣油(矽油、十二烷基苯、聚異丁烯、異丙基聯苯、二芳基乙烷等)兩類。固體絕緣材料可分有機、無機兩類。有機固體絕緣材料包括絕緣漆、絕緣膠、絕緣紙、絕緣纖維製品、塑料、橡膠、漆布漆管及絕緣浸漬纖維製品、電工用薄膜、複合製品和粘帶、電工用層壓製品等。無機固體絕緣材料主要有雲母、玻璃、陶瓷及其製品。相比之下,固體絕緣材料品種多樣,也最為重要。
  不同的電工設備對絕緣材料性能的要求各有側重。高壓電工裝置如高壓電機、高壓電纜等用的絕緣材料要求有高的擊穿強度和低的介質損耗。低壓電器則以機械強度、斷裂伸長率、 耐熱等級等作為主要要求。
  絕緣材料的宏觀性能如電性能、熱性能、力學性能、耐化學藥品、耐氣候變化、耐腐蝕等性能與它的化學組成、分子結構等有密切關係。無機固體絕緣材料主要是由矽、硼及多種金屬氧化物組成,以離子型結構為主,主要特點為耐熱性高,工作溫度一般大於180℃,穩定性好,耐大氣老化性、耐化學藥品性及長期在電場作用下的老化性能好;但脆性高,耐衝擊強度低,耐壓高而抗張強度低;工藝性差。有機材料一般為聚合物,平均分子量在104~106之間,其耐熱性通常低於無機材料。含有芳環、雜環和矽、鈦、氟等元素的材料其耐熱性則高於一般線鏈形高分子材料。
  影響絕緣材料介電性能的重要因素是分子極性的強弱和極性組分的含量。極性材料的介電常數、介質損耗均高於非極性材料,並且容易吸附雜質離子增加電導而降低其介電性能。故在絕緣材料製造過程中要注意清潔,防止汙染。電容器用電介質要求有高的介電常數以提高其比特性。
  發展概況 最早使用的絕緣材料為棉布、絲綢、雲母、橡膠等天然製品。在20世紀初,工業合成塑料酚醛樹脂首先問世,其電性能好,耐熱性高。以後又相繼出現了性能更好的脲醛樹脂、醇酸樹脂。三氯聯苯合成絕緣油的出現使電力電容器的比特性出現了一次飛躍(但因有害人體健康,後已停止使用)。同期還合成了六氟化硫。
  30年代以來人工合成絕緣材料得到了迅速發展,主要有縮醛樹脂、氯丁橡膠、聚氯乙烯、丁苯橡膠、聚酰胺、三聚氰胺、聚乙烯及性能優異稱之為塑料王的聚四氟乙烯等。這些合成材料的出現,對電工技術的發展起了重大作用。如縮醛漆包線用於電機,使其工作溫度和 可靠性提高,而電機的體積和重量大大降低。玻璃纖維及其編織帶的研製成功及有機矽樹脂的合成又為電機絕緣增加了H級這個耐熱等級。
  40年代以後不飽和聚酯、環氧樹脂問世。粉雲母紙的出現使人們擺脫了片雲母資源匱乏的困境。
  50年代以來,合成樹脂為基的新材料得到了廣泛應用,如不飽和聚酯和環氧等絕緣膠可供高壓電機線圈浸漬用。聚酯係列產品在電機槽襯絕緣、漆包線及浸漬漆中使用,發展了E級和B級低壓電機絕緣,使電機的體積和重量進一步下降。六氟化硫開始用於高壓電器,並使之向大容量小型化發展。斷路器的空氣絕緣及變壓器的油和紙絕緣部分地被六氟化硫所取代。
  60年代含雜環和芳環的耐熱樹脂得到了大發展,如聚酰亞胺、聚芳酰胺、聚芳碸、聚苯硫醚等屬 H級及更高耐熱等級的材料。這些耐熱材料的合成為以後發展 F級、H級電機創造了有利條件。聚丙烯薄膜在這一時期也成功地用於電力電容器。
  70年代以來新材料的開發研究相對比較少,這一時期主要是對現有材料進行各種改性及擴大應用範圍。對礦物絕緣油采用新方法精製以降低其損耗;環氧雲母絕緣在提高其機械性能和實現無氣隙以提高其電性能方麵做了很多改進。電力電容器由紙膜複合結構向全膜結構過渡。1000千伏級特高壓電力電纜開始研究用合成紙絕緣取代傳統的天然纖維紙。無公害絕緣材料70年代以來也發展很快,如以無毒介質異丙基聯苯、酯類油取代有毒介質氯化聯苯,無溶劑漆的擴大應用等。隨著家用電器的普及,其絕緣材料著火而導致重大火災事故屢有發生,所以對阻燃材料的研究引起了重視。
  發展趨勢 絕緣材料的研製和開發的水平是影響製約電工技術發展的關鍵之一。從今後趨勢來看,要求發展耐高壓、耐熱絕緣,耐衝擊,環保絕緣,複合絕緣,耐腐蝕、耐水、耐油、耐深冷、耐輻照及阻燃材料,研發環保節能材料。重點是發展用於高壓大容量發電機的環氧雲母絕緣體係,如FR5,金雲母等;中小型電機用的F、H級絕緣係列,如不飽和聚酯樹脂玻璃氈板等;高壓輸變電設備用的六氟化硫氣態介質;取代氯化聯苯的新型無毒合成介質;高性能絕緣油;合成紙複合絕緣;阻燃性橡塑材料和表麵防護材料等,同時要積極推動傳統電工設備絕緣材料的更新換代。
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