.

Электроизоляционные материалы

Электроизоляционные материалы  Вещества, обладающие очень малой электрической проводи­мостью, называются электроизоляционными материалами или диэлектриками. К ним относят газы, некоторые жидкости (минераль­ные масла, лаки) и почти все твердые тела, кроме металлов и угля. Основные свойства диэлектриков характе­ризуются следующими параметрами.
В сильном электрическом поле молеку­лы диэлектрика расщепляются на ионы и диэлектрик проводит ток. Напряженность электрического поля, при которой начина­ется ионизация молекул диэлектрика, на­зывается пробивной и измеряется в воль­тах на метр (В/м). Диэлектрическая проницаемость характеризует электрические свойства материала. Практически все материалы сравнивают с воздухом, для которого относительная Ди­электрическая проницаемость принимается равной единице. Если между пластинами воздушного конденсатора поместить другой диэлектрик, например слюду с диэлектри­ческой проницаемостью 8=7, емкость кон­денсатора увеличится в 7 раз. Под действием электрического поля происходит смещение положительных и отрицательных зарядов в атомах диэлектрика, что приводит к его поляризации. В переменном электрическом поле смещение электронов будет также переменным; усиливается движение частиц диэлектрика, что приводит к его нагреванию. На нагревание затрачивается энергия, возникают диэлектрические потери.
Диэлектрик, в котором имеются потери энергии, эквивалентен электрической цепи, состоящей из емкостного и активного сопро­тивлений. Ток I в такой цепи можно представить в виде двух со­ставляющих: активной Iа и реактивной Iр (рис. 4). Чем больше по­тери энергии, тем больше активная составляющая тока и угол б на векторной диаграмме. Поэтому количественно диэлектрические потери характеризуются тангенсом угла диэлектрических потерь S. Чем меньше tg о, тем выше качество диэлектрика.
Кроме перечисленных величин диэлектрик характеризуется теп­лоустойчивостью, гигроскопичностью, механическими свойствами. Рассмотрим диэлектрики, наиболее широко применяемые в радио­технических устройствах.
Волокнистые материалы. Конденсаторная бумага, пропитанная изоляционным материалом, выпускается толщиной 0,006 — 0,24 мм и используется в качестве диэлектрика в конденсато­рах или для изоляции проводов.
Прессшпан — электрокартон, пропитанный парафином или специальными лаками, выпускается толщиной 0,1 — 3 мм и применя­ется для изготовления каркасов трансформаторов и катушек.
Фибра получается из бумаги, обработанной водным раствором хлористого цинка, что вызывает сильное набухание волокон клет­чатки и их соединение. Электрические свойства ее невысоки. При­меняется в цепях питания.
Асбест — минеральный волокнистый материал, выпускается в виде шнура, ткани или картона и служит для изготовления- огне­упорных материалов. Используется для изоляции в электронагрева­тельных приборах и изготовления каркасов мощных сопротивлений.
Лакоткань — хлопчатобумажная, шелковая или стеклянная ткань, пропитанная лаком, выпускаемая в виде полотна или трубки. Полотно применяют для изоляции обмоток трансформаторов, труб­ку — для изоляции монтажных проводов,
Пластмассы и синтетические материалы. Кар бол и т — пласт­масса, изготовляемая из волокнистых или порошковых органических веществ и смолы. Изделия из карболита дешевы, но хрупки и не поддаются механической обработке. Для высокочастотных цепей карболит непригоден.
Эбонит — каучуковая пластмасса. Легко обрабатывается, но о течением времени сильно меняет свои свойства и, кроме того, не допускает даже небольшого повышения температуры. В высокочас­тотных цепях не применяется.
Полистирол имеет очень малые диэлектрические потери и большую пробивную напряженность. Негигроскопичен, легко обраба­тывается. Используется для изготовления деталей высокочастотных цепей (каркасы катушек, изоляция высокочастотных кабелей и т. д.). Из полистирола изготовляют тонкую изоляционную ленту (стиро-флекс) и тонкие прокладки (полифлекс).
Полиэтилен — эластичный полупрозрачный материал с ма­лыми диэлектрическими потерями. Применяется для каркасов кон-» турных катушек и изоляции высокочастотных кабелей.
Политетрафторэтилен (фторопласт-4) — порошок бе. лого цвета, перерабатываемый методом спекания; холодостоек, со­храняет гибкость при низких температурах, обладает высокой на-гревостойкостью (около 300 °С) и исключительной стойкостью к хи­мическим реагентам. На него не действуют серная, соляная, азотная и плавиковая кислоты, а также щелочи; некоторое влияние оказыва­ют расплавленные щелочные металлы и атомарный фтор при повы­шенных температурах. По стойкости к химическим активным веще­ствам превосходит золото и платину. Он негорюч, не растворяется ни в одном из известных растворителей, негигроскопичен и не сма­чивается водой, а также другими жидкостями. По электроизоляцион­ным свойствам (табл. 19) принадлежит к лучшим диэлектрикам, особенно в полях высоких и сверхвысоких частот.
Поливинил хлорид — прозрачный или окрашенный эла­стичный материал. Используется для изоляции проводов, в том чис­ле подземных кабелей. Для радиоцепей непригоден из-за больших диэлектрических потерь.
Плексиглас — органическое стекло, которое может быть ок­рашено в разные цвета. Применяется как изолятор, декоративный материал, для изготовления шкал, линз и др.
Слоистые пластики. Гетинакс — пластмасса на бумажной основе, которая хорошо обрабатывается и применяется для изоляции низкочастотных цепей.
Текстолит — пластмасса на текстильной основе. Легко об­рабатывается, но имеет большие диэлектрические потери. При повы­шении температуры диэлектрические свойства изменяются. В цепях высокой частоты используют только текстолит, изготовленный на ос­нове стеклянной ткани.
Керамика. Керамические материалы и изделия получают обжи­гом, мелко измельченной минеральной массы. Керамика — один из наиболее высококачественных изоляционных материалов. Применя­ется в виде готовых изделий, так как не поддается механической обработке.
Электротехнический фарфор используется для из­готовления изолирующих устройств в цепях питания. Для высоко­частотных цепей непригоден из-за больших диэлектрических потерь.
Радиофарфор имеет меньшие диэлектрические потери, чем электротехнический, и применяется для изготовления каркасов кату­шек, ламповых панелей и мелких деталей высокочастотных цепей.
Ультрафарфор обладает еще меньшими диэлектрическими потерями и используется для изоляции высокочастотных цепей в ультракоротковолновой аппаратуре.
Высокочастотная керамика (пирофилит, стеатит, ке­рамит, тиконд, термоконд и др.) — это искусственные керамические материалы. Они огнеупорны и обладают малыми диэлектрическими потерями. Электрические свойства их мало зависят от температуры. Некоторые сорта керамики (тиконд, термоконд) имеют отрицатель­ный температурный коэффициент (при повышении температуры их диэлектрическая проницаемость уменьшается). Конденсатор из тиконда при нагревании уменьшает емкость. Этим свойством пользу­ются, компенсируя увеличение индуктивности катушек и емкости конденсаторов другого типа при повышении температуры. Высоко­частотную керамику применяют в качестве диэлектрика для конден­саторов и как материал для каркасов контурных катушек.
Различные изоляционные материалы.
Слюда — минерал, обла­дающий хорошими электроизоляционными свойствами, негигроскопи­чен и теплостоек. Мусковит (прозрачные пластинки) — одна из раз­новидностей слюды, используемая в качестве диэлектрика для кон­денсаторов. Флогопит (бурого цвета) — другая разновидность слю­ды, применяемая для изоляции электронагревательных приборов. Микалекс — измельченная в порошок и спрессованная с тонкораз­молотым легкоплавким стеклом слюда.
Мрамор — естественный минеральный материал, применяе­мый для монтажа распределительных щитов. Для работы на радио­частотах непригоден из-за больших диэлектрических потерь.
Стекло используют для изготовления баллонов электрова­куумных приборов, а также для производства стекловолокна и стеклобумаги.
Резину получают из каучука (естественная смола) вулкани­зацией и используют главным образом для изоляции проводов низ­кочастотных цепей. В настоящее время применяют синтетический каучук.
Основные свойства перечисленных диэлектриков приведены в табл. 19. Кроме этих материалов для изоляции радиодеталей и проводов применяют лаки, эмали, компаунды и клеи.
Прониточные лаки служат для пропитки волокнистой изоляции и обмоток трансформаторов. Пропитанный лаком изоля­ционный материал менее гигроскопичен и имеет большую пробив­ную напряженность.
Покровные лаки применяют для лакировки поверхности изделий, что улучшает их диэлектрические свойства и внешний вид.
Эмали — покровные лаки с добавлением органического на­полнителя, который повышает твердость пленки и одновременно окрашивает ее. Используют для изоляции проводов.
Компаунды — сложные составы, применяемые для пропит­ки и заливки. По составу компаунды делят на битумные и смоля­ные (битум — твердый углеводород). Битумные компаунды перед употреблении расплавляют, при комнатной температуре они затвер­девают. Смоляные компаунды жидки при комнатной температуре, . после пропитки и заливки они твердеют и уже не плавятся.
Клеи  применяют для склеивания различных деталей, крепле­ния деталей на шасси и витков обмоток. Наиболее универсальными являются клеи БФ. Клеи БФ-2 и БФ-4 служат для склеивания металлов, пластмасс, дерева, органического стекла, фарфора, керамики, кожи, тканей, бумаги, эбонита в любом сочетании этих материалов.Для склеивания тканей, фетра, войлока, резины, целлофана используют клей БФ-6. Он, пригоден для гибких пленок. Для склеивания деталей из полистирола применяют полисти-рольный клей, состоящий из бензола и полистироловой стружки. Его используют также для закрепления концов обмоток высоко частотных катушек.. Клеящими свойствами также обладают. бакелитовый и шеллач­ный лаки.

Таблица 19

Материал
Диэлектрическая про­ницаемость
Пробивная напря­женность электри­ческого поля, В/м
Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте
Нагревостойкость °С
50 Гц
1 МГц
Асбест
 —
2*106
0,7
 —
400
Бакелит
4 — 4,6
(10*40)106
 0,05 — 0,12
 —
 —
Кабельная бумага
4 — 4,8
30*106
0,35
 —
 —
Гетинакс
5-6,5
(10-5-30)106
 0,02
0,03
150
Карболит
4,-6
(2-10)106
0,0001 — 0,03
 —
100
Керамит
7,5
(15-5-20) 106
 —
0,0007 — 0,0018
1200
Лакоткань
2,8-7,7
(20-5-50)106
0,07 — 0,16
0,09 — 0,19
105
Микалекс
8 — 10
(15-20)106
0,005
0,02
 —
Мрамор
8 — 10
(6- 10). 106
0,005 — 0,01
 —
70 — 100
Плексиглас
3 — 3,6
(18-20). 106
0,02 — 0,05
0,06
60
Полистирол
2,2-2,6
(25-50) 106
0,0002
0,0002
70 — 90
Поливинилхлорид
3,1 — 3,5
50.106
0,02
 —
 —
Полиэтилен
2,2
(40- 150) -106
0,03
0,03
70
Фтороиласт-4
1,9 — 2,2
(40-250). 106
 —
0,0002
300
Прессщпан
3 — 4
(9-5-12). 106
0,02
0,02 — 0,03
 
Радиостеатит
6
20* 106
0,0006
,0003 — 0,0008
 
Радиофарфор
6
(15-20) -106
0,009
,0027 — 0,004
1200
Резина
2,6 — 3
(15-25)- 106
0,005 — 0,03
 —
50
Слюда мусковит
4,5 — 8
(50- 200) -106
0,001
0,001
400
Слюда флогопит
4-5,5
(60- 125). 106
0,005 — 0,01
0,005-0,01
800
Стеатит
5,5 — 6,5
(20- 30) -106
О.ООС6
0,0015-0,002
1400
Стекло
4-10
(20- 30) -106
0,0005-0,001
0,001
500 — 1700
Текстолит
7
(2-8)-106
, 0,02
0,08
120
Тиконд
25-80
(15-20) -106
0,0003
0,001 — 0,002
1200
Ультрафарфор
6,3 — 7,5
(15-30) -106
0,002
0,0006
1400
Электротехнический фарфор
6,5
20*106
 —
0,005 — 0,01
1200
Фибра
2,5-8
(2-5-6). 106
0,02
0,06 — 0,07
100
Натуральный шелк
4,5
 —
 —
0,01 — 0,02
100
Шеллак
3,5
(20- 30) -106
0,01
 —
80
Эбонит
4-4,5
25- 106
 —
0,01-0,015
60
Стекловидная эмаль
4-7
(20ч- 25)- 106
 
 
300