Волокнистые материалы

Волокнистые материалы состоят преимущественно из частиц

удлиненной формы – волокон, промежутки между которыми за­полнены воздухом у непропитанных материалов и природными или синтетическими смолами у пропитанных. Преимуществами многих волокнистых материалов являются невысокая стоимость, доволь­но большая механическая прочность, гибкость и удобство обработки. Недостатки: невысокие электрическая прочность и теплопровод­ность, более высокая, чем у массивных материалов того же состава, гигроскопичность. Пропитка улучшает свойства волокнистых мате­риалов.

Непропитанные волокнистые материалы по виду исходного сырья можно подразделить на материалы из: а) растительных волокон; б) бумаги, картона, хлопчатобумажной пряжи и ткани; в) живот­ных волокон (натуральный шелк); г) искусственных и синтетиче­ских волокон (ацетатный шелк, капрон и др.); д) неорганических волокон (стеклянное волокно, асбест).

Дерево является одним из первых электроизоляционных и кон­струкционных материалов, получивших применение в электротех­нике, чему способствовали его дешевизна и легкость механической обработки. Основой дерева, как и всякого растительного волокна, является органическое вещество целлюлоза, представляющая собой полимерный углеводород (С₆Н₁₀0₅)_n, молекулы которого име­ют вид длинных цепей с числом звеньев до двух тысяч. В каждом элементарном звене молекулы содержится по три гидроксильных группы ОН, обусловливающих полярность целлюлозы. Эти группы смещаются в электрическом поле по отношению ко всей молекуляр­ной цепи, что создает эффект дипольно-радикальной поляризации. Поэтому целлюлоза имеет относительно большие диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь (ε_r=6,5-7; tgδ=0,005-0,01).

Более тяжелые породы деревьев имеют большую механическую прочность, чем легкие. Прочность поперек волокон у дерева мень­ше, чем вдоль.

К недостаткам дерева относятся высокая гигроскопичность, не­стандартность свойств, низкая нагревостойкость и горючесть. При пропитке дерева льняным маслом или различными смолами свойст­ва улучшаются. Если детали на дерева предназначены для работы в трансформаторном масле, то после сушки они пропитываются тем же маслом.

В электротехнике дерево применяется для изготовления дере­вянных опор линий электропередачи, крепежных деталей трансфор­маторов высокого и низкого напряжения, пазовых клиньев элект­рических машин и т. п.

Бумаги и картоны листовые или рулонные материалы коротковолокнистого строения, состоящие в основном из целлюлозы. Наиболее тонкий и высококачественный вид электроизоляционных бумаг конденсаторная бумага, применяемая для изготовления диэлектрика конденсаторов. Конденсаторную бумагу изготовляют из сульфатной древесной целлюлозы. В настоящее разработан простой способ производства борированной целлюлозы, обеспечивающий конденсаторной бумаге резко сниженную зависимость tgδ от плот­ности бумаги. По новой технологии выпускается бумага ма­рок: КОН – обычная, СКОН - специальная, улучшенного качест­ва. МКОН – с малыми диэлектрическими потерями. ЭМКОН с высокой электрической прочностью и малыми потерями.

При использовании конденсаторной бумаги в качестве диэлектри­ка обычно берут несколько слоев с применением различных пропи­точных масс, в качестве которых могут использоваться различные неполярные, полярные, жидкие, полужидкие и твердые пропиточ­ные массы. Применение нескольких слоев обеспечивает перекрытие сквозных отверстий и проводящих включений в отдельных листах. Бумага не является высокочастотным диэлектриком. На перемен­ном токе она используется до частоты 10кГц.

К числу старейших материалов, применяемых в качестве элект­роизоляционных, относится электрокартон. Это связано с его низкой стоимостью и хорошими технологическими свойствами. В сочета­нии с высокой стабильностью и механической прочностью при про­питке электрокартона трансформаторным маслом можно получить изоляцию с высокими электрическими параметрами.

Для производства электроизоляционных картонов наиболее ши­роко применяют сульфатную целлюлозу, а в некоторые виды карто­нов добавляют хлопковую целлюлозу высокой степени чистоты. Картон марки AM, в который добавляется хлопковая целлюлоза имеет лучшие электрические характеристики, чем картон марки А. Электроизоляционные свойства картона улучшают при пропит­ке его жидким диэлектриком, поэтому электроизоляционный кар­тон широко применяется в качестве основного твердого материала в силовых трансформаторах, для которых он выпускается пяти раз­личных марок.

Из материалов волокнистого строения в электромашинно- и аппаратостроении широко применяется листовая и трубчатая фибра, в основном в качестве конструкционного и изоляционного материала. Так как под действием электрической дуги фибра выделяет большое количество газов, то в электрических аппаратах она ис­пользуется также и в качестве дугогасительных элементов, однако использование фибры для этой цели сокращается из-за возможности применения других материалов с более высокими диэлектрически­ми и механическими характеристиками (органическое стекло, ви­нипласт, фенолоформальдегидные смолы). Изготовляется фибра из тонкой бумаги, пропускаемой через раствор хлористого цинка. После намотки на стальной барабаня и получения нужной толщины слоя, в котором отдельные слои бумаги прилипают друг к другу, фибра срезается с барабана, тщательно промывается водой и прес­суется. Промывка необходима для удаления следов хлористого цин­ка, ухудшающего электроизоляционные свойства фибры. Листовую электротехническую фибру изготовляют марки ФЭ по ГОСТ14613-69 толщиной 0,4-12мм. Цвет фибры в зависимости от использованного красителя может быть красного, коричневого, черного или серого цвета.

Фибра неустойчива к воздействию влаги, поэтому она не приме­няется для деталей, требующих сохранения точных размеров, так как при поглощении влаги фибра меняет свои размеры. При нагре­вании до 180°С фибра медленно обугливается и при температуре около 300°Своспламеняется.

Лакоткани – гибкие электроизоляционные материалы, пред­ставляющие собой ткань, пропитанную электроизоляционным ла­ком. К пропитанным волокнистым материалам относятся также лакобумаги и электроизоляционные ленты. Основа пропитанных ма­териалов ткань или бумага – обеспечивает высокую механиче­скую прочность, гибкость и определенную эластичность. Электро­изоляционные лаки, заполняя при пропитке поры ткани, образуют на поверхности после высыхания прочную пленку, которая обеспе­чивает хорошие электрические свойства и стойкость к действию влаги.

Лакоткани изготовляют на основе хлопчатобумажных, шелковых и стеклянных тканей из синтетических волокон. Они находят при­менение и электрических машинах, аппаратах, кабельных изде­лиях в виде различных лент, прокладок, оберток и др.

В зависимости от типа пропитывающего лака лакоткани подраз­деляются на светлые (желтые), изготовляемые на масляных лаках, и черные на масляно-битумных лаках. Светлые лакоткани име­ют высокие электрические характеристики, устойчивы к воздей­ствию нефтяных масел, бензина, воды, но имеют повышенную склон­ность к тепловому старению, в процессе которого быстро нарастает жесткость при нагреве. Черные лакоткани обладают более высоки­ми, чем светлые, электрическими характеристиками, влагостойко­стью и меньшим тепловым старением, но не стойки к воздействию масел и бензина. Лакоткани, в которых в качестве основы исполь­зуется капроновая ткань, превосходят по своей эластичности шелковыё, но они менее устойчивы к резкому повышению температуры, например при пайке изолированных проводников. В производстве лакотканей используется также стеклоткань с различными типа­ми пропитывающих составов (масляных, кремнийорганических. фторопластовых), многие марки которых отличаются высокой устойчивостью к воздействию температуры, влажной среды и дру­гих факторов.

Основой лакотканей является, как это было отмечено, различно­го рода ткань, выполненная методами специальной обработки длин­новолокнистого сырья, называемого волокном. Для электроизоля­ционной техники используются различные типы волокон в том числе асбестовые волокна, получаемые из минерала «асбест» доволь­но сложного состава. Асбестовые волокна по сравнению с органи­ческими менее прочны и более жестки, поэтому в ряде случаев к ас­бестовому волокну добавляют хлопковые синтетические и другие волокна. Асбестовая пряжа применяется для оплетки нагревостойких проводов и кабелей, предназначенных для работы при темпера­туре 50-450^оС. В электропромышленности выпускаются асбесто­вые электро- и теплоизоляционные ленты, шнуры, картоны, до­ски

В электромашине и электроаппаратостроении и других отраслях народного хозяйства широко используются электроизоляционные гибкие трубки. Наиболее широкое применение получили лакиро­ванные трубки и трубки, изготовляемые на основе каучука и назы­ваемые эластомерными.