6.1.1. Физико-химические свойства диэлектриков. Физико-механические, электроизоляционные и химические свойства многих диэлектрических материалов в значительной степени зависят от


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте файл и откройте на своем компьютере.
6.1. Механические, термические и физико - химические свойства диэлектриков 6.1.1. Физико - химические свойства диэлектриков Физико - механические, электроизоляционные и химические свойства многих диэлектрических материалов в значительной степени зависят от их способности поглощать влагу из окружающей среды. Это связано с гигроскопичностью материалов и их влагопроницаемостью , т .е. способностью пропускать через себя влагу. Влагостойкость диэлектрика, т.е. устойчивость его параметров, таких как удельное электрическое сопротивление, тангенс угла диэлектрических потерь, электрическая прочность, сопротивление изоляции и других опре деляется при воздействии на него влажной атмосферы, имеющей параметры, задаваемые эксплуатационными характеристиками материала (или изделия) и действующими стандартами на проведение соответствующих испытаний. Вместе с тем оценивают влагопоглощение исслед уемого образца, %: (7.1) где - начальная масса образца, - масса образца после его выдержки в течение времен и во влажной атмосфере. Водостойкость и водопоглощение определяют также по изменению указанных параметров диэлектрика после (или в процессе) выдержки его в дистиллированной воде. Для электро - и радиоэлектронного оборудования, используемого в условиях тропического климата важно оценить способность электроизо ляционных материалов работать при сочетании высокой влажности воздуха и повышенной температуры. В условиях тропического климата материалы могут подвергаться также воздействию интенсивной солнечной радиации, грибковой плесени, насекомых и грызунов, а в пр иморских районах воздействию соленых туманов. Поэтому материалы, предназначенные для работы в условиях влажного тропического климата, должны проверяться на способность к сохранению электроизоляционных и физико - механических свойств в заданных пределах. На дежная работа диэлектриков в различном оборудовании в указанных условиях должна обеспечиваться не только выбором соответствующих материалов, но и использованием специальной защиты от проникновения влаги как для материалов и компонентов на их основе, т ак и для всего оборудования в целом (гидрофобизация защитными покрытиями и оболочками, капсулирование и др. виды герметизации). Необратимые изменения структуры диэлектриков могут происходить при воздействии ионизирующих излучений. Этот процесс называю т радиолизом . Могут изменяться в зависимости от вида диэлектрика химическая стойкость, механические и электрические свойства. 6.1.2. Термические свойства диэлектриков Допустимая рабочая температура диэлектрика определяется совокупностью важнейших термических свойств материала, к которым относятся теплопроводность, теплоемкость, температуры плавления и размягчения материала, коэффициент теплового расширения, нагревостойк ость, стойкость к термоударам. Теплопроводность — процесс переноса теплоты от более нагретых частей к менее нагретым, приводящий к выравниванию температуры. Теплота, выделяющаяся в нагретых проводниках, магнитопроводах и в электрической изоляции вследст вие диэлектрических потерь, переходит через различные материалы в окружающую среду. Теплопроводность характеризуется коэффициентом теплопроводности материала [ Вт/(м К) или Вт/(м С) ] . Для справки приведем значения коэффициентов теплопроводности некоторых материалов Вт/(м К): в оздух – 0.05; гетинакс – 0.35; фарфор – 1.6; кристаллический кварц – 1.5; окись магния – 30; кремний – 80; медь – 390; серебро – 415. Теплоемкость определяет количество теплоты, необходимое для нагревания (или охлаждения) вещества определенной массы до заданной температуры. Т еплоемкость [ Дж/(кг K) ] входит в уравнение: (7.2) где – количество тепла, необходимое для нагрева тела с массой от температуры до При нормальных температурах удельная теплоемкость некоторых групп диэлектриков имеет значения (Дж/(кг K )): щелочные и алюмосиликатные стекла – 300 ÷ 1000; электротехнический фарфор и стеатит – 800 ÷ 900; органические полимеры – 1200 ÷ 00; нефтяные электроизоляционные масла – 1800 ÷ 500; вода – 4200. Температура плавления (К) является характерным параметром для твердых кристаллических диэлектриков. Температура размягчения (К), определяемая по специальной методике (по Вику или Мартенсу), характеризует переход аморфных материалов в определенном интервале температур из твердого состояния в жидкое. Термическое расширение оценивается температурным коэффициентом линейного расшир ения : ( K - 1 ) , (7.3) и температурным коэффициентом объемного расширения : ( K - 1 ) . (7. 4 ) Отметим, что У большинства диэлектриков значение изменяется в пределах (0.3  0)  10 К - 1 . Кварцевое стекло имеет очень малое значение (5.5  10 — 7 ), поэтому оно не разрушается при резких перепадах температур. Нагревостойкость — (согласно определению Б.М Тареева ) это способность электроизоляционного материала (или электроизоляционной конструкции) без повреждения и без существенного ухудшения практически важных свойств выдерживать воздействие повышенной температуры как кратковременно, так и длительно (в течение вр емени, сравниваемого с нормальной продолжительностью эксплуатации данного изделия). Согласно рекомендациям Международной электротехнической комиссии электроизоляционные материалы для электрических машин, трансформаторов и аппаратов по наибольшим допустимы м рабочим температурам делятся на 7 основных групп при работе этих материалов в нормальных эксплуатационных условиях для данного вида электрооборудования: Таблица 6.1. Класс нагревостойкости Y A E B F H C Наибольшая рабочая температура,  С 90 105 120 130 155 180 �180 К классу Y относятся материалы на основе целлюлозы, шелка, поливинилхлорид, если они не пропитаны и не погружены в жидкий диэлектрик. К классу А относятся те же самые органические волкнистые волокнистые материалы, пропитанные лаками, ком паундами или погруженные в жидкий диэлектрик. К классу Е относятся пластические массы с органическим наполнителем и термореактивным связующим. Это фенолоформальдегидные, эпоксидные, полиэфирные и полиуретановые смолы и компаунды на их основе, слоистые п ластики — гетинакс, текстолит, полиэтилентерефталатные пленки и др. Следовательно, первые три класса — это преимущественно чисто органические электроизоляционные материалы. К классу B относятся те же материалы, что и в классе Е, но с содержанием неорганических компонентов например стеклоткани, стеклотекстолиты на термореактивных смолах, эпоксидные компаунды с неорганическими наполнителями, большинство миканитов и т.п. К классу F относятся материалы класса В с применением органических связующи х и пропитывающих материалов повышенной нагревостойкости: эпоксидных, кремнийорганических и др. К классу H относятся материалы, в которых использованы кремнийорганические смолы повышенной нагревостойкости. К классу С относятся чисто неорганические матер иалы, не содержащие клеящих или пропитывающих органических составов: стекло, кварц, непропитанный асбоцемент и др. Из органических материалов к этому классу относятся только фторопласт - 4 и материалы на основе полиимидов (пленки, волокна, изоляция и т.д). Холодостойкость. Многие электроизоляционные материалы при низких температурах теряют присущую им при нормальных условиях гибкость и эластичность. Поэтому для изоляции оборудования, работающего при низких температурах, например от - 60 до - 70°С, важна холодо стойкость, т.е способность работать при таких температуарах без ухудшения эксплуатационных характеристик и надежности. 6. 1 . 3. Механические свойства диэлектриков Параметры электротехнических изделий или аппаратуры и компонентов радиоэлектроники в значитель ной степени зависят от механических свойств материалов — прочности на растяжение, сжатие, изгиб, удар, от твердости, эластичности. К материалам, применяемых в различных видах транспорта, авиационно - космической технике и т.д. предъявляют также требование вибрационной устойчивости при различных частотах колебаний и амплитудах. В системе СИ значения предела прочности при растяжении сжатии и при изгибе и выражаются в паскалях: 1 Па 1 Н/м ≈ 10 - 5 кгс/см 2 . Анизотропные, слоистые и волокнистые диэлектрики имеют различные значения механической прочности при приложении нагрузки в разных направлениях. В то время как в металлах механические характеристики на сжатие, разрыв, изгиб одного порядка, в некоторых диэлектриках напряжения сжатия значительно превышают напряжения растяжения. Например, у кварцевого стекла разница примерно в 4 раза  00 МПа). У некоторых материалов под действием нагрузки, прикладываемой в т ечение длительного времени, например у фторопласта - 4, наблюдается пластическое или холодное течение, связанное с изменением формы и размеров, что нежелательно при эксплуатации. Многие электроизоляционные материалы (стекла, керамика, некоторые пластмассы) отличаются хрупкостью, т.е способностью разрушаться без заметной пластической деформации. Хрупкость материала можно оценить, подвергая материал испытанию на ударный изгиб. При этом определяется параметр, называемый ударной вязкостью (энергия затраченная на излом образца, отнесенная к площади поперечного сечения образца). В системе СИ измеряется в Дж/м 2 . Для керамических материалов ударная вязкость составляет всего   5 кДж/м 2 в то время как у полиэтилена она п ревышает 100 кДж/м 2 . Вязкость жидких и полужидких электроизоляционных материалов является важной механической характеристикой. Вязкость  это свойство вещества оказывать сопротивление перемещению одной части относительно другой. Динамическая вязкость (коэф фициент внутреннего трения) в системе СИ измеряется в паскалях, умноженных на секунды, в системе СГС в сантипуазах: 1 Па  с 10 П1000 сП. Кинематическая вязкость м 2 /с, где  плотность. Соотношение между системами единиц в СИ и СГС следующее: 1 м 2 /с10 4 Ст.

Приложенные файлы

  • pdf 44249162
    Размер файла: 291 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий