Ответы на экзаменационные вопросы по Электротехническим материалам - файл n1.docx

приобрести
Ответы на экзаменационные вопросы по Электротехническим материалам
скачать (221.9 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx222kb.08.07.2012 17:08скачать

n1.docx

1   2   3   4   5   6
Электроизоляционные лаки.

Лаки - это растворы пленкообразующих веществ: смол, битумов, высыхающих масел, эфиров целлюлозы или композиций этих материалов в органических растворителях. В процессе сушки лака из него испаряются растворители, а в лаковой основе происходят физико-химические процессы, приводящие к образованию лаковой пленки. По своему назначению электроизоляционные лаки делят на пропиточные, покровные и клеящие. Пропиточные лаки применяются для пропитки обмоток электрических машин и аппаратов с целью закрепления их витков, увеличения коэффициента теплопроводности обмоток и повышения их влагостойкости. Покровные лаки позволяют создать защитные влагостойкие, маслостойкие и другие покрытия на поверхности обмоток или пластмассовых и других изоляционных деталей. Клеящие лаки предназначаются для склеивания листочков слюды друг с другом или с бумагой и тканями с целью получения слюдяных электроизоляционных материалов (миканиты, микалента и др.).

Эмали представляют собой лаки с введенными в них пигментами — неорганическими наполнителями (окись цинка, двуокись титана, железный сурик и др.). Пигменты вводятся с целью повышения твердости, механической прочности, влагостойкости, дугостойкости и других свойств эмалевых пленок. Эмали относятся к покровным материалам. По способу сушки различают лаки и эмали горячей (печной) и холодной (воздушной) сушки. Первые требуют для своего отверждения высокой температуры - от 80 до 200° С, а вторые высыхают при комнатной температуре. Лаки и эмали горячей сушки, как правило, обладают более высокими диэлектрическими, механическими и другими свойствами.

Масляные лаки образуют после высыхания гибкие эластичные пленки желтого цвета, стойкие к влаге и к нагретому минеральному маслу. Масляно-битумные лаки образуют гибкие пленки черного цвета, стойкие к влаге, но легко растворяющиеся в минеральных маслах (трансформаторное и смазочное). По нагревостойкости эти лаки относятся к классу А (105° С). Глифталевые и масляно-глифталевые лаки и эмали отличаются хорошей клеящей способностью по отношению к слюде, бумагам, тканям и пластмассам. Пленки этих лаков обладают повышенной нагревостойкостью (класс В). Чисто глифталевые лаки на основе немодифицированных глифталевых смол образуют твердые негибкие пленки, применяемые в производстве твердой слюдяной изоляции (твердые миканиты). Масляно-глифталевые лаки после высыхания дают гибкие эластичные пленки желтого цвета. Кремнийорганические лаки и эмали отличаются высокой нагревостойкостью и могут длительно работать при 180—200° С, поэтому они применяются в сочетании со стекловолокнистой и слюдяной изоляцией. Кроме этого, пленки обладают высокой влагостойкостью и стойкостью к электрическим искрам. Лаки и эмали на основе полихлорвиниловых и перхлорвиниловых смол отличаются стойкостью к воде, нагретым маслам, кислым и щелочным химическим реагентам, поэтому они применяются в качестве покровных лаков и эмалей для защиты обмоток, а также металлических деталей от коррозии. Сушка этих лаков и эмалей производится при 20, а также при 50-60° С. К недостаткам такого рода покрытий относится их невысокая рабочая температура, составляющая 60-70° С. Лаки и эмали на основе эпоксидных смол отличаются высокой клеящей способностью и несколько повышенной нагревостойкостью (до 130° С). Лаки на основе алкидных и фенольных смол (фенолоалкидные лаки) имеют хорошую высыхаемость в толстых слоях и образуют эластичные пленки, могущие длительно работать при температурах 120-130° С. Пленки этих лаков обладают влаго- и маслостойкостью. Водно-эмульсионные лаки — это устойчивые эмульсии лаковых основ в водопроводной воде. Лаковые основы производят из синтетических смол, а также из высыхающих масел и их смесей. Водно-эмульсионные лаки пожаро- и взрывобезопасны, потому что в их составе нет легковоспламеняющихся органических растворителей. Из-за малой вязкости такие лаки имеют хорошую пропитывающую способность. Их применяют для пропитки неподвижных и подвижных обмоток электрических машин и аппаратов, длительно работающих при температурах до 105° С.

  1. Компаунды.

Компаунды представляют собой изоляционные составы, которые в момент использования бывают жидкими, а затем отвердевают. Компаунды не имеют в своем составе растворителей. В состав компаундов могут входить активные разбавители, понижающие вязкость компаунда, пластификаторы, отвердители, инициаторы и ингибиторы, назначения которых те же, что и в лаках. В состав компаунда могут также входить наполнители - неорганические и органические порошкообразные или волокнистые материалы, применяемые для уменьшения усадки, улучшения теплопроводности, уменьшения температурного коэффициента. В качестве наполнителей применяют пылевидный кварц, тальк, слюдяную пыль, асбестовое и стеклянное волокно и ряд других. По своему назначению данные составы делятся на пропиточные и заливочные. Первые из них применяют для пропитки обмоток электрических машин и аппаратов, вторые — для заливки полостей в кабельных муфтах, а также в электромашинах и приборах с целью герметизации. По отношению к нагреву электроизоляционные компаунды делятся на термопластичные и термореактивные. Термопластичные - твердые при нормальной температуре, при нагревании размягчаются, становятся пластичными и переходят в жидкое состояние, при охлаждении снова затвердевают. Термореактивные - в момент их применения находятся в жидком состоянии, а затем затвердевают в результате происходящих в них химических реакций. К термореактивным можно отнести компаунды на основе эпоксидных, полиэфирных и некоторых других смол. К термопластичным относятся компаунды на основе битумов, воскообразных диэлектриков и термопластичных полимеров (полистирол, полиизобутилен и др.). Пропиточные и заливочные компаунды на основе битумов по нагревостойкости относятся к классу А (105° С), а некоторые к классу Y (до 90° С). Наибольшей нагревостойкостыо обладают компаунды эпоксидные и кремнийорганические. Компаунды МБК изготовляют на основе метакриловых эфиров и применяют как пропиточные и заливочные. Они после отвердевания при 70-100° С (а со специальными отвердителями при 20° С) являются термореактивными веществами, которые могут использоваться в интервале температур от -55 до +105° С.


  1. Волокнистые материалы.

В электротехнике весьма широко применяются волокнистые материалы, т. е. материалы, которые состоят преимущественно (или целиком) из частиц удлиненной формы - волокон. В некоторых материалах, а именно в текстильных, волокнистое строение совершенно очевидно. В других волокнистых материалах, таких, как дерево, бумага, картон, волокнистое строение может быть изучено с помощью микроскопа при небольшом увеличении.

Преимущества многих волокнистых материалов: дешевизна, довольно большая механическая прочность и гибкость, удобство обработки. Недостатками их являются невысокие электрическая прочность и теплопроводность (из-за наличия промежутков между волокнами, заполненными воздухом); гигроскопичность — более высокая, чем у массивного материала того же химического состава (так как развитая поверхность волокон легко поглощает влагу, проникающую в промежутки между ними). Свойства волокнистых материалов могут быть существенно улучшены путем пропитки - вот почему эти материалы в электрической изоляции обычно применяют в пропитанном состоянии.

Большая часть волокнистых материалов - органические вещества. К ним принадлежат материалы растительного происхождения (дерево, хлопчатобумажное волокно, бумага и прочие материалы, состоящие в основном из целлюлозы) и животного происхождения (шелк, шерсть), искусственные волокна, получаемые путем химической переработки природного волокнистого (в основном целлюлозного) сырья и, наконец, приобретающие особо важное значение в последнее время синтетические волокна, изготовляемые из синтетических полимеров.

Целлюлозные волокнистые материалы имеют сравнительно большую гигроскопичность, что связано как с химической природой целлюлозы, содержащей большое число полярных гидроксильных групп, так и особенностями строения растительных волокон, а также невысокую нагревостойкость (в непропитанном состоянии - класс Y, а в пропитанном - А). Некоторые искусственные, и в особенности синтетические, волокнистые материалы имеют значительно меньшую гигроскопичность и повышенную нагревостойкость по сравнению с целлюлозными материалами.

В тех случаях, когда требуется особо высокая рабочая температура изоляции, которую органические волокнистые материалы обеспечить не могут, применяют неорганические волокнистые материалы — на основе стеклянного волокна и асбеста.


  1. Текстильные материалы. Лакоткани.

Текстильные материалы получаются методами специальной обработки (прядение, тканье) длинноволокнистого сырья. Ткани отличаются от бумаг вполне определенным строением (переплетение нитей), в то время как в бумаге отдельные волокна расположены по отношению друг к другу неправильно, беспорядочно. При прочих равных условиях текстильные материалы (ткани, ленты) имеют более высокую механическую прочность, особенно при перегибе и при истирании, и не столь сильно снижают прочность при увлажнении, но эти материалы и пропитанные изделия из них намного дороже и обладают меньшей электрической прочностью, чем бумаги и пропитанные бумаги.

Непосредственное определение диаметра волокон и изделий из них затруднительно, так как волокна часто не имеют правильной цилиндрической формы. Поэтому для оценки толщины волокон, пряжи и нитей согласно ГОСТ 10878—70 указывается масса (в граммах) единицы длины (километра) нити; эта единица (г/км) называется текс. Единица СИ толщиты нити — килограмм на метр; очевидно, что один килограмм на метр равен одному мегатексу. В соответствии с химической природой и технологией получения различные волокна имеют сильно различающиеся нагревостойкость, гигроскопичность, электроизоляцнонные и механические свойства.

В электроизоляционной технике пряжу применяют в качестве защитных покровов кабелей (хлопчатобумажная пряжа от 1700 до 3400 текс) и для изоляции (обмотки и оплетки) обмоточных проводов; ленты и ткани используют для защиты изоляции электрических машин и аппаратов. Ткани используются также для изготовления лакотканей и текстолитов.

Природные волокна. К ним относятся хлопчатобумажная пряжа и натуральный шелк. Искусственные волокна. Основные типы этих волокон — вискозный и ацетатный шелк, получаемые из эфиров целлюлозы. Вискозный шелк изготовляют переработкой целлюлозы с последующим переводом вытянутых из прядильного раствора волокон в вещество, близкое по своей химической природе к исходной целлюлозе. Ацетатный шелк по составу представляет собой уксуснокислый эфир целлюлозы (ацетат целлюлозы). По внешнему виду оба эти типа искусственного шелка напоминают натуральный шелк. По электроизоляционным свойствам вискозный шелк не имеет преимуществ перед хлопчатобумажным волокном, он даже несколько более гигроскопичен, чем хлопчатобумажное волокно, но ацетатный шелк превосходит как хлопчатобумажную пряжу, так и натуральный шелк.

Синтетические волокна. Из синтетических волокнистых материалов следует отметить полиэтилентерефталатные (лавсан, терилен, терен, дакрон), полиамидные (капрон, дедерон, нейлон, анид), полиэтиленовые, полистирольные, поливинилхлоридные (хлорин) и политетрафторэтиленовые.. Напомним, что такие материалы линейные полимеры с высокой молекулярной массой.

Электрическая прочность непропитанных текстильных материалов определяется электрической прочностью воздуха в сквозных отверстиях между нитями, а потому весьма мала. Путем пропитки лаком можно закрыть эти отверстия лаковой пленкой и этим резко повысить электрическую прочность ткани и ее влагостойкость.

Лакированные ткани представляют собой гибкие материалы, состоящие из ткани, пропитанной лаком или каким-либо электроизоляционным составом. Пропиточный лак или состав после отвердевания образует гибкую пленку, которая обеспечивает хорошие электроизоляционные свойства лакоткани. В зависимости от тканевой основы лакоткани делятся на хлопчатобумажные, шелковые, капроновые и стеклянные (стеклоткани). В качестве пропиточных составов для лакотканей применяют масляные, масляно-битумные, эскапоновые и кремнийорганические лаки, а также кремнийорганические эмали, растворы кремнийорганических каучуков и др. Наибольшей растяжимостью и гибкостью обладают шелковые и капроновые лакоткани. Они могут работать при нагреве не выше 105° С (класс А). К этому же классу нагревостойкости относятся все хлопчатобумажные лакоткани. Основными областями применения лакотканей являются: электрические машины, аппараты и приборы низкого напряжения. Лакоткани используют для гибкой витковой и пазовой изоляции, а также в качестве различных электроизоляционных прокладок.


  1. Слоистые пластики.

Слоистые пластмассы - материалы, состоящие из чередующихся слоев листового наполнителя (бумага или ткань) и связующего. Важнейшими из слоистых электроизоляционных пластмасс являются гетинакс, текстолит и стеклотекстолит. Они состоят из листовых наполнителей, располагающихся слоями, а в качестве связующего вещества использованы бакелитовые, эпоксидные, кремнийорганические смолы и их композиции. В качестве наполнителей применяют специальные сорта пропиточной бумаги (в гетинаксе), хлопчатобумажные ткани (в текстолите) и бесщелочные стеклянные ткани (в стеклотекстолите). Перечисленные наполнители сначала пропитывают бакелитовыми или кремнийорганическими лаками, сушат и режут на листы определенного размера. Подготовленные листовые наполнители собирают в пакеты заданной толщины и подвергают горячему прессованию, в процессе которого отдельные листы при помощи смол прочно соединяются друг с другом. Гетинакс и текстолит устойчивы к минеральным маслам, поэтому широко используются в маслонаполненных электроаппаратах и трансформаторах. Наиболее дешевым слоистым материалом является древесно-слоистая пластмасса (дельта-древесина). Она получается горячим прессованием тонких листов березового шпона, предварительно пропитанных бакелитовыми смолами. Дельта-древесина применяется для изготовления силовых конструкционных и электроизоляционных деталей, работающих в масле. Асбестотекстолит представляет собой слоистую электроизоляционную пластмассу, получаемую горячим прессованием листов асбестовой ткани, предварительно пропитанных бакелитовой смолой. Его выпускают в виде фасонных изделий, а также в виде листов и плит толщиной от 6 до 60 мм. Асбогетинакс — слоистая пластмасса, получаемая горячим прессованием листов асбестовой бумаги, содержащей 20% сульфатной целлюлозы или асбестовой бумаги без целлюлозы, пропитанных эпоксидно-фенолоформальдегидным связующим. Из рассмотренных слоистых электроизоляционных материалов наибольшей нагревостойкостью, лучшими электрическими и механическими характеристиками, повышенной влагостойкостью и стойкостью к грибковой плесени обладают стеклотекстолиты на кремнийорганических и эпоксидных связующих.



  1. Эластомеры.

Эластомеры, полимеры и материалы на их основе, обладающие во всем диапазоне их эксплуатации высокоэластичными свойствами, т. е. способностью к большим (до сотен процентов) обратимым деформациям. Типичные эластомеры - разл. каучуки и резины.

Каучу́ки - натуральные или синтетические эластомеры, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём вулканизации получают резины и эбониты. Природный каучук Высокомолекулярный углеводород (C5H8)n, цис- полимер изопрена; содержится в млечном соке (латексе) гевеи, кок-сагыза и других растений. Растворим в углеводородах и их производных (бензине, бензоле, хлороформе, сероуглероде и т. д.). В воде, спирте, ацетоне натуральный каучук практически не набухает и не растворяется. Уже при комнатной температуре натуральный каучук присоединяет кислород, происходит окислительная деструкция (старение каучука), при этом уменьшается его прочность и эластичность. При температуре выше 200 °C натуральный каучук разлагается с образованием низкомолекулярных углеводородов. Каучук натуральный, полимер растительного происхождения, вулканизацией которого получают резину. Основная составная часть каучука натурального — углеводород каучука (91-96%), который рассматривают как полиизопрен (C5H8) n. Каучук натуральный содержит также 2,2-3,8% белков и аминокислот, 1,5-4,0% веществ, извлекаемых ацетоном (так называемый ацетоновый экстракт - олеиновая, стеариновая, линолевая кислоты, каротин и др.), соединения металлов переменной валентности - меди (до 0,0008%), марганца (до 0,001%), железа (до 0,01%), песок и некоторые др. примеси. Каучук натуральный относятся к стереорегулярным полимерам; молекулярная масса 1 400 000 - 2 600 000, плотность 0,91-0,92 г/см3, показатель преломления 1,5191, температура стеклования от -70 до -72 °С, удельная теплоёмкость 1,880 кдж/(кг. К), теплопроводность 0,14 вт/(м. К), диэлектрическая проницаемость при частоте 1 кгц 2,37-2,45, удельная электропроводность 25,7.10–18 ом–1. см–1. Каучуки синтетические, синтетические полимеры, способные перерабатываться в резину путем вулканизации. Составляют основную массу эластомеров. Каучуки синтетические - аморфные или сравнительно слабо кристаллизующиеся полимеры с высокой гибкостью и относительно малым межмолекулярным взаимодействием цепей. Характеристикой подвижности цепей может служить температура стеклования каучуков. Ее значения в значительной мере определяют комплекс их деформационных и прочностных свойствв. Основные типы синтетических каучуков: Изопреновый, Бутадиеновый, Бутадиен-метилстирольный, Бутилкаучук, Этилен-пропиленовый, Бутадиен-нитрильный, Хлоропреновый, Силоксановый, Фторкаучуки, Тиоколы.

Резина (от лат. resina - смола), вулканизат, продукт вулканизации каучука. Основное отличие от других полимерных материалов - способность к большим обратимым, так называемым высокоэластическим, деформациям в широком интервале температур, включающем комнатную и более низкие температуры. Резина превосходит каучук по прочностным свойствам, тепло- и морозостойкости, устойчивости к действию агрессивных сред и др. В зависимости от температурных и других условий эксплуатации, различают следующие основные группы: резина общего назначения, теплостойкие резины, морозостойкие резины, масло- и бензостойкие резины, резины стойкие к действию различных агрессивных сред (кислото- и щёлочестойкие, озоностойкие, паростойкие и др.), электропроводящие, диэлектрические (кабельные) резины, радиационностойкие резины, рентгенозащитные и другие.  Помимо перечисленных резин, различают также вакуумные, вибро-, свето-, огне-, водостойкие, фрикционные, медицинские, пищевые и многие другие виды. Комплекс свойств резины определяется прежде всего типом каучука. Существенное влияние на механические характеристики (деформационные, прочностные) оказывают наполнитель, а также структура и плотность вулканизационной сетки. В реальных условиях эксплуатации резина находится в сложнонапряжённом состоянии, поскольку на изделия действуют одновременно различные деформации. Однако разрушение резины вызывается, как правило, максимальным растягивающими напряжениями. По этой причине прочностные свойства резины оценивают в большинстве случаев при деформации растяжения. Технические характеристики резины существенно зависят от режимов приготовления резиновой смеси и ее вулканизации, от условий хранения полуфабрикатов и изделий и другое. Из резины изготовляют изоляцию кабелей, эластичные электропроводящие покрытия, трубки для переливания крови и многое др. Наиболее крупные потребители - шинная промышленность (свыше 50%) и промышленность резинотехнических изделий (около 22 % ).

  1. Неорганические материалы. Стёкла.

Неорганические материалы. Твердые, реже жидкие или пастообразные, веществава с функциональными свойствами, зависящими от способа получения. Различают неорганические материалы металлические, неметаллические и композиционные. По структуре неорганические материалы подразделяют на монокристаллические, поликристаллические (литье, керамика, порошки), аморфные, в т.ч. стеклообразные, а также стеклокристаллические (ситаллы). По свойствам и областям применения различают неорганические материалы: с особыми электрическими свойствами - полупроводниковые материалы, электропроводящие, сверхпроводники, изоляционные (диэлектрики), электролиты твердые, пьезоэлектрики, конденсаторные и катодные; с особыми магнитными характеристиками; оптические материалы (для линз и фильтров, отражающих и просветляющих покрытий, для волоконной оптики), фотоэлектродные, люминофоры, электрохромные, фотопроводящие, материалы для голографии, лазерные материалы, с особыми теплофизическими свойствами (для термисторов и нагревателей, жаростойкая и жаропрочная конструкционная керамика), огнеупорные материалы, теплоизоляционные материалы, аккумуляторы тепла; коррозионностойкие материалы. Кроме того, выделяют материалы для энергетики - ядерное топливо, аккумуляторы водорода, для термоядерных установок; конструкционные материалы; акустические материалы; вяжущие материалы; твердые сплавы для изготовления режущего инструмента и др.

Стекло - неорганическое вещество, твёрдое тело, структурно - аморфно, изотропно. Температура варки стёкол, от 300 до 2500єС, определяется компонентами этих стеклообразующих расплавов (оксидами, фторидами, фосфатами и др.). Прозрачность (для видимого человеком спектра) не является общим для всех видов существующих как в природе, так и в практике стёкол. Существует и в природной форме, в виде минералов (обсидиан - вулканическое стекло), но в практике - чаще всего, как продукт стеклоделия. Стёкла образуются в результате переохлаждения расплавов со скоростью, достаточной для предотвращения кристаллизации. Благодаря этому стёкла обычно длительное время сохраняют аморфное состояние. Неорганические расплавы, способные образовать стеклофазу, переходят в стеклообразное состояние при температурах ниже температуры стеклования Tg (при температурах свыше Tg аморфные вещества ведут себя как расплавы, то есть находятся в расплавленном состоянии). Стекло может быть получено путём охлаждения расплавов без кристаллизации. Практически любое вещество из расплавленного состояния может быть переведено в стеклообразное состояние. Некоторые расплавы (как то - отдельных стеклообразующих веществ) не требуют для этого быстрого охлаждения. Однако некоторые вещества (такие как металлосодержащие расплавы) требуют очень быстрого охлаждения, чтобы избежать кристаллизации. Так, для получения металлических стёкол необходимы скорости охлаждения 100000-1000000 К/с. Стекло может быть получено также путём аморфизации кристаллических веществ, например бомбардировкой пучком ионов, или при осаждении паров на охлаждаемые подложки. Присутствие в составе стекла соединений того или иного химического элемента, оксида металла, может влиять его окраску, степень электропроводности, и другие физические и химические свойства. В твёрдом состоянии силикатные стёкла весьма устойчивы к обычным реагентам (за исключением плавиковой кислоты), и к действию атмосферных факторов. На этом свойстве основано их широчайшее применение: для изготовления предметов быта и во многих других областях. К стеклообразующим веществам относятся: Оксиды: SiO2; B2O3; P2O5; TeO2; GeO2; Фториды: AlF3 и др. В зависимости от основного используемого стеклообразующего вещества, стекла бывают оксидными (силикатные, кварцевое, германатные, фосфатные, боратные), фторидными, сульфидными и т. д.
1   2   3   4   5   6


Электроизоляционные лаки
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации