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 харак-теризует 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.

Рис. 4. Векторная диаграмма токов

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.

Таблица 19

Материал	Диэлектрическая проницаемость	Пробивная напряженность электрического поля, В/м	Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте		Нагрево-стойкость, °С
Материал	Диэлектрическая проницаемость	Пробивная напряженность электрического поля, В/м	50 Гц	1 МГц	Нагрево-стойкость, °С
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

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.

Поливини л 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 ти-конда 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.

Про ниточные 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.

К л е к 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 высокочастотных катушек..

Клеящими свойствами также обладают. бакелитовый и шеллачный лаки.

Содержание раздела