Учебное пособие для профессиональной подготовки электромонтеров по ремонту и обслуживанию электрооборудования
 Скачать 1.2 Mb.
|
|
4.4. Полимерные материалы К полимерным материалам, получаемым синтетическим (химическим) путем, относятся синтетические смолы, каучуки и резины, волокна и пластические массы, некоторые клеи, лаки, краски, замазки и герметики. Название свое полимерные материалы получили от исходного химического соединения (мономера), используемого для синтеза полимера, с приставкой «поли». Например, из этилена (мономера) образуется полиэтилен, из стирола — полистирол, из хлорвинила — полихлорвинил и т. д. Полимерные материалы в основном подразделяют на три группы: термопласты, слоистые пластики и пластические массы. Термопласты. Структура термопластов не изменяется при нагревании, вызывающем переход из твердого состояния в пластическое, поэтому их можно неоднократно перерабатывать. К этой группе относят полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, полиформальдегид, полиакрилаты, полиамиды, фторосодержащие (фторопласт 3 и фторопласт 4) и др. За исключением фторопластов, все другие термопласты поддаются сварке и склейке. Реактопласты — это полимеры, которые под действием температуры сначала переходят в пластическое, а затем в твердое неплавкое и нерастворимое состояние. При повторном нагревании такие полимеры не переходят в пластическое состояние, а остаются твердыми и при дальнейшем повышении температуры разлагаются. К этой группе относятся фенопласты, аминопласты, анилинопласты, эпоксидопласты, силиконопласты, уретано-пласты и др. Слоистые пластики. В эту группу входит большое число материалов, состоящих из листовых волокнистых наполнителей и полимеров, пропитывающих наполнителей и составов, склеивающих отдельные листы в многослойные пластики. Слоистые пластики используют, главным образом, для производства листовых электроизоляционных материалов различных размеров и толщины, а также изделий со сложной конфигурацией поверхности. К этой группе относят гетинакс, текстолит, асбестотекстолит, древеснослоистые пластинки и др. Гетинакс изготовляют из бумаги и бакелита. Бумагу покрывают слоем бакелитового лака, складывают в несколько слоев и прессуют под высоким давлением при повышенной температуре. Под влиянием нагрева бакелит переходит в неплавкое и нерастворимое состояние. При этом получают твердый и прочный листовой материал с высокими изоляционными свойствами, который хорошо подвергается механической обработке (режется, пилится и сверлится). Гетинакс находит широкое применение при изготовлении деталей электрических аппаратов, требующих надежной изоляции и прочности (изоляционных стоек и пр.). Текстолит изготовляют подобно гетинаксу, но основанием служит не бумага, а ткань. Текстолит еще более прочен, чем гетинакс. Некоторые его показатели (например, износоустойчивость при трении) выше, чем у металлов, поэтому в ряде случаев текстолит применяют для изготовления таких деталей, как шестерни, вкладыши и т. д. Особо высокими нагревостойкостью и изоляционными свойствами обладает стеклотекстолит, изготовленный на основе стеклянной ткани. Для изготовления печатных плат электронной аппаратуры применяют фольгированный гетинакс и стеклотекстолит. Это слоистые пластики, облицованные с одной или двух сторон медной оксидированной фольгой, наносимой при прессовании собранных пакетов пропитанной бумаги или стеклоткани с применением клея. В некоторых случаях используется хромированная фольга или никелевая фольга. Пластические массы. Материалы, изготовляемые на основе синтетических и природных полимеров, называют пластическими массами, причем полимер определяет их основные свойства. В состав пластмассы, кроме полимеров, входят наполнители, пластификаторы, красители и стабилизаторы. Наполнители существенно влияют на диэлектрические свойства, водопоглощение и теплостойкость пластмассы. Они бывают органического и минерального происхождения. По своей структуре наполнители могут быть порошкообразные (древесная мука, кварцевая мука, слюда, каолин, тальк, графит, металлические порошки, сажа и пр.), волокнистые (асбест, древесная крошка, мелкокрошенная бумага, очесы хлопка, стеклянное волокно и др.) и листовые или слоистые (бумага, древесный шпон, хлопчатобумажная ткань, стеклянные и асбестовые ткани). Пластификаторы придают большую эластичность пластмассам, увеличивают их относительное удлинение и снижают временное сопротивление разрыву. Красители дают возможность получить необходимую окраску пластмассы и декоративный вид. Стабилизаторы сохраняют требуемые свойства пластмассы в процессе эксплуатации, предохраняя ее от разложения под влиянием тепла и солнца. В ряде случаев пластмасса изготовляется из чистого полимера без каких-либо наполнителей. К числу их принадлежат: органическое небьющееся стекло (поли-метилметакрилат), винипласт (листовой материал из хлорвинила), полиэтилен, полистирол, полиамиды и пр. В этих случаях понятия пластмассы и полимера одинаковы. Пластмассы изготовляют в особых формах путем прессования при большом давлении и высокой температуре. При этом получаются совершенно готовые, не требующие дальнейшей обработки изделия. Если в пластмассовых изделиях должны быть укреплены детали из других материалов (например, металлические шпильки, втулки и т. д.), то их запрессовывают при изготовлении деталей. Из изоляционных пластмасс наибольшее распространение получили винипласт (пластмасса из хлорвинила), гетинакс (спрессованная бумага, пропитанная фено-пластовыми смолами) и стеклотекстолит (стеклянная ткань, пропитанная синтетическими смолами) и пр. Их изготовляют в виде листов, цилиндров и фасонных изделий. Гибкие пленки изготовляют из синтетических смол (полиамида; полиуретана, полистирола, полихлорвинила, эфира, целлюлозы и пр.) в виде листов и рулонов. Их применяют для изоляции электрических машин, обмоточных проводов, конденсаторов и др. Широкое распространение получили так называемые триацетатные электроизолирующие пленки, обладающие значительной электрической прочностью. 4.5. Каучуковые материалы Их изготовляют из естественного или искусственного каучука. Первый добывается из сока каучуконосных, преимущественно тропических, растений, второй получается химическим путем из спирта и других продуктов. Каучук легко растворяется в бензине, бензоле и других растворителях, давая липкую массу (резиновый клей), используемую при склеивании резиновых деталей. Из каучуковых материалов в электромашиностроении широкое применение нашли резина и эбонит. Резина — смесь каучука с серой, обработанная при повышенной температуре. Чрезвычайно гибкий, эластичный, совершенно водонепроницаемый материал, обладающий высокими изоляционными свойствами. Изготовляется в виде листов различной толщины и широко используется для изоляции проводов. Отрицательные качества— малые теплостойкость и маслостойкость. При электромонтажных работах широко применяется изоляционная лента, представляющая собой обычную миткалевую ленту, покрытую с одной стороны каучуковой клейкой массой. Эбонит — смесь каучука с большим количеством серы (выше 25 %) и некоторыми минеральными наполнителями. Твердый материал с хорошими изоляционными свойствами. Хорошо режется, сверлится и полируется. Изготовляется в виде листов, стержней и трубок. Эбонитовый порошок используют для изготовления пластмассы, из которой прессуют различные изоляционные детали, аккумуляторные сосуды и пр. 4.6. Минеральная изоляция Продукты минерального происхождения являются значительно более нагревостойкими, чем органические волокнистые изоляционные материалы, лаки и смолы. Однако большинство из минералов непригодно для использования в электромашиностроении, так как они не обладают нужными изоляционными и технологическими качествами. Широкое применение в изоляционной технике нашли только слюдяные, асбестовые, стеклянные и керамические изделия. Изделия из слюды. Слюда является хорошим изолятором. Электрическая прочность ее достигает 100÷200 кВ/мм, теплостойкость 500÷800 °С. Кроме того, слюда отличается высокой влагостойкостью, маслостойкостью и значительной кислотоупорностью. Все эти качества сделали слюду ценнейшим материалом в электромашиностроении. Однако добывается слюда в виде небольших тонких пластинок. Поэтому ее не применяют непосредственно, а используют, главным образом, в виде клееных слюдяных изделий, называемых миканитами. Миканиты представляют собой листовые и рулонные материалы, склеенные из отдельных лепестков слюды клеящими лаками или смолами. Иногда при изготовлении миканитов используют волокнистую подложку из бумаги или ткани, которую наклеивают с одной или с обеих сторон. Подложка увеличивает механическую прочность материала и затрудняет отставание лепестков слюды при изгибе. В электромашиностроении применяют различные сорта миканита: коллекторный, прокладочный, формовочный, гибкий, микаленту и микафолий (тонкую бумагу, на которую наклеены пластинки слюды). Коллекторный и прокладочный миканиты изготовляют в виде листов толщиной 0,4÷2 мм путем склеивания пластинок слюды в несколько слоев, прессования их при высоком давлении и высокой температуре. Клеем служит шеллачный лак или глифталевые смолы. Содержание их в коллекторном миканите не превышает 4 %, что обеспечивает малую усадку при работе коллектора. В прокладочном миканите содержание клея доходит до 25 %. Эти сорта миканита хорошо режутся и штампуются. Применяют их, главным образом, в качестве изоляции между коллекторными пластинами и для изготовления различных электроизоляционных прокладок, шайб и пр. Формовочный миканит при нормальной температуре обладает значительной твердостью, но при нагреве приобретает способность принимать ту или иную форму. Содержание клея (шеллака, глифталевой смолы) в формовочном миканите доходит до 30 %, поэтому из листов такого миканита можно формовать различные фасонные изделия, в частности конусы и цилиндры для коллекторов. Особая разновидность формовочного миканита называется микафолием; он имеет с одной стороны подложку из бумаги толщиной 0,05÷0,06 мм и применяется для изготовления твердой изоляции стержней якорных обмоток высоковольтных электрических машин. Стекломикафолийимеет подложку не из бумаги, а из стеклянной ткани. Выпускается в рулонах и в листах. Гибкий миканит изготовляют в листах толщиной 0,15÷0,6 мм путем наклеивания пластинок слюды в один или несколько слоев на тонкую бумагу. В качестве клея используют масляно-битумный или глифталевый лак. Этот вид миканита обладает значительной гибкостью и применяется в электрических машинах для изоляции секций, обмоток якоря, катушек и других деталей. Разновидностью гибкого миканита является микалента; ее выпускают в виде рулонов толщиной 0,13÷0,17 мм, которые разрезают на ленты шириной 12÷25 мм. Имеются различные марки микалент с подложками из бумаги, тонкого шелка и стеклоткани. Кроме указанных слюдяных изделий, в электромашиностроении применяют также материалы, изготовленные из размельченной слюды, пропитанной нагревостойкими смолами и лаками. Они носят название слюдинитов. Существуют различные сорта слюдинитов: коллекторный, прокладочный, формовочный, гибкий, слюдинитовая лента, слюдинитофолий. Асбестовые изделия. В электромашиностроении, кроме асбестовой бумаги, ткани и картона, широко применяют изделия из асбоцемента. Асбоцемент представляет собой прессованный пластический материал, изготовляемый из асбестового волокна (наполнителя) и цемента (связующего), и выпускается в виде досок и труб. Он имеет высокие механические свойства, высокую нагревостойкость и хорошо сопротивляется действию электрической дуги и искр. Поэтому из асбоцемента изготовляют распределительные доски и щиты, стенки дугогасительных камер и перегородок и пр. Стеклянные изделия. В электромашиностроении стекло применяют, главным образом, для изготовления стекловолокна и стеклоэмалей. Стеклоэмаль представляет собой расплавленное стекло, наносимое тонким слоем на поверхность металлических или других деталей. Основная область применения стеклоэмалей — покрытие поверхностей трубчатых резисторов с целью изоляции и защиты их обмотки от проникновения влаги, коррозии, загрязнения и окисления. Керамические изделия. Из керамических материалов в электротехнических установках применяют фарфор, стеатит (керамический материал, изготовляемый из талька), различные титанаты (химические соединения титана) и др. Из фарфора изготовляют всевозможные изоляторы; из титанатов, обладающих высокой диэлектрической проницаемостью,— изоляционные прослойки конденсаторов. Нефтяные масла. Наибольшее распространение получило в установках высокого напряжения трансформаторное масло, являющееся продуктом очистки нефти. Трансформаторное масло получают в результате очистки первых масляных фракций, полученных при перегонке мазута. Трансформаторное масло — светло-желтая слабовязкая, практически нейтральная жидкость. Температура его застывания лежит в пределах от - 45 до - 35 °С, а температура вспышки паров в смеси с воздухом — не ниже +135 °С. Трансформаторное масло, находясь в соприкосновении с окружающим воздухом, активно поглощает из него влагу, снижая при этом свою электрическую прочность. В связи с этим в эксплуатации проводят периодическую сушку и замену масла. В производстве кабелей и конденсаторов применяют специальные масла, называемые кабельными и конденсаторными. От трансформаторного масла они отличаются вязкостью и повышенными электрическими свойствами. Сводные таблицы удельных сопротивлений различных материалов Т а б л и ц а 1. Удельное электрическое сопротивление чистых металлов, сплавовпри 20 °Си электролитовпри t=18°C и 10% концентрации водного раствора (по массе)
Т а б л и ц а 2 . Удельное электрическое сопротивление полупроводников при 20 °С
|