1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Свойства и область применения

Электроизоляционные материалы: виды, свойства, характеристики и области применения

Изоляционные материалы предназначены для ограничения конструкций и отдельных элементов от контакта с теми или иными средами. По этому принципу работают строительные водо-, паро- и теплоизоляционные материалы. В сферах, где используются электротехнические проводники, требуется изоляция другого рода – в виде диэлектриков. Их задача заключается в исключении контактов между активными эксплуатируемыми проводниками тока и материалами, которые не рассчитываются на обеспечение данной функции. В качестве целевых объектов могут выступать технические средства, прибора, строительные конструкции и даже декоративные покрытия. В свою очередь, электроизоляционные материалы создают барьер для прохождения электрического тока независимо от того, переменный он или постоянный.

Классификации изоляторов

Электроизоляторы различаются по своему происхождению и агрегатному состоянию. Что касается происхождения, то в качестве признаков выделяют принадлежность к органическим и неорганическим материалам, а также к натуральному и синтетическому сырью. К природным материалам можно отнести слюду, которая характеризуется прочностью, гибкостью и способностью к расщеплению. Это неорганический диэлектрик естественного происхождения. И напротив, в группе синтетических органических материалов можно отметить химические высокомолекулярные соединения. В готовом к использованию виде они предлагаются как пластмассы и эластомеры. Основные эксплуатационные различия определяет классификация электроизоляционных материалов по агрегатному состоянию. Выделяются твердые и жидкостные, а также газообразные диэлектрики.

Свойства изоляторов тока

Основная задача диэлектрика заключается в обеспечении изоляционной функции. Поэтому в качестве базовых эксплуатационных свойств можно отметить повышенное удельное сопротивление, небольшой тангенс потерь диэлектрика и высокое пробивное напряжение – уже упомянутый пробой. Сопротивление определяет, насколько материал сможет препятствовать проводимости тока при разных параметрах контактирующей электрической цепи. Потери диэлектрика, в свою очередь, указывают на влияние изолятора на показатели активного проводника – нормативно это значение должно стремиться к нулю, но чаще всего высокая сопротивляемость как раз приводит и к повышению потерь в основной цепи. Немаловажны и пробивные свойства электроизоляционных материалов, которые определяются напряжением. В данном случае можно говорить о непосредственной проницаемости целевого материала. При этом все перечисленные свойства фиксируются лишь в том случае, если была отмечена стабильность их «работы» во времени и при заданной температуре. Иногда в качестве параметра стабильности при испытаниях указывается и частота электрического поля.

Характеристики электроизоляторов

Одной из главных характеристик диэлектриков является поверхностное сопротивление. Это сопротивление, которое возникает в момент прохождения тока по поверхности материала. Следующей по значимости характеристикой можно назвать диэлектрическую проницаемость. Как уже говорилось, проницаемость напрямую связана с пробиваемостью целевого материала. И отдельного внимания заслуживают физико-химические характеристики. В их числе отмечают водопоглощаемость, вязкость и кислотность. Водопоглощаемость указывает на степень пористости материала и присутствие в нем водорастворимых элементов. Чем выше это значение, тем выше эффективность материала как диэлектрика. В свою очередь, вязкость характеризуется текучестью, что важно для определения взаимодействия материала с жидкостными или расплавленными диэлектриками. Кислотным числом обычно характеризуются жидкие диэлектрики. Например, основные особенности электроизоляционных материалов сводятся к способности нейтрализовать свободные кислоты, содержащиеся в 1 г материала. Присутствие свободных кислот понижает электроизоляционные качества электроизоляторов.

Газообразные изоляторы

Практически все газообразные электроизоляционные материалы обеспечивают диэлектрическую проницаемость, в коэффициенте равную 1. К плюсам таких изделий можно отнести небольшую долю диэлектрических потерь, хотя и степень пробоя тоже невелика. Как правило, основной газообразной средой с функцией электрического изолятора выступает воздух, дополненный специальными включениями. Но к сегодняшнему дню получил широкое распространение и элегаз, который применяется в качестве диэлектрической основы. Газообразные виды электроизоляционных материалов базируются на гексафториде серы, что обеспечивает более высокую защиту в показателе пробоя, а в некоторых случаях наблюдается и дугогасительная способность. Когда речь идет о сложных условиях эксплуатации целевого объекта защиты, газовая среда может дополняться органическими изоляторами.

Твердые диэлектрики

Традиционно под изоляторами данного типа понимаются такие материалы, как стекло, кварц, фарфор, пластики и резина. Их происхождение может быть натуральным и синтетическим. В тонких слоях изоляторов могут быть повышенные показатели удельного сопротивления и напряжения пробоя – эти значения зависят от диэлектрической проницаемости и электрической прочности структуры. Увеличение разности потенциалов по отношению к твердому или жидкому диэлектрику будет повышать ток, проходящий целевой объект. В итоге это явление способствует формированию вблизи катода положительного пространственного заряда на фоне отрыва электронов. Электрический пробой можно будет рассматривать как результат искажения заряженного поля в структуре самого изолятора. Твердотельные электроизоляционные материалы подвергаются поляризации, поэтому их диэлектрическая постоянная превышает единицу. Также в момент приложения переменных электрических полей поляризация способствует образованию диэлектрических потерь. В этом контексте стоит выделить материалы, которые даже в высокочастотных полях имеют минимальные диэлектрические потери. К таким можно отнести полиэтилен и кварц.

Жидкие диэлектрики

К жидким изоляторам относятся синтетические жидкости, масла, пасты, лаки и смолы. Особенно распространены минеральные масла, являющиеся продуктом нефтяной переработки и представляющие собой комбинацию жидких углеводородов. Они используются в масляных выключателях, небольших трансформаторах, конденсаторах и кабелях. Популярна и жидкая электроизоляция в виде пропитки. Ее часто применяют при подготовке кабелей и тех же конденсаторов к работе. Материал представляет собой бумажную изоляцию, в которой бумага является носителем, а пропитка – активной защитной средой.

Гильзовая электроизоляция

Это материал из группы механических защитных устройств, который обеспечивает внешнюю физическую защиту. Обычно используются гибкие гильзы, которыми защищаются проводники силовых агрегатов, трансформаторы и кабели. По этому же принципу работает традиционная изоляционная лента, задача которой заключается в создании физической преграды. Гильзы также выступают прослойкой, никак не взаимодействующей с источником тока на электрохимическом уровне. Однако среди недостатков этого материала отмечается быстрый износ.

Конденсаторы

Электрическая изоляция является важным условием полноценной работоспособности конденсаторов. В некоторых случая сам конденсатор выступает как диэлектрик в составе сложной электротехнической цепи. Такие приборы имеют разное применение, в том числе выделяется нейтрализация индукционных эффектов в линиях с переменным током, накопление заряда, а также получение токовых импульсов для всевозможных приложений. Для использования конденсатора в качестве изоляционной точки необходимо иметь представление о требуемой емкости. В приборах она рассчитывается исходя из характеристик системы или посредством вычисления размера заряда на обкладке. В самой конструкции для обеспечения защитной функции могут применяться электроизоляционные материалы в виде лаков и масел. В зависимости от типа конденсатора определяется и набор вторичных функций – например, учитывается горючесть, влагостойкость, износостойкость и т.д.

Вакуум как изолятор

Газовая среда при крайне низком давлении может создавать условия, когда газ просто не сможет образовывать заметный ток в межэлектродном зазоре. Такие условия называют изоляционным вакуумом. При столкновении с электронами или положительными ионами, которые вылетают из электродов, ионизация молекул газа под низким давлением происходит очень редко. Так называемый высокий вакуум при условии постоянного напряжения до 20 кВ на поверхности катода может обойтись без пробоя при напряженности поля порядка 5 МВ/см. Если речь идет об аноде, то напряженность должна быть в разы выше. И все же заметное увеличение напряжения способствует тому, что вакуумные электроизоляционные материалы утрачивают свой защитный потенциал. Пробой в данном случае может наступать в результате обмена заряженными частицами в связке катод-анод. Диэлектрики такого типа чаще используются в электронике. Их применяют и в целях ускорения электронов в обычных приборах, и в рентгеновских аппаратах для обеспечения высоковольтных приложений.

Компаунд как основной диэлектрик в радиотехнике

Довольно практичный в использовании и недорогой способ диэлектрической защиты. Компаунд наносится на рабочую зону, после чего застывает, в полной мере обретая свои основные функциональные качества. При этом нельзя сказать, что компаунды – это обязательно твердые электроизоляционные материалы, так как встречаются и разновидности жидкостного типа. Даже в рабочем состоянии они не отвердевают. Также существуют заливочные и пропиточные виды данного материала. Отличительной чертой всех компаундов является полное отсутствие растворителей в составе. Это дает возможность обеспечивать деликатную пропитку сложных электромеханических деталей и аппаратов.

Современные электроизоляционные материалы

К электроизоляторам нового поколения относится широкая группа полимерных материалов. В основном это пленочные изделия, которые обеспечивают эффект диэлектрика путем создания соответствующей оболочки. Пленка производится в формате рулонов, толщина которых варьируется от 5 до 250 мкм. Помимо основных электроизоляционных свойств, такие пленки характеризуются гибкостью, эластичностью, прочностью и стойкостью на разрыв. Удобна в применении и полимерная изоляционная лента, которая имеет толщину 0,2-0,3 мм. Такие материалы проигрывают многим традиционным диэлектрикам лишь в одном качестве – экологической безопасности. Это не самый безобидный материал в плане токсической угрозы, поэтому его используют по большей части в промышленности, хотя бывают и исключения.

Сферы применения электроизоляторов

Практически все сферы, в которых задействуется электропроводка, в том или ином виде применяют и диэлектрические средства. Базовым примером можно назвать кабели, которые получают несколько слоев изоляции – как электрической, так и механической. Приборостроение можно назвать второй по популярности сферой использования данной изоляции. От воздействия токов ограничивают как отдельные детали аппаратной части, так и технологические узлы в электротехнических машинах. В строительстве также востребованы средства изоляции от тока. Например, в прокладке домашней и уличной проводки тоже задействуются электроизоляционные материалы. Применение диэлектриков позволяет сохранить материалы, которые находятся рядом с токопроводящим контуром. В некоторых случаях подобная изоляция себя оправдывает и как средство понижения потерь в напряжении основной линии.

Заключение

Спектр вариантов электрической изоляции довольно широк, что дает возможность целенаправленно подобрать материал специально под конкретные нужды. Например, в быту распространены твердотельные виды электроизоляционных материалов, а также диэлектрики в форме деталей. В промышленности и строительстве могут применяться газовые и жидкостные среды. Коммунальная же сфера охватывает практически весь диапазон электрической изоляции, поскольку условия защиты могут быть очень разными.

Пластические массы, состав, свойства и область применения

Неметаллические материалы. Классификация полимеров

К неметаллическим материалам относят полимерные материалы (целлюлозу, различные виды пластических масс, каучуки, резины, герметики, лакокрасочные материалы), а также графит, керамику и стекло. Доступность, технологичность, приемлемая стоимость, достаточная прочность при малой плотности, химическая стойкость, высокая эластичность (или наоборот твердость), диэлектрические свойства делают эти материалы, зачастую, незаменимыми для многих отраслей промышленности.

Полимерами называются высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых состоят из многочисленных повторяющихся элементарных звеньев (мономеров) одинаковой структуры. Молекулярная масса – М полимеров составляет от 5000 до 1000000 (соединения с М = 500…5000 называются олигомерами, а с М ≤ 500 – низкомолекулярными соединениями)[54].

Полимеры классифицируют по ряду признаков:

— природные (натуральный каучук, целлюлоза, слюда, асбест, природный графит);

— искусственные или синтетические (полиэтилен, полиметилметакрилат, фенолоформальдегид и др.).

— органические: карбоцепные (основная цепь только из атомов углерода) и гетероцепные (в составе основной цепи помимо углерода есть и другие атомы), например, смолы и каучуки;

— элементоорганические (т. е. содержащие в составе основной цепи атомы кремния, титана, алюминия), например, кремнийорганические соединения;

— неорганические (т.е. не содержащие углерода), например, силикатные стекла, керамика, слюда, асбест.

3. Фазовому состоянию:

— аморфные – однофазны и построены из цепных молекул, собранных в пачки или свернутых в глобулы;

— кристаллические – однофазны или многофазны, имеют пространственную кристаллическую решетку или ее подобие – рис. 55.1. Для кристаллического состояния характерны различные надмолекулярные структуры. К ним в первую очередь относятся ленты. Из лент строятся плоскости, которые представляют собой важнейший структурный элемент кристаллического полимера. Когда образование правильных объемных кристаллов затруднено, то образуется сферолитная структура. Сферолиты состоят из лепестков, образованных последовательным чередованием кристаллических и аморфных участков.

4. Строению макромолекул: линейные, разветвленные, лестничные, пространственные – рис. 55.2. Полимеры с пространственной структурой обладают большей жесткостью и теплостойкостью, чем полимеры с линейной структурой, и поэтому являются основой для создания конструкционных неметаллических материалов.

Рис. 55.1. Надмолекулярные структуры полимеров: а) пластинчатый кристалл, б) сферолит, в) тройная фибрилла

Рис. 55.2. Строение макромолекул полимеров: а) линейное, б) разветвленное, в) лестничное, г) сетчатое, д) паркетное и пространственное

5. Полярности молекул[55]:

— полярные полимеры обладают повышенной жесткостью и теплостойкостью;

— неполярные полимеры (на основе углеводородов) являются хорошими диэлектриками и более морозостойки, чем полярные.

6. Способу получения:

— реакцией полимеризации – процесса, в результате которого молекулы низкомолекулярного соединения (мономера) соединяются друг с другом при помощи ковалентных связей;

— реакцией поликонденсации – процесса образования полимера из низкомолекулярных соединений, содержащих две и более функциональных групп, и сопровождающегося выделением воды, аммиака, галогеноводорода и т. п.

7. Отношению к нагреву:

— термопластичные полимеры (полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид и т. д.) имеют линейную или линейно-разветвленную структуру макромолекул, размягчаются при каждом последующем нагреве; наиболее дешевы и технологичны[56] (формообразование производится путем литья под давлением, экструзии и т. п.); допускают повторную переработку; однако, обладают довольно низкой прочностью и теплостойкостью.

термореактивные полимеры (фенолоформальдегидная[57], крезолоформальдегидная, полиэфирная смола и т. д.) сначала имеют линейную структуру и при горячем прессовании сначала размягчаются, а затем в результате протекания химических реакций приобретают пространственную структуру и отверждаются так, что повторный нагрев не может их размягчить; отличаются повышенными механическими свойствами и теплостойкостью.Все полимеры в большей или меньшей степени подвержены процессу старения во вре-мени. Старением полимеров называют самопроизвольное необратимое изменение важнейших технических характеристик, происходящее в результате сложных химических и физических процессов, развивающихся в материале при эксплуатации и хранении. Старению способствуют свет, частая смена циклов нагрев – охлаждение, многократные деформации, воздействие кислорода, озона и др. факторы. При старении повышается твердость, хрупкость, теряется эластичность. При высоких температурах происходит термическая деструкция – разложение органических полимеров, сопровождающееся испарением летучих веществ. Для замедления старения в полимерные материалы добавляют стабилизаторы.

Читать еще:  Прц на гепатит в качественный и количественный метод

Производство и потребление синтетических полимеров является одним из самых динамично растущих направлений научно-технического прогресса[58], особенно в развитых странах[59].

Пластмассами называют искусственные материалы, получаемые на основе органических полимерных связующих (синтетических смол, эфиров, целлюлозы).

Многие пластмассы, главным образом термопласты, состоят из одного полимерного связующего (полиэтилен, полистирол, полиметилакрилат, политетрафторэтилен и т. д.).

В состав пластмасс могут входить:

— наполнители (порошки – костная мука, графит; отдельные волокна – стекловолокно, очесы хлопчатобумажных тканей, асбестовые волокна; ткани – хлопчатобумажные, стекловолоконные), которые повышают механические свойства и удешевляют материал;

— пластификаторы, повышающие ударопрочность и морозостойкость;

— отвердители или катализаторы, позволяющие отверждать пластмассы при изготовлении;

стабилизаторы, замедляющие процесс старения[60]. Обычно применяют стабилизаторы двух типов: термостабилизаторы (амины, фенолы) и светостабилизаторы (например, сажу);

— красители (пигменты) для придания необходимого цвета;

— специальные вещества, придающие определенные свойства (графит и алюминиевая пудра обеспечивают электропроводность; графит повышает износостойкость; яды-фунгициды предохраняют от плесени и поедания тропическими насекомыми и т. д.)

Пластмассы классифицируют по следующим признакам:

1. Составу связующего и отношению к нагреву:

термопласты (винипласт[61], плексиглас[62], тефлон[63], АБС-пластик (или АВS)[64] и т. д.) изготавливают на основе термопластичных полимеров;

реактопласты (гетинакс[65], текстолит[66], карболит[67] и т. д.) изготавливают на основе термореактивных полимеров.

2. Виду наполнителя: порошковые, волокнистые, слоистые, газонаполненные (пено- и поропласты[68]).

силовые (конструкционные, фрикционные, антифрикционные, электроизоляционные и т. д.);

не силовые (оптически-прозрачные, химически стойкие, термоизоляционные, декоративные и т. п.).

Положительными сторонами пластмасс являются их технологичность (хорошо льются, клеятся); малая плотность (1…2 г/см 3 ); высокая удельная прочность; низкая теплопроводность и хорошие тепло- и электроизоляционные свойства; высокая химическая стойкость; высокие фрикционные или антифрикционные свойства.

Недостатками пластмасс являются невысокая тепло- и светостойкость; низкие модуль упругости и ударная вязкость по сравнению с металлами; значительное тепловое расширение (в 10…30 раз большее, чем у стали); склонность к старению (охрупчиванию) и, в большинстве случаев, невозможность повторной переработки.

Целесообразность применения пластмасс в конструкциях машин диктуется техническими и экономическими соображениями. Следует иметь в виду, что стоимость за единицу массы даже самых дешевых пластмасс (полиэтилен, винипласт, полистирол) в 3…9 раз превышает стоимость углеродистых сталей обыкновенного качества, а стоимость наиболее дорогих (фторопласты, органические стекла, углепластики) – в сотни раз выше. Однако из-за гораздо меньшего расхода пластмасс (связанного с меньшей плотностью и меньшими отходами при обработке) и более низкой трудоемкости изготовления деталей из них нередко оказывается, что такие детали не только дешевле деталей из цветных металлов в 4…9 раз, но в отдельных случаях (литьевые) в 2…6 раз дешевле деталей из черных металлов.

В машиностроении замена металлических деталей пластмассовыми во многих случаях весьма эффективна. При использовании металлических деталей требуется несколько видов обработки (литье или штамповка, термическая и механическая обработка, покраска или гальваническая обработка) с большим числом операций (до 30…50), а пластмассовых деталей – только один вид обработки – формообразование детали (литье или спекание). При этом обычно уменьшается масса конструкции в 4…5 раз; снижается трудоемкость изготовления деталей примерно в 4…5 раз; число операций и их трудоемкость уменьшаются в 5…6 раз, что сокращает длительность производственного цикла и высвобождает оборотные средства. Себестоимость продукции снижается в 2…3 раза.

Применение пластмасс особенно эффективно в транспортном машиностроении, авиации и ракетостроении. В современных конструкциях летательных аппаратов, двигателей и приборов пластмассы и др. неметаллические материалы составляют 7…25 % массы дозвуковых самолетов и до 20…50 % массы ракет (без топлива).

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Свойства и область применения

Классификация полимеров

· по происхождению полимеры делятся на :

ü — природные – натуральный каучук, асбест, целлюлоза и др.;

ü — синтетические – полиэтилен, полистирол, полиамиды и др.;

ü — искусственные – получают путем обработки (модифицирования природных)

· по химическому составу все полимеры подразделяются:

ü — органические – молекулы которых содержат атомы углерода, водорода, азота, кислорода и серы, входящие в состав главной цепи и боковых групп полимера (например, полиолефины, фторопласты, полиамиды, полиимиды, фенолформальдегидные смолы, полисилоксаны, эпоксидные смолы);

ü — неорганические – не содержат в составе макромолекул атомов углерода, (основу составляют соединения SiO2, CaO, MgO, Al2O3, например, силикатные стекла, керамика, асбест, слюда);

ü —элементоорганические — содержат в основной цепи органических радикалов неорганические атомы (Si, Ti, Al), сочетающиеся с органическими радикалами. В природе их нет. Искусственно полученный представитель — кремнийорганические соединения.

Следует отметить, что в технических материалах часто используют сочетания разных групп полимеров. Это композиционные материалы (например, стеклопластики).

· по структуре (или форме) макромолекул полимеры делят на:

ü линейные или цепевидные;

ü разветвленные (частный случай — звездообразные);

ü ленточные или лестничные;

ü пространственные или сетчатые;

ü паркетные и так далее.

· по отношению к нагреву полимеры подразделяются на термопластичные и термореактивные:

ü Термопластичные полимеры термопласты (полиэтилен, полипропилен, полистирол) при нагреве размягчаются, даже плавятся, а при охлаждении затвердевают без участия химических реакций. Этот процесс обратим. Имеют ленточную или разветвленную структуру макромолекул – высокоэластичны.

ü Термореактивныеполимерытермореакты при нагреве выше определенных температур, подвергаются необратимому химическому разрушению без плавления при участии химической реакции и становятся практически нерастворимыми. Молекулы термореактивных полимеров имеют нелинейную (пространственную) структуру, полученную путём сшивки (например, вулканизация) цепных полимерных молекул. Имеют повышенную тепловую и химическую стойкость. Упругие свойства термореактивных полимеров выше, чем у термопластов, однако, термореактивные полимеры практически не обладают текучестью, вследствие чего имеют более низкое напряжение разрушения.

Присутствие в основной молекулярной цепи атомов других, кроме углерода, элементов сообщает полимеру те или иные специфические свойства, например:

· фосфор и хлор – повышают огнестойкость;

· сера – увеличивает газонепроницаемость;

· кислород – способствует повышению эластичности;

· фтор – обеспечивает высокую химическую стойкость.

По назначению пластмассы подразделяются на ряд групп: конструкционные, электроизоляционные, химически стойкие, фрикционные, тепло- и звукоизоляционные, светотехнические и др.

Свойства и область применения

Ø Малая плотность. Плотность различных пластмасс колеблется от 0,9 до 2,2 г/см3. В среднем пластмассы в два раза легче алюминия, в 5—7 раз легче стали, меди, свинца, бронзы и т.д.

Ø Физико-механические свойства. Пластмассы представляют собой материалы с разнообразными физико-механическими свойствами: от жестких материалов, напоминающих керамику, дерево, кость, до гибких, упругих, резиноподобных.

Конструкционные пластмассы характеризуются высокими механическими свойствами. К ним относятся: полистирол, фенопласты, стеклопластики (стекловолокниты, стеклотекстелиты).

Область применения: используются в нагруженных узлах и деталях конструкции.

Ø Коррозионная стойкость. Химически стойкие пластмассы: фторопласт-4, полиэтилен, поливинилхлорид (винипласт), асбоволокниты способны сопротивляться действию влаги и различных химических соединений.

из них изготавливают химическую аппаратуру, емкости, трубы, химически стойкие покрытия на металл и др.

Ø Фрикционные свойства. Фрикционные пластмассы обладают в условиях сухого трения высоким коэффициентом трения и высокой износостойкостью (асбоволокниты, асботекстолиты, асбокаучуковые материалы).

работают в узлах, передающих кинетическую энергию (фрикционные диски муфт сцепления) или рассеивающих ее (накладки, колодки тормозных устройств) .

Ø Антифрикционные свойства. Антифрикционные пластмассы: фторопласт-4, полиамиды (капрон), лавсан, текстолиты, древесно-слоистые пластики, имеют малый коэффициент трения и высокую износостойкость. Износоустойчивость капрона выше, чем у бронзы и баббита, при смазке в 10—20 раз, при сухом трении в 100—160 раз.

Изготавливают вкладыши подшипников скольжения, зубчатые колеса и др. детали, образующие пары трения.

Ø Диэлектрические свойства. Большинство пластмасс (полиэтилены высокого (ПЭВД) и низкого (ПЭНД) давления, полистирол, фторопласты (фторопласт-3 и фторопласт-4), гетинакс, текстолит) — хорошие диэлектрики, т. е. плохо или совсем не проводят электрический ток, причем некоторые из них известны как лучшие диэлектрики современной техники, а в высокочастотных устройствах радиосвязи, телевидения, генераторах токов высокой частоты они незаменимы.

используют при изготовлении электроизолирующих и диэлектрических деталей, пленок, шлангов, изолирующих покрытиях на металлах и т.п.

Ø Тепло- и звукоизоляционные свойства. Такие пластмассы как: пенополистирол, пенополиуретан, пенополиэпоксид, пенополисилаксан, обладают низким коэффициентом теплопроводности, высокой звукопоглащающей способностью.

используют для теплоизоляции холодильников, труб, тепло- и звукоизоляции кабин и др., также в качестве легкого заполнителя силовых элементовконструкций, для изготовления труднозатопляемых изделий.

Ø Светотехнические и оптические свойства. Некоторые пластмассы по праву носят название органических стекол (полиметилметакрилат, полистирол, поликарбонат). Они бесцветны, прозрачны, способны пропускать лучи света с широким диапазоном волн, в том числе и ультрафиолетовые, и значительно превосходят в этом отношении силикатные стекла. Например, полиметилметакрилатное органическое стекло пропускает 73,5% ультрафиолетовых лучей, а силикатное — всего 1 — 3%. Эти пластмассы стойки к воздействию света и обладают высокими оптическими свойствами.

для изготовления оптических деталей и арматуры осветителей; полиметилметакрилат (органическое стекло) используют для остекления автомобилей, судов, самолетов, для изготовления рассеивателей и других светотехнических изделий; из полистирола изготавливают прозрачные колпаки приборов, часовые стекла и т.п.

Ø Декоративные свойства. Большинство пластмасс и изделия из них имеют твердую, блестящую поверхность. Изделия из пластмасс не нуждаются в лакировке, а также поверхностном окрашивании, так и процессе производства путем добавления различных пигментов можно получить любые цвета и оттенки изделий, в том числе и многоцветные имитации натуральных камней, кожи, перламутра.

гетинакс применяют для отделки (облицовки) мебели, салонов автобусов, самолетов, кабин судов, пассажирских железнодорожных вагонов, вагонов метро и др.

Ø Простота переработки в изделия. Главное преимущество пластмасс — возможность формования из них изделий при помощи разнообразных методов: простого литья, литья под давлением, прессования, каландирования, экструзии и др. Трудоемкость изготовления самых сложных деталей из пластмасс ничтожна по сравнению с трудоемкостью изготовления изделий из других материалов механической обработкой.

Ø Коэффициент использования материала при переработке пластмасс 0,95—0,98, а у металлов при механической обработке 0,2—0,6, при литье 0,6—0,8.

Ø Доступность сырья. Синтетические пластмассы получают путем химических превращений (на основе реакции поликонденсации или полимеризации) из простых химических веществ, которые, в свою очередь, получают из столь доступных видов сырья, как уголь, нефть, воздух, известь и т. д. Отечественная сырьевая база для получения органических синтетических материалов практически неисчерпаема.

Одновременно с перечисленными выше ценными свойствами пластмассам присущи и некоторые недостатки.

o Низкая теплостойкость. Основные группы пластмасс могут удовлетворительно работать лишь в сравнительно небольшом интервале температур: от — 60 до +120° С. Рабочие температуры пластмасс на основе кремнийорганических полимеров и фторопластов гораздо выше (200°С и более).

o Низкая теплопроводность. Теплопроводность пластических масс в 500—600 раз ниже теплопроводности металлов, что вызывает значительные трудности при их применении в узлах и деталях машин, где необходим быстрый отвод тепла. Для повышения теплопроводности пластмасс иногда прибегают к применению теплопроводящих наполнителей (графита, металлических порошков и др.).

o Низкая твердость. Твердость по Бринеллю колеблется в интервале 6—60 кгс/мм.

o Ползучесть. Это свойство у пластмасс, особенно термопластов, выражено гораздо сильнее, чем у металлов, что необходимо учитывать при конструировании деталей.

o Прочность. Механическая прочность самых жестких пластмасс (стеклопластиков) в 1,2—1,5 раза меньше, чем у металлов.

o Старение. Пластмассы изменяют свои свойства под действием нагрузки, тепла, влаги, света, воды, при длительном пребывании в атмосферных условиях.

Разрушение материала, сопровождающееся уносом его массы при воздействии горячего газового потока, называется абляцией.

Композиционные материалы – сложные материалы, состоящие из нерастворимых или малорастворимых друг в друге компонентов, сильно отличающихся по свойствам и разделенные в матрице ярко выраженной границей.

Основа (матрица) композиционного материала может быть металлической (применяют алюминий, магний, никель, титан, сталь) и неметаллической (полимерной, углеродной, керамической).

В матрице равномерно распределены компоненты, наполняющие и упрочняющие композиционный материал –упрочнители и армирующие материалы. Упрочняющие компоненты должны обладать высокой прочностью, твердостью, модулем упругости. По этим характеристикам они должны значительно превосходить материал матрицы. По геометрическим параметрам армирующие материалы могут быть нуль-мерными, одномерными и двумерными.

Материалы, армированные нуль-мерными упрочнителями, называют дисперсно-упрочненными. В качестве дисперсных частиц чаще используют тугоплавкие оксиды, карбиды, нитриды, бориды. При работе дисперсно-упрочненных материалов основную нагрузку воспринимает матрица. Широкое распространение получили:

-спеченные алюминиевые пудры (САП)- материалы с алюминиевой матрицей, упрочненные чешуйками Al2O3;

Читать еще:  Сколько длится период вирусной инкубации

-высокую жаропрочность имеют материалы на основе никеля с 2…3% двуокиси тория (ВДУ-1) или двуокиси гафния (ВДУ-2).

Материалы с одномерными или одномерными и нуль-мерными наполнителями называют волокнистыми композиционными материалами. Упрочнители:

ü — проволока из металлов и сплавов (Mo, W, B,Ta, высокопрочная сталь);

ü — волокна или нитевидные кристаллы чистых элементов и тугоплавких соединений (С, В, SiC, Al2O3, борсик – волокна бора с выращенными на них в целях улучшения сцепления с матрицей кристаллами карбида кремния). В качестве матрицы: полимеры (эпоксидные, фенолформальдегидные, полиамидные и др. смолы); керамические и углеродистые материалы; металлы (Al, Mg, Ti, Ni…). Например, материалы с алюминиевой матрицей армируют стальной проволокой (КАС), борным волокном (ВКА), углеродным волокном (ВКУ).

При растяжении нагрузку воспринимают волокна, матрица же служит средой для передачи усилия. Чем больше соотношение Евм и чем выше объемное содержание волокна, тем большая доля нагрузки приходится на волокно.

Рений — происхождение, свойства и область применения

Металл рений, наряду с вольфрамом и молибденом составляет троицу тугоплавких элементов. Одновременно с этим он способен длительно сохранять прочность при сверхвысоких температурах, вплоть до 2000 0 С. Внешне, металлический рений обладает светло-серебристым оттенком, тогда как его порошки имеют черный цвет. Этот элемент относится к редкоземельным металлам и оказывается рассеянным, то есть отсутствует концентрация элемента в определенной географической области планеты.

Происхождение и месторождения рения

История открытия Рения — металла — берет истоки с конца 19 века. Именно тогда Д. Менделеев предположил существование аналога марганца с атомным весом около 190. Русский ученый поэтому и дал наименование гипотетическому металлу: тримарганец. Реальное название элемент получил в 1925 году, когда немецкие химики И. и В. Ноддак обнаружили его в составе колумбита посредством спектрального анализа. Имя рений происходит от названия известной реки Рейн.

Рений, как указывалось ранее, — это классический пример рассеянного элемента. Среднее содержание металла в земной коре по массе составляет стомиллионные доли процента. В природе существует три ренийсодержащих минерала, это оксид, сульфид и сульфоренат меди. Последний минерал также известен, как джезказганит (жезказганит) по названию одноименного месторождения в Казахстане. В качестве примеси, рений можно встретить в минералах редких земель, а также других элементов: колумбитах, танталитах, цирконатах. Особенно высоко примесное содержание Re в молибдените, доходящее до 0.5%.

Так выглядит минерал джезказганит — месторождение которого находится в Казахстане

Современные мировые запасы элемента оцениваются на уровне 17000 тонн. Преимущественно, это молибденит. Значительно реже металл встречается в углеродсодержащем сырье. Например, содержание рения в сырой нефти колеблется от 0.002 до 0.2 грамм на тонну. Как уже отмечалось ранее, рениевые месторождения в мире отсутствуют, что и относит элемент к классу рассеянных.

Стран, где по данным геологической разведки, сосредоточены наибольшие запасы этого металла достаточно много. Это:

  • США и Канада в Северной Америке;
  • южноамериканские государства Чили и Перу;
  • евразийские территории Казахстана, России, Армении и Узбекистана.

Рений, добываемый в Советском Союзе, практически весь находился на территории Казахстана среди песчаников Жезказганского месторождения. Эта страна и по сей день остается среди мировых лидеров по балансовым запасам Re, уступая только США.

Рудник под Жезказганом

Физико-химические свойства

Популярность рения связана с его экстремальными физическими характеристиками, среди которых высокими показателями отличаются:

Металл устойчив к воздействию большинства кислот, в частности плавиковой и соляной, однако растворяется азотной.

Рений – один из наиболее «тяжелых» элементов, является парамагнитным. Его плотность 21.03 г/см3 соразмерна величинам этого параметра для металлов платиновой группы. По величине тугоплавкости металл уступает только вольфраму, однако в отличие от него Re характеризуется пластичностью в кристаллизованном и литом состояниях, а также способностью деформироваться при отрицательных температурах. Модуль упругости этого элемента составляет 470 Гн/м2, уступая только осмию и иридию, что обусловливает способность к быстрому наклепу под давлением.

О тугоплавкости рения отмечалось ранее, остается дополнить качественную характеристику количественными показателями: температура плавления составляет 3180 0 С, кипения – свыше 5600 0 С. Дополнительно, Re обладает высокой температурой рекристаллизации, на уровне 2800 0 С. Это применяется в промышленности для повышения температурного порога рекристаллизации посредством введения этого металла в сплавы.

Соли рениевой кислоты получили название перренаты, они также важны с точки зрения получения металлической формы элемента. Необходимо выделить следующие разновидности перренатов:

Восстановления перрената до металлического рения происходит при участии водорода.

Кроме солей, элемент образует два вида сульфидов, также представляющих технологический интерес при получении рения. Это связано с тем фактом, что в природе Re сопутствует сульфидным рудам.

Кроме того, элемент способен образовывать две разновидности изотопов:

Примечательность второго изотопа обусловлена именно его стабильностью. Все элементы таблицы Менделеева, следующие за рением, не имеют стабильных изотопов.

Добыча рения

Получение рения основано на переработке медных и молибденовых руд. Технология достаточно затратная и трудоемка, поскольку на производство килограмма металла требуется до 2000 тонн руды.

Видео — интереснейший фильм под названием «Эффект рения»:

В фильме рассказывается об открытии месторождения рения.

Добывают рений в большей части из концентратов молибдена, и только отчасти, меди. Преимущество молибденовых растворов состоит в более высокой концентрации элемента, составляющей до 0,04%. Напротив, содержание рения в медных концентратах, практически на порядок ниже, не превышая 0,003%.

Кратко, технологический процесс получения Re можно разделить на четыре этапа:

  1. Извлечение из шламов и пыли при помощи выщелачивания слабым раствором серной кислоты. Допускается использование щелочных или солевых раствором, а также горячей воды. Дополнительно, в качестве окислителя применяется пиролюзит.
  2. Получение перрената аммония. Процесс осуществляется различными методиками, включая экстракцию, сорбцию, ионный обмен, электролиз и даже осаждение малорастворимых соединений.
  3. Производство порошка рения. Выполняется методом восстановления перрената при участии водорода. Процедура возможна внутри трубчатой печи при температуре 800 0 После этого полученный порошок переводят в металл, применяя метод порошковой металлургии. Также можно применить зонное плавление или плавку в печи.
  4. Обработка порошка для получения металлического рения с использованием технологий порошковой металлургии, а также зонной или электронно-лучевой плавки.

На российском рынке крупнейшие производителями рения:

Здание завода Гиредмет

Они производят рений различных марок от чистого металла до порошка Re-0 и Re-1.

Производство рения – достаточно затратная технология, поскольку при флотации молибденовой руды до 80 % элемента трансформируется в молибденовый концентрат.

Следующие потери Re связаны с процедурами обжига и плавления концентратов. При их нагреве до 650 °C, чего требует технология процесса, происходят существенные потери рения, который смешиваясь с выделяющимися газами, отводится через трубу как отходы. Чуть снизить уровень потерь редкоземельного металла удается благодаря установке специальных системы, среди которых:

Они применяются, чтобы выделить чистый элемент из отводимых газов. Это позволяет отделить рений от газа и увеличить объем его извлечения при обжиге. Так, методика отжига в печи с кипящим слоем позволяет получить до 96 % металла.

Новые подходы в получении Re направлены на снижение потерь исходного металла. Среди них выделяется технология гидрометаллургической переработки концентратов.

Область применения рения

Сферы использования рения достаточно разнообразны и включают:

Также интенсивно ведется применение этого металла в авиационной промышленности и кораблестроении.

Кроме того, металл представляет собой высококачественный катализатор, поэтому с его участием проходят процессы дегидрирования и гидрирования. Особенный интерес к элементу проявляет нефтеперерабатывающая промышленность, рассматривая его как базовый компонент при производстве новых катализаторов, например, рениево-платинового. Это позволяет нарастить объемы выпуска высокооктанового бензина, и удешевляет производственные затраты. Действительно, рениевые катализаторы обходятся существенно дешевле платиновых аналогов. Еще один положительный аспект применения рения как катализатора в нефтеперерабатывающей отрасли – увеличение пропускной способности установок, практически на 50%, а также двукратное повышение их эксплуатационного ресурса.

В медицинской отрасли применение Re акцентировано на изготовлении специализированного инструмента, и научно-исследовательской деятельности по лечению различных заболеваний. Аналогично медицине, металл в любом виде используется для ювелирного дела, где обеспечивает покрытие украшений и прочих изделий.

Применение рения в приборостроении не ограничено только полупроводниками. Свойства металла позволяют использовать его для производства сплавов, используемых при изготовлении опор с вращающейся рамкой – кернов. Парамагнетизм Re позволяет приобрести этим узлам свойства немагнитности. Альтернативно, присущие рению физические свойства повышают твердость кернов, их устойчивость к коррозии. Аналогично этому, сплав на основе кобальта, с 7-процентным содержанием Re применяется для изготовления упругого элемента гироскопов, крутильных весов. Геодезические приборы также нуждаются в рении. Проволочный или ленточный подвес этих устройств производится на основе рениевых сплавов.

Видео — Для чего используется редкий элемент рений, рассказывают ученые:

Естественно, особое место в применении рения занимает изготовление термопар. Приспособления, изготовленные из Re-содержащих сплавов, позволяют измерять высокие температуры, вплоть до 2600 0 C. Жаропрочность этого элемента обусловила его применение в атомной технике, как конструкционного материала. Он используется при изготовлении цельнотянутых труб под тепловыделяющие элементы, работающие в высокотемпературном режиме до 3000 °C.

Кроме того, использование рения в сплавах с вольфрамом и молибденом позволяет облегчить обработку этих тугоплавких металлов.

В радиоэлектронике свойства рения полезны для производства микросхем. Металл используют, как самоочищающийся контакт, а также выступает в качестве защитного покрытия металлических деталей и поверхностей.

Лом и отходы рения

Лом рения достаточно востребован на рынке вторичного сырья. Объявления типа: рений куплю, нацелены не только на отработавшие изделия из этого метала, но и на штабик, порошок рения, его прокат, сплавы, в частности МР47ВП, ВР5, ВР20. Фото перечисленных образцов в интернете не так уж и много. Приемщики вторичного металла соглашаются покупать и термопарную проволоку, а также фольгу, содержащую Re. Сегодня на металлический рений цена определяется чистотой металла и начинается от $1000 за килограмм . Альтернативно, многие компании согласны купить сырье под рений, представляющее собой руду, концентрат или другой неметалл, например, соли элемента.

Проволока из сплава с рением

Поэтому найденный отработанный медицинский инструмент, отходы производства рения, отработавшие ресурс термопары, а также любой другой материал, применяющийся для получения этого металла, его порошка представляет интерес.

Виды, свойства и область применения электроизоляционных материалов

Любое электрическое оборудование, включая генераторы, силовые установки и распределительные устройства, состоит из токоведущих частей. Для надежной и безопасной эксплуатации последние должны быть защищены друг от друга и от воздействия окружающих компонентов. В этих целях используются электроизоляционные материалы.

Важно, чтобы обмотка на якоре была отделена от его сердечника, виток возбуждения – от аналогичной детали, полюсов и каркаса агрегата. Материалы, которые применяются для изоляции чего-либо от воздействия электрического тока, называются диэлектриками. Стоит отметить, что такие изделия бывают двух типов – одни абсолютно не пропускают ток, другие – хоть и делают это, но в мизерных количествах.

При создании подобных материалов применяют органические и неорганические элементы вкупе с различными добавками, необходимыми при пропитке и склеивании. В последнее время широкую популярность набирает жидкая изоляция для проводов, часто используемая в выключателях и трансформаторах (например, трансформаторное масло). Не реже в электротехническом оборудовании применяют газообразные диэлектрики, вплоть до обычного воздуха.

Электроизоляционные материалы и сферы их применения

К основным областям применения электроизоляционных материалов можно отнести различные промышленные ветви, радиотехнику, приборостроение и монтаж электрических сетей. Диэлектрики – это основные элементы, от которых зависит безопасность и стабильность работы любого электроприбора. На качество и функциональность изоляции влияют различные параметры.

Таким образом, главная причина применения электроизоляции – соблюдение правил безопасности. В соответствии с ними строго запрещено эксплуатировать оборудование с частично или полностью отсутствующей изоляцией, поврежденной оболочкой, поскольку даже малые токи могут нанести вред человеческому организму.

Свойства диэлектриков

Для того чтобы гарантировать выполнение важных функций, электроизоляционные изделия должны обладать необходимыми свойствами. Основное отличие диэлектрика от проводника – намного большее удельное сопротивление (100-1100 Ом*см). С другой стороны, их электрическая проводимость в 14-15 раз ниже токоведущих жил. Связано это с природным происхождением изоляционных материалов, в составе которых намного меньше свободных отрицательных электронов и положительно заряженных ионов, влияющих на токопроводимость.

Важно! Несмотря на последнее высказывание, при нагревании любого диэлектрика количество ионов и электронов существенно возрастает, из-за чего повышается электрическая проводимость и возникает риск пробоя током.

Все свойства диэлектриков можно разделить на две основные группы – активные и пассивные, при этом вторая является наиболее важной. К пассивным относится диэлектрическая проницаемость: чем меньше ее значение, тем более надежным и качественным является изолятор, поскольку он не оказывает негативного влияния на электрическую схему и не добавляет паразитные емкости. С другой стороны, если изделие эксплуатируется в роли диэлектрического конденсатора, то проницаемость должна быть максимально высокой (паразитные емкости в данном случае важны).

Параметры изоляции

К числу основных относятся:

  • электропрочность;
  • удельное электрическое сопротивление;
  • относительная проницаемость;
  • угол диэлектрических потерь.
Читать еще:  Трава бессмертника лечебные свойства и лучшие рецепты

Оценивая качество и эффективность диэлектриков, и сравнивая их свойства, нужно выявить зависимость перечисленных параметров от значений тока и напряжения. По сравнению с проводниками электроизоляционные компоненты имеют повышенную электрическую прочность. Учитывая сказанное выше, не менее важным является то, насколько хорошо изоляторы сохраняют свои полезные свойства и удельные величины при нагревании, увеличении напряжения и других воздействиях.

Классификация диэлектрических материалов

Выбор того или иного изоляционного материала зависит от мощности тока, протекающего по проводникам оборудования. Существует несколько критериев для классификации диэлектриков, но наиболее важными являются два – агрегатное состояние и происхождение. Для изоляции шнуров бытовых электроприборов используют твердые изоляторы, трансформаторов и прочего высокомощного оборудования – жидкие и газообразные.

Классификация по агрегатному состоянию

По агрегатному состоянию выделяют три типа диэлектрических материалов – твердые, жидкие и газообразные.

Твердые диэлектрики

Электроизоляционные материалы данного типа считаются наиболее распространенными и популярными, используются практически во всех сферах, где присутствует оборудование с токоведущими частями. Их качество зависит от некоторых химических свойств, при этом диэлектрическая проницаемость может быть совершенно разной – 10-50 000 (безразмерная величина).

Твердые изоляторы бывают полярными, неполярными и сегнетоэлектрическими. Главное отличие трех разновидностей – принцип поляризации. Основными свойствами данных материалов являются химическая стойкость, трекингостойкость и дендритостойкость. От химической стойкости зависят возможности диэлектрика противостоять воздействию агрессивной среды – кислотам, щелочам, активным жидкостям. Трекингостойкость влияет на защиту от электрической дуги, дендритостойкость – от появления дендритов.

Керамические изоляторы эксплуатируют как линейные и проходные диэлектрики в составе подстанций. Для защиты бытовых электрических приборов могут применяться текстолиты, полимеры и бумажные изделия, промышленного оборудования – лаки, картон и различные компаунды.

Сочетая несколько разных материалов, производителям диэлектриков удается получить особые свойства изделия. Благодаря этому повышается устойчивость к нагреву, воздействию влаги, экстремально низких температур и даже радиации.

Наличие нагревостойкости говорит о том, что изолятор способен выдерживать высокие температуры, но в каждом отдельном случае максимальная планка будет разной (она может достигать и 200, и 700 град. Цельсия). К числу таковых относятся стеклотекстолитовые, органосиликатные и некоторые полимерные материалы. Фторопластовые диэлектрики устойчивы к воздействию влаги, могут эксплуатироваться в тропиках. Вообще фторопласт не только гидрофобен, но еще и негигроскопичен.

Если в состав электротехнического оборудования включены атомные элементы, то важно использовать изоляцию, устойчивую к радиоактивному фону. На помощь приходят неорганические пленки, часть полимеров, стеклотекстолиты и различные слюдинитовые изделия.

К морозостойким диэлектрикам относятся компоненты, сохраняющие свои удельные свойства при температуре до -90 град. Цельсия. Наконец, в электроприборах, эксплуатируемых в космосе, применяются изоляционные материалы с повышенной вакуумной плотностью (например, керамика).

Жидкие диэлектрики

Диэлектрики в подобном агрегатном состоянии зачастую эксплуатируются в промышленном электрооборудовании. Наиболее ярким примером являются трансформаторы, для безопасной работы которых требуется специальное масло. К числу жидких диэлектриков можно отнести сжиженный газ, парафиновое или вазелиновое масло, спреи, дистиллированную воду, которая была очищена от солей и других примесей.

Жидкие электроизоляционные материалы описываются следующими технико-эксплуатационными характеристиками:

  • диэлектрическая проницаемость;
  • электропрочность;
  • электропроводность.

Величина физических параметров жидких диэлектриков зависит от степени их чистоты (загрязнения). Наличие твердых примесей в воде или масле приводит к существенному повышению электрической проводимости, что связано с увеличением числа свободных электронов и ионов. Жидкости очищаются разными методами, начиная от дистилляции и заканчивая ионным обменом. После выполнения данного процесса повышается электропрочность материала и снижается его электропроводность.

Жидкие электроизоляторы можно разделить на три основные группы:

  1. Из нефти изготавливают трансформаторное, конденсаторное и кабельное масла.
  2. Синтетические жидкости активно применяются в промышленном приборостроении. К их числу можно отнести соединения на основе фтор- и кремнийорганики. Кремнийорганические материалы способны выдерживать сильные морозы, они относятся к числу гигроскопичных, поэтому могут применяться в малых трансформаторах. С другой стороны, стоимость таких соединений намного выше, чем у нефтяных масел.
  3. Растительные жидкости крайне редко используются при изготовлении электроизоляции. Речь идет о касторовом, льняном, конопляном и других маслах. Все перечисленные вещества считаются слабополярными диэлектриками, поэтому могут применяться только для пропитки бумажных конденсаторов или для образования пленки в электроизоляционных лаках и красках.

Газообразные диэлектрики

Самыми популярными газообразными диэлектриками считаются электротехнический газ, азот, водород и воздух. Все они могут быть разделены на две категории – естественные и искусственные. К первым относится воздух, который часто эксплуатируют в качестве диэлектрика для защиты токоведущих частей линий электрической передачи и машин.

Наряду с преимуществами, есть у воздуха недостатки, из-за чего он не подходит для эксплуатации в герметичном оборудовании. Поскольку в его состав входит большое содержание кислорода, то данный газ является окислителем, поэтому в неоднородном поле существенно снижается электрическая прочность.

Азот – отличный вариант для изоляции силовых трансформаторов и высоковольтных линий электропередач. Помимо хороших изоляционных свойств, водород способен принудительно охлаждать оборудование, поэтому зачастую применяется в высокомощных электромашинах. Для герметизированных установок подойдет электротехнический газ, при использовании которого снижается взрывоопасность любых агрегатов. Электротехнический газ часто эксплуатируется в высоковольтных выключателях, что обусловлено способностью к гашению электрической дуги.

Классификация по происхождению

По происхождению диэлектрики делятся на органические и неорганические.

Органические диэлектрики

Органические электроизоляционные изделия можно разделить на естественные и синтетические. Все материалы, относящиеся к первой категории, в последнее время практически не эксплуатируются, что связано с увеличением производственных мощностей синтетических диэлектриков, стоимость которых намного ниже.

Естественными диэлектриками являются растительные масла, парафин, целлюлоза и каучук. К синтетическим материалам можно отнести пластмассы и эластомеры разных типов, применяемые в бытовых приборах и другой электротехники.

Неорганические диэлектрики

Электроизоляционные материалы неорганического типа бывают естественные и искусственными. Из компонентов природного происхождения можно выделить слюду с большой устойчивостью к воздействию химически активных веществ и высоких температур. Не менее популярными являются мусковит и флогопит.

Искусственные диэлектрики – стекло в чистом или разбавленном видах, фарфор и керамика. Материалам данной категории зачастую придают особые свойства, добавляя в их состав различные компоненты. Если изолятор проходной, то нужно применять полевошпатовую керамику с большим тангенсом диэлектрических потерь.

Волокнистые электроизоляционные материалы

Волокнистые диэлектрики эксплуатируются для защиты различного оборудования. К числу таковых относятся каучук, целлюлоза, различные ткани, нейлоновые и капроновые изделия, полистирол и полиамид.

Органические волокнистые диэлектрики имеют высокую гигроскопичность, поэтому практически никогда не используются без специальной пропитки. В последние годы вместо органических изоляторов применяют синтетические волокнистые изделия с ярко выраженной нагревостойкостью.

В качестве примера можно выделить стеклянные волокна и асбест: первые пропитываются лаками и смолами, улучшающими гидрофобность, вторые характеризуются минимальной прочностью, поэтому в их состав добавляют хлопчатобумажные элементы. Речь идет о материалах, которые не плавятся при нагреве.

Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов

Класс нагревостойкости диэлектриков указывается буквой латинского алфавита. Перечислим основные из них:

  • Y – максимальная температура 90 град. Цельсия. К данной категории относятся различные волокнистые изделия из хлопка, натуральных тканей и целлюлоза. Они не пропитываются и не дополняются жидкими электроизоляторами.
  • A – 105 град. Цельсия. Все материалы, перечисленные выше, и синтетический шелк, пропитываемые жидкими диэлектриками (погружаемые в них).
  • E – 120 град. Цельсия. Синтетические изделия, включая волокна, пленки и компаунды.
  • B – 130 град. Цельсия. Слюдинитовые диэлектрики, асбест и стекловолокно вкупе с органическим связующим и пропиткой.
  • F – 155 град. Цельсия. Слюдинитовые материалы, в качестве связующего звена которых выступают синтетические компоненты.
  • H – 180 град. Цельсия. Слюдинитовые диэлектрики с кремнийорганическими соединениями, выступающими в качестве связующего.
  • C – более 180 град. Цельсия. Все перечисленные выше изделия, в которых не используется связующее или применяются неорганические адгезивы.

Выбор электроизоляционных материалов зависит не только от мощностей оборудования, но и от условий его эксплуатации. Например, для высоковольтных линий электропередач должны использоваться диэлектрики с повышенной морозостойкостью и защитой от воздействия ультрафиолетовых лучей.

Таким образом, информация выше может использоваться только в качестве ознакомительных целей, а окончательное решение должен принимать профессиональный, квалифицированный специалист.

Проводниковые материалы, их свойства и область применения.

Проводниковые материалы представляют собой металлы и сплавы. Металлы имеют кристаллическое строение. Однако основное свойство кристаллического тела — анизотропность — не наблюдается у ме — таллов. В период охлаждения металла одновременно зарождается большое количество элементарных кристаллов, образуются кристаллиты ( зерна), которые в своем росте вступают в соприкосновение друг с другом и приобретают неправильные очертания. Кристаллиты приближаются по своим свойствам к изотропным телам. Высокая тепло-и электропроводность металлов объясняется большой концентрацией свободных электронов, не принадлежащих отдельным атомам. При отсутствии электрического поля равновероятны все направления теплового движения электронов в металле. Под воздействием электрического поля в движении электронов появляется преимущественное направление. При этом, однако, составляющая скорости электрона вдоль этого направления в среднем невелика, благодаря рассеянию на узлах решетки, Рассеяние электронов возрастает при увеличении степени искажения решетки. Даже незначительное содержание примесей, таких как марганец, кремний, вызывает сильное снижение проводимости меди. Твердотянутая проволока имеет более низкую проводимость, чем мягкая, отожженная. При отжиге происходит рекристаллизация металла, сопровождающаяся повышением проводимости. Ее величина приближается к первоначальной благодаря восстановлению правильной формы кристаллической решетки. Во многих случаях желательно получение проводникового материала с низкой проводимостью; такими свойствами обладают сплавы — твердые растворы двух типов. Твердыми растворами замещения называют такие, в которых атомы одного из компонентов сплава замещают в кристаллической решетке второго компонента часть его атомов. В твердых растворах внедрения атомы одного из компонентов сплава размещаются в пространстве между атомами второго, расположенными в узлах кристаллической решетки. [1]

Проводниковые материалы обладают высокой электропроводностью и используются в качестве проводников электрического тока. Наиболее часто проводники имеют вид проволоки круглого или прямоугольного сечения, из которых выполняются обмотки электрических машин, аппаратов, измерительных и нагревательных приборов. [2]

Проводниковые материалы должны надежно использоваться в электрических машинах, работающих при 600 С и выше. При температуре выше 225 С медь начинает интенсивно окисляться, что приводит к резкому увеличению сопротивления и снижению эластичности. Чтобы защитить медную проволоку от окисления, наносится слой никеля. [3]

Проводниковые материалы находят применение в качестве проводов и жил кабелей, термоэлементов, припоев, предохранителей, нагревателей, для изготовления резисторов. [4]

Проводниковые материалы, как правило, обладают высокой пластичностью, антикоррозионной стойкостью, достаточной механической прочностью; такие свойства необходимы при изготовлении из них проводов, профилированных токонесущих деталей и т.п. Проводниковые материалы обладают электронной проводимостью. Наиболее электропроводны, при обычных температурах, химически чистые 1-валентные металлы. При весьма низких температурах некоторые металлы и сплавы обладают сверхпроводимостью. Статические искажения кристаллической решетки, ее динамические нарушения, а также процессы, связывающие электроны, понижают электропроводность проводниковых материалов: первое имеет место при образовании твердых растворов, пластической деформации, воздействии проникающего ядерного излучения; второе — при нагреве; третье — при образовании некоторых растворов и химических соединений. [5]

Проводниковые материалы являются основой токоведущих элементов, электродов и монтажных деталей аппаратуры. Припои служат материалом для соединения элементов схем и деталей оборудования, а также технологическим материалом при ультразвуковой пайке. Металлокерамические материалы хорошо известны в практике электрической и ультразвуковой обработки в качестве одного из основных объектов эффективного применения этих методов ( например, твердые сплавы), а также в качестве материала электродов и деталей оборудования. Графитовые и углеграфятовые материалы весьма эффективны при изготовлении износостойких электродов для электроимпульсной обработки, служат основой важнейших контактных элементов — щеток, используются при электрохимической обработке. [6]

Проводниковые материалы с большим удельным сопротивлением — константан, нихром, манганин, фехраль. [7]

Проводниковые материалы, как правило, подвергаются действиям растворов в основном в виде брызг, или же они находятся в газовой среде. [8]

Проводниковые материалы классифицируют в зависимости от удельного электрического сопротивления на металлы и сплавы высокой проводимости, кри-опроводники и сверхпроводники, сплавы с повышенным электросопротивлением. [9]

Проводниковые материалы применяют главным образом в виде проволок, шин или лент, поперечное сечение которых принято выражать в квадратных миллиметрах, а длину — в метрах. [10]

Проводниковые материалы имеют в нормальном состоянии или при воздействии очень слабого электрического поля ( приложенного напряжения) сравнительно большое количество свободных заряженных частиц — электронов и ионов. Благодаря этому они хорошо проводят электрический ток. [11]

Проводниковые материалы имеют различные свойства и, соответственно, разные области применения. [12]

Проводниковые материалы применяют, главным образом, в виде проволок, шин или лент, площадь поперечного сечения которых принято выражать в квадратных миллиметрах, а длину — в метрах. [13]

Проводниковые материалы отличаются большой удельной электрической проводимостью и используются в электрических устройствах в качестве проводников электрического тока: обмотки и контакты в электрических машинах, аппаратах и приборах, провода и кабели для передачи и распределения электрической энергии. [14]

Проводниковые материалы применяются главным образом в виде проволок, шин или лент, поперечное сечение которых принято выражать в квадратных миллиметрах, а длину — в метрах.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector