电工材料及应用课件

电工材料及应用

高分子物理基础

高分子聚合物即高分子材料，简称高聚物。它是由许多相同的结构单元组成的，这些结构单元内部可以相同也可以不同。[聚合度]

高聚物在聚合过程中会形成线型分子、支化型分子和网状分子。前两者一般是热塑性的，而网状分子则是热固性的。高聚物的聚集态分为晶态和非晶态。高聚物的”老化”

高分子聚合物在加工、贮存、运输和使用过程中,由于受各种因素(热、紫外线、各种射线、电、机械、化学、氧、臭氧、水、微生物等)的作用，性能逐渐下降，直至最后完全丧失使用价值。老化是一种不可逆变化。固体绝缘材料一、有机绝缘材料塑料热塑性的有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。热固性塑料常用的有酚醛树脂、环氧树脂、脲甲醛、三聚氰胺甲醛等树脂橡胶有天然橡胶及合成橡胶两大类。天然橡胶目前只有一种；合成橡胶中有氯丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶及乙丙橡胶等纤维可分天然纤维与合成纤维两种，天然纤维包括棉、麻、蚕丝、纸等；合成纤维包括聚酰胺纤维、聚酯纤维等。还有人造纤维绝缘漆有天然与合成两种，天然绝缘漆包括亚麻油、桐油为漆基的漆；合成绝缘漆有环氧树脂、聚酯、有机硅、聚酰胺酰亚胺漆等。固体绝缘材料二、无机绝缘材料常用的有玻璃、陶瓷、云母、石棉、氧化膜绝缘等。人造云母也有应用电工中常用的有机绝缘材料一、热塑性塑料

它的特点是受热后能熔化，在适当的溶剂中能溶解（一）聚乙烯(-CH2-CH2)n（二）聚氯乙烯(-CH2-CHCl)n（三）聚丙烯(-CH2-CH)n

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CH3（四）聚四氟乙烯

(-CF2-CF2)n（五）其他高聚物：聚酯，聚苯乙烯，聚酰胺（尼龙）。。。电工中常用的有机绝缘材料二、热固性塑料这类塑料的特点是具有体型网状结构的高分子聚合物。在溶剂中不溶解，最多能溶胀；受热后性能变化，但不会变软，温度再高也不熔化只会分解；当高温降到低温时，性能变化不可逆。（一）酚醛树脂（二）环氧树脂（三）三聚氰胺甲醛树脂（四）聚酰亚胺电工中常用的有机绝缘材料三、橡胶橡胶的最大特点是具有很高的弹性，但是生橡胶由于弹性很大，缺乏塑性而不能成形，需加入各种添加剂进行硫化。经过硫化后的橡皮为不溶不熔的热固性材料，机械强度好。硅橡胶（SI）由于Si-C键能高为426kJ/mol，且Si是不燃元素具有无机材料的特点，所以它的耐热性很好，工作温度可达180~200℃，故又称耐热橡皮。它没有双键，所以有优异的耐热老化、臭氧老化和大气老化性。电工中常用的有机绝缘材料四、纤维绝缘纸：重要参量——含水量，密度，透气度，tgδ，电容器纸和高压电缆纸要求tgδ较小。除此外，电容器纸要求绝对介电常数高，所以纸的密度高，为（1~1.2）×103kg/m3，且非常薄高压电缆纸规定tgδ≦0.03，而机械强度比电容器纸高，且厚度较厚。供胶板纸或胶纸管用的浸渍绝缘纸，除满足一般要求外，希望浸渍性能要好，所以纸的密度要小些。电工中常用的有机绝缘材料五、绝缘漆、胶及熔敷粉末（一）浸渍漆（二）漆包线漆（三）覆盖漆（四）防电晕漆（五）绝缘胶电工中常用的无机绝缘材料无机绝缘材料的主要特点为：（1）耐热性高工作温度一般大于180℃，这是由于它们的离子间或原子间的结合力很强，结晶相的熔点很高所致。（2）稳定性好耐大气老化，耐化学药品性好，长期在电场作用下也很少老化（3）脆性无机材料多数是由离子键或极性共价键组成，受力后不像高分子材料那样分子链相互可以移动，也不像金属材料那样会发生塑性变形。故其抗拉强度低，耐冲击强度低，但耐压强度很高，可为抗拉强度的十倍以上。（4）工艺性差往往要经过高温热处理后才能成形玻璃

它是透明的无定形物质，其化学组成一般是各种氧化物的复合物。一类是本身能形成玻璃的氧化物，如二氧化硅、三氧化二硼、五氧化二磷等；另一类是在二氧化硅中加入碱金属及碱土金属氧化物作为添加剂，如氧化钙、氧化钡、氧化镁、氧化铅、氧化锆、三氧化二铝等。玻璃的介电性能玻璃的力学性能玻璃的热性能玻璃的其他性能电工陶瓷

电瓷具有较高的耐电强度、良好的机械强度、耐热性、耐大气腐蚀和耐电晕性好，不易老化，所以应用很广。高压电瓷供高压线路上的绝缘子、套管及各种绝缘零件用低压电瓷供500V以下工频交流设备用的绝缘子和绝缘零部件用无线电电瓷制造各种高频电瓷用

陶瓷材料的特点：高熔点、高硬度、高刚度、高化学稳定性、高绝缘绝热性能、热导率低、热膨胀系数小、摩擦系数小、无延展性等鲜明的特性。

陶瓷材料的弱点：:塑性变形差，抗热震和抗疲劳性能差，对应力集中和裂纹敏感、质脆以及在高温环境中其强度、抗氧化性能等明显降低等。表面改性技术的目的就是克服陶瓷的上述弱点，使陶瓷材料能够以其优良的物理、化学性能,在航天、航空、电力、电子、冶金、机械等工业,甚至现代生物医学中得到广泛的应用。表面改性的主要技术：

传统的表面改性技术有渗氮、阳极氧化、化学气相沉积、物理气相沉积、离子束溅射沉积等。

表面改性的新技术：利用激光束或离子束的高能量在短时间内加热和熔化表面区域,从而形成一些异常的亚稳表面;离子注入或离子束混合技术把原子直接引进表面层中。具体有：

:金属蒸汽真空弧离子源离子注入、离子束增强/辅助沉积、等离子源离子注入激光表面合金化激光化学气相沉积等离子体辅助化学气相沉积双层辉光等离子体表面合金化脉冲高能量等离子体表面改性技术云母

云母呈片状结构，有很强的理解性，所以很容易劈成薄片，具有耐热、不易腐蚀且有一定弹性、不燃烧、耐电晕等特性。天然云母白云母/金云母粉云母人造云母云母带、云母板、云母箔、云母玻璃等液体绝缘材料工程上对液体电介质的要求：（1）电气性能好，击穿场强和电阻率要高，tgδ和要小（电容器油则要求高），而且随温度变化也小（2）无毒。（重要！）（3）在高温、高电场、氧气的作用下性能稳定，不易分解或放出各种气体而使液体介质本身被破坏或是腐蚀其他材料（4）闪点要高，凝固点要低（5）在油开关中使用时要求灭弧性能好，在电弧作用下分解出的碳粒少（6）价格低廉，来源广天然油一、矿物油它的主要成分是各种碳氢化合物，少量的芳香烃、烷烃、烯烃、炔烃和S，O2，N2等多种物质元素。从油矿开采的石油，在150~160℃范围分馏得汽油；温度上升至160~300℃分馏得煤油；在300~350℃下分馏得重油，这就是绝缘油的原油。重油再经分馏、精制，并加入适当的添加剂就可得到各种绝缘油。二、植物油绝缘油绝缘油的精制：1）精制不足的油呈深黄色，这种油杂质含量太多，性能差，不能使用；2）精制适当的油呈淡黄色，杂质少，性能好，长期使用不易老化；3）精制过度的油呈透明无色，新油性能很好，但使用后极易老化，这是因为把能起抗氧作用的芳香烃清楚太彻底所致，所以也不合适。绝缘油的再生处理：压力过滤法——真空喷雾法——电净化法——白土硅胶再生法合成油通过人工用化学方法合成的绝缘油。常用的有：十二烷基苯、硅油、聚异丁二烯气体绝缘材料工程上对气体介质的要求:工作场强和电离起始场强要高.这样可以缩小电工设备的体积,减轻重量,同时要求击穿后能迅速恢复绝缘性能.对人体无害,不污染环境.这点对制造厂和使用单位均很重要.化学稳定性好,惰性大,对结构材料不起腐蚀作用不燃,不爆,不老化.不易因放电而分解热稳定性、导热性要好，热容量大沸点要低，流动性要好，不致因环境温度的变化（下降）而液化制备方便，来源广，成本低空气/氮气

空气由于液化温度低（-192℃），击穿后有自愈性，电气物理化学性能稳定，来源丰富，所以在开关中广泛用空气来作为绝缘。氮气液化温度为-195.8℃,化学稳定性较空气好，