XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Электроизоляционные материалы или диэлектрики – это материалы, которые используют для изоляции электрического тока или препятствуют его утечке между разными токопроводящими частями. Все виды электроизоляционных материалов характеризуются высоким электрическим сопротивлением. Диэлектрическая проницаемость - величина, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в среде меньше, чем в вакууме. [1]

В зависимости от способа получения диэлектрики делятся на естественные и синтетические. Синтетические используются более часто, потому что создаются с необходимыми физико-химическими свойствами, которые можно менять в зависимости от потребности. Компонентами могут служить органические и неорганические диэлектрики. Так, например, неорганические диэлектрики, такие как слюда и керамика, обладают наибольшим сопротивлением к нагреву. [2] Самым лучшим диэлектриком является вакуум, однако его получение и применение достаточно проблематично.

Другие непроводящие электрический ток материалы – это стеклянные, фарфоровые, керамические изделия, а также резина, картон, сухое дерево, смолы и пластмассы, а также дистиллированная вода.

Стоит помнить, что присутствие каких-либо примесей в диэлектрике наделяет его свойствами проводника. Диэлектрики также различаются между собой своими характеристиками и свойствами. Например, в некоторых диэлектрических материалах также присутствуют свободные электрически заряды, пусть и в небольшом количестве.[3]

ПКМ на основе фенолформальдегидных смол. Являются одними из самых распространенных и называются фенопластами или фенопластиками. Материал матрицы придает этим ПКМ высокую прочность, химическую стойкость и хорошие электроизоляционные свойства. К недостаткам фенопластов относятся хрупкость материала и токсичность фенолформальдегидных смол [3].

Наиболее широко изделия из фенопластов применяются в авиации, судо- и автомобилестроении, а также в производстве корпусной мебели, конструкционных, фрикционных, антифрикционных и электротехнических изделий.

ПКМ на основе кремнийорганических смол. Достаточно широко используется за счет высоких диэлектрических свойств, химической стойкости, гидрофобности и широкого интервала рабочих температур (от –200 до +350 °С). К недостаткам относятся сравнительно низкие механические свойства [3]. Применяется данная группа ПКМ для изготовления изделий радио-, электротехнического и общетехнического назначения.

Стеклонаполненные ПКМ. Наиболее распространенной и крупнотоннажной является группа ПКМ со стеклянным наполнителем, называемая стеклонаполненными ПКМ, стеклопластиками или стеклокомпозитами. К этой группе ПКМ относятся стекловолокниты и стеклотекстолиты. [3] В первую очередь стеклопластики отличаются прочностью и ударной вязкостью, а к другим их преимуществам относятся малая масса, хорошие диэлектрические и теплоизоляционные свойства, радиопрозрачность, водостойкость и химическая стойкость [4].

ПКМ с бумажными наполнителями. Отдельной разновидностью ПКМ с органическим наполнителем являются материалы с бумажными наполнителями. В первую очередь к этой группе относятся гетинаксы, в которых наполнителем является бумага из сульфитной или сульфатной целлюлозы, а также из сульфатно-тряпичной бумаги [3]. ПКМ этой группы отличаются электроизоляционными свойствами, теплостойкостью и стойкостью к агрессивным свойствам, но у них сравнительно низкие физико-механические свойства. Недостатком этих материалов также является снижение электроизоляционных свойств, при намокании.

Асбестонаполненные ПКМ. В качестве наполнителя используют асбестовый материал в виде порошка с получением асбестонаполненных полимеров, в виде волокон с получением асбоволокнитов, в виде ткани или войлока с получением асботекстолитов, а также в виде асбестовой бумаги из смеси асбеста с небеленой сульфатной целлюлозой с получением асбогетинаксов. Данная группа ПКМ отличается прочностью, термостойкостью, огнестойкостью, химической стойкостью, атмосферостойкостью, высокими фрикционными свойствами, электроизоляционными свойствами, низкой теплопроводностью. К недостаткам асбопластиков относятся хрупкость и относительно невысокие ударные характеристики. Асбопластики применяют для изготовления фрикционных изделий, в производстве тепловой защиты ракет и космических аппаратов, трубопроводов и арматуры для химической промышленности, для изготовления электротехнических и др. изделий [4].

Газонаполненные ПКМ. В отдельную особую группу выделяют газонаполненные ПКМ, в которых наполнителями являются воздух или инертный газ:

Пенопласты, называемые также пенополимерами, представляют собой закрытопористые вспененные материалы ячеистой структуры, получаемые на основе термопластов (пенополистирол, пенополиэтилен, пенополивинилхлорид, пенополипропилен и др.) и реактоплатов (фенопласты, пеноаминопласты, пеноэпоксипласты, пенополиуретаны, карбамидный пенопласт или пеноизол и др.).

Поропласты, называемые также порополимерами, представляют собой открытопористые вспененные материалы ячеистой структуры, получаемые на основе тех же связующих, что и пенопласты.

Сотопласты представляют собой открытопористые материалы, структура которых представлена ячейками в форме шестигранников (сот). Сотопласты получают из бумаги, хлопчатобумажной ткани, стеклоткани или алюминиевой фольги, пропитанных реактопластами, в основном фенолформальдегидными, эпоксидными и карбамидформальдегидными смолами.

Интегральные пенопласты представляют собой материалы с монолитными наружными слоями и ячеистой внутренней структурой. Различают однокомпонентные (наружные и внутренние слои из одного полимера) и многокомпонентные (наружные и внутренние слои из разных полимеров) интегральные пенопласты, получаемые на основе полиуретана, АБС-пластика, поливинилхлорида и других полимеров.

Сферопластики, называемые также синтактными пенопластами, представляют собой ПКМ, наполненные микросферами из различных материалов: стекла (стеклосферы, ценосферы или эккосферы), углерода, керамики, диоксида кремния, фенолформальдегидной и эпоксидной смол, хитозана, полистирола, акрилатов и др. В качестве связующих для сферопластиков применяют главным образом фенолформальдегидные и эпоксидные смолы, а также кремнийорганические смолы.

Пористые резины, называемые также пенорезинами, которые могут иметь закрыто- и открытопористую структуры. [5]

Стоит отметить, что грань между пенопластами и поропластами относительна, так как в любом из этих материалов есть открытые и закрытые поры. Все материалы данной группы обладают низкой плотностью, диэлектрическими свойствами, хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами, а материалы без открытых пор отличаются гидроизоляционными свойствами [6]. Пористые резины и газонаполненные ПКМ на основе кремнийорганических соединений и некоторые другие пенопласты (например, часть пенополиуретанов и пенополиэтилен) обладают эластичностью. Химическая стойкость газонаполненных ПКМ зависит от связующего. Недостатками данных материалов, за исключением сферопластиков и пористых резин, являются низкая прочность, большие остаточные деформации и горючесть.

Газонаполненные ПКМ, кроме сферопластиков и пористых резин, применяют в строительстве в качестве тепло-, звуко- и гидроизоляции труб, зданий и сооружений, для упаковки продуктов питания и различных приборов, в качестве наполнителя в производстве мягкой мебели и одежды (например, поролон).

Интегральные пенопласты применяют в производстве корпусной мебели, строительных изделий (панелей, оконных и дверных рам, кровельных балок и пр.), в автомобилестроении, авиации, электротехнике, обувной промышленности и пр. Сферопластики применяют для местного упрочнения, заполнения торцевых участков и полостей в сотовых и многослойных конструкциях, для нанесения покрытий на трубопроводы и кабели, в качестве блоков плавучести и пр. Пористые резины применяют в качестве уплотнителей, для теплоизоляции труб, звуко-, вибро- и электроизоляции [7].

В ходе изучения научно-технической и патентной литературы, выявлено, что на сегодняшний день существует большое множество полимерных композиционных материалов материалов с диэлектрическими характеристиками, производимые как в России так и за рубежом.

Список литературы:

Тугов И.И., Кострыкина Г.И. Химия и физика полимеров: Учебное пособие для вузов.- М.: Химия, 1989.- С. 432.

Тареев Б.М. Физика диэлектрических материалов: Учебное пособие для вузов.- М.: Энергоиздат, 1982.- 320 с

Кербер М. Л. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: учебное пособие / М.Л. Кербер, В.М. Виноградов, Г.С. Головкин и др.; под общ. ред. А.А. Берлина. - СПб.: Профессия, 2008. - 560 с.

Достижения в области композиционных материалов / Под ред. Дж. Пиатти М.: Металлургия, 1982. - 304 с

Колосова А.С., Сокольская М.К., Виткалова И.А., Торлова А.С., Пикалов Е.С. Современные полимерные композиционные материалы и их применение // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2018. – № 5-1. – С. 245-256;

Современные полимерные композиционные материалы / Берлин А.А. // Соровский образовательный журнал. - 1995. - №1. - С. 57-65.

Сажин Б.И. Электрические свойства полимеров Издание 3, 1986, 224 с.

Полимерные матрицы для высокопрочных армированных композитов /

Сагалаев Г.В. Справочник по технологии изделий из пластмасс, 2000, 425 с.

Код для цитирования: Скопировать