Текст
                    СПРАВОЧНИК
ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИМ
МАТЕРИАЛАМ
В ТРЕХ ТОМАХ
ПОД РЕДАКЦИЕЙ
Ю. В. КОРИЦКОГО, В. В. ПАСЫНКОВА, Б. М. ТАРЕЕВА
Третье, переработанное издание
ТОМ 1
Согласовано с Государственной службой
стандартных справочных данных
Scan Pirat
[g
МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1986

ББК 31.23 С 74 УДК 621.315.61 (035.5) Рецензент: доктор техн, наук, проф. С. А. Яманов Справочник по электротехническим материа- С 74 лам: В 3 т. Т. 1/Под ред. 10. В. Корицкого и др.— 3-е изд., перераб. — М.: Энергоатомиздат, 1986.— 368 с.: ил. Приведены свойства электроизоляционных материалов. Рассмот- рены: газообразные и жидкие диэлектрики, полимеры, смолы, лаки и компаунды, пропитанные и иепропитаниые волокнистые материалы, слоистые пластмассы. В третье издание включены новые материалы, которые используются в последнее время. Второе издание вышло в 1974 г. Том второй выйдет в 1986 г. Для инженерно-технических работников предприятий электротех- нической, электронной и радиотехнической промышленности. „ 2302020000-451 С----------------- 70-85 051(01)-86 ББК 31.23 © Издательство «Энергия», 1974, © Энергоатомиздат, 1986.
ПРЕДИСЛОВИЕ В связи с потребностью широких кругов читателей в справочной литературе по сорта- менту, свойствам и областям применения элект- роизоляционных и других электротехнических материалов Секция электрической изоляции (ра- нее — Всесоюзное бюро электрической изоля- ции) Научно-технического общества энергети- ки и электротехнической промышленности име- ни акад. Г. М. Кржижановского уже давно проявила инициативу в организации издания такого рода литературы. Еще в годы Великой Отечественной войны были подготовлены и вы- пущены в свет два справочных издания срав- нительно небольшого объема: Б. М. Тареев. «Справочник по электроизоляционным мате- риалам» и Ю. В. Корнцкий и Б. М. Тареев «Заменители электроизоляционных материа- лов» (Госэнергоиздат, 1944). В 1948 г. Госэнергоиздатом был выпущен в свет составленный в соответствии с решени- ем Всесоюзного бюро электрической изоляции и посвященный научной и инженерно-техничес- кой общественности Советского Союза «Спра- вочник по электрической изоляции» под редак- цией Ю. В. Корицкого и Б. М. Тареева. Осо- бенностью этого справочника, составленного коллективом 23 авторов, явилось то, что, по- мимо собственно электроизоляционных матери- алов, в нем описывались также н системы электрической изоляции в кабелях, конденса- торах, электрических машинах, трансформато- рах и радиоаппаратуре. «Справочник по электрической изоляции» был переведен и издан на румынском (в Бу- харесте) и китайском (в Пекние) языках. Большое значение других видов электро- технических материалов, помимо электроизоля- ционных, определило целесообразность издания справочной литературы по различным электро- техническим материалам. Такой «Справочник по электротехническим материалам» под редак- цией К. А. Андрианова, Н. П. Богородицкого, Ю. В. Корицкого н Б. М. Тареева был издан Госэнергоиздатом в трех книгах (т. I, ч. I — «Электроизоляционные материалы. Свойства материалов», 1958; т. I, ч. II — «Электроизо- ляционные материалы. Методы испытания и применения материалов», 1959; т. II — «Маг- нитные, проводниковые, полупроводниковые и другие материалы», 1960); в его создании участвовал коллектив из 62 авторов. Справоч- ник был переведен иа китайский язык и издан также в трех книгах в Пекине. Второе, переработанное издание «Справоч- ника по электротехническим материалам» под редакцией Ю. В. Корицкого, В. В. Пасынкова и Б. М. Тареева было выпущено издательством «Энергия» в трех томах (т. I и II— 1974; т. III— 1976); его составлял коллектив из 83 ав- торов. Это издание было переведено на румын- ский язык я издано в Бухаресте. В отличие от первого издания во второе не вошли специаль- ные разделы, посвященные системам изоляции. Таким образом, к моменту подготовки на- стоящего издания Справочник имел уже 40-летиюю историю. Параллельно с этим спра- вочником под руководством вначале П. Е. Гет- мана, а затем В. Б. Березина было организо- вано составление справочника «Электротехни- ческие материалы», рассчитанного на практи- ческих работников материально-технического снабжения и сбыта предприятий, баз и скла- дов, а также плановиков и экономистов (1-е нзд. — Энергия, 1964 ; 2-е изд. — Энергия, 1969; 3-е изд. — Энергоатомиздат, 1983). Настоящий энциклопедический Справочник, издаваемый в трех томах, охватывает все ос- новные классы электротехнических материалов: диэлектрических, магнитных, проводниковых и полупроводниковых. Классификация мате- риалов в связи с потребностями круга чита- телей, иа которых рассчитан справочник, сде- лана в соответствии со свойствами и областя- ми применения материалов. Поэтому иногда один и тот же материал может рассматривать- ся в различных разделах, например никель как магнитный материал рассматривается в разде- ле магнетиков, а как материал для электродов электровакуумных приборов — в разделе про- водников и т. д. В конце каждого тома имеется алфавитный предметный указатель, который наряду с оглавлением тома должен помочь чи- тателю быстро найти интересующие его дан- ные. Первый и второй тома Справочника по- священы электроизоляционным материалам. Третий том включает разделы, в которых оха- рактеризованы магнитные, проводниковые, по- лупроводниковые, а также иные материалы, например сегнетоэлектрики, электреты, люми- нофоры, жидкие электролиты и т. д. В начале первого тома помещается раздел «Общие спра- вочные сведения», содержащий сведения о еди- ницах и размерностях физических величин, важнейших физических постоянных и т. п. В Справочнике могут встретиться несколь- ко различающиеся количественные данные по свойствам материалов с одинаковым названи- ем. Это объясняется тем, что показатели свойств материалов зависят от методов испы- таний, многие из которых пока не унифициро- ваны. Кроме того, ряд материалов, выпускае- мых под одним и тем же названием, может иметь различные свойства в зависимости от технологии получения, наличия примесей нлн добавок и условий последующей переработки. В соответствии с ГОСТ 8.310-78 приведен- ные в справочнике численные данные о свой- ствах материалов относятся к категории ин- формационных. Составители просят направлять замечания и предложения по настоящему изданию Спра- вочника по адресу: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая наб., д. 10, Энергоатомиздат. Ю. В. Корицкий, В. В. Пасынков, В. М. Тареев
ВВЕДЕНИЕ Ю. В. Корицкий, В. В. Пасынков, Б. М. Тареев Электротехническими материалами назы- ваются материалы, характеризуемые опреде- ленными свойствами по отношению к электро- магнитному полю и применяемые в технике с учетом этих свойств. В практике различным материалам приходится встречаться с воздей- ствием как отдельных сторон электромагнитно- го поля — электрическим и магнитным полями, так и с их совокупностью. По поведению в магнитном поле материа- лы подразделяют на сильно магнитные и слабо магнитные (немагнитные). По поведению в электрическом поле материалы подразделяют на проводниковые, полупроводниковые и ди- электрические. Подавляющее большинство электротехни- ческих материалов являются немагнитными. Однако и среди магнитных материалов следует различать проводящие, полупроводящие и практически непроводящие, так как это опре- деляет частотный диапазон их применения. Проводниковыми называют материалы, ос- новным электрическим свойством которых яв- ляется сильно выраженная по сравнению с другими электротехническими материалами электропроводность. Их применение в технике обусловлено в основном этим свойством, опре- деляющим высокую удельную электрическую проводимость. Полупроводниковыми называют материа- лы, которые являются по своей удельной про- водимости промежуточными между проводни- ковыми и диэлектрическими материалами и от- личительным свойством которых является ис- ключительно сильная зависимость удельной проводимости от концентрации и вида приме- сей или других дефектов, а также в большин- стве случаев от внешних энергетических воз- действий (температуры, освещенности н т. п.). Диэлектрическими называют материалы, основным электрическим свойством которых является способность к поляризации и в кото- рых возможно существование электростатиче- ского поля. Реальный (технический) диэлектрик тем больше приближается к идеальному, чем меньше его удельная проводимость и чем сла- бее у него выражены замедленные механизмы поляризации, связанные с рассеянием электри- ческой энергии и выделением тепла. Прн практическом применении диэлектри- ков — одного из наиболее обширных классов электротехнических материалов — достаточно четко определились потребности электротехни- ки в использовании пассивных или активных свойств этих материалов. На использовании пассивных свойств ди- электрических материалов основано самое су- щественное их применение в электротехнике — в качестве электроизоляционных материалов и диэлектриков конденсаторов обычных типов. Электроизоляционными материалами называют диэлектрики, применяемые в технике для уст- ранения утечки электрических зарядов; иными словами, они должны разделять электрические цепи друг от друга или токоведущие части устройства, приборов н аппаратов от проводя- щих, но не токоведущих частей (от корпуса, от земли). В этих случаях значение диэлектри- ческой проницаемости материала не играет особой роли или оно должно быть возможно меньшим, чтобы не вносить в схемы паразит- ных емкостей. В случае использования электро- изоляционного материала в качестве диэлек- трика конденсатора определенной емкости и наименьших размеров при прочих равных усло- виях желательно иметь большую диэлектриче- скую проницаемость материала. Активными — управляемыми — диэлектри- ками являются сегнетоэлектрики, пьезоэлектри- ки, пироэлектрики, электролюминофоры, мате- риалы для излучателей н затворов в лазерной технике, жидкие кристаллы, электреты и др. Несколько десятилетий тому назад вопрос выбора электротехнических материалов для тех или иных электрических устройств был сравни- тельно простым. Часто в качестве электротех- нических материалов использовались материа- лы, применявшиеся в других областях промыш- ленности. Так, в электроизоляционной технике широкое применение находили материалы при- родного происхождения: древесина, хлопчато- бумажное волокно, шелк, растительные масла, натуральный каучук, природные смолы, камен- ные породы и др. За последнее время условия, в которых работают материалы в электрических устройст- вах и в аппаратуре радиоэлектроники и авто- матики, стали значительно более суровыми. Повысились рабочие напряжения электрических машин и аппаратов, воздушных и кабельных линий электропередачи. Повысились единичные мощности машин и аппаратов, что наряду с ростом напряжений вызвало существенное уве- личение геометрических размеров этих машин и т. п. Одновременно повысилась и удельная мощность, т. е. мощность, отнесенная к едини- це объема или к единице массы машин и дру- гих устройств, что связано, в частности, с по- вышением рабочих температур; в ряде случаев высокие рабочие температуры требуются в со- ответствии с самим функциональным назначе- нием устройств (электрические печи, электро- вакуумные приборы большой мощности и т.п.). Высокие температуры часто существенно ухуд- шают условия работы электротехнических ма- териалов. В других случаях, в частности во многих аппаратах радиоэлектроники, наоборот, требу- ется получение весьма малых размеров ком- понентов и размещение многих компонентов в весьма ограниченных объемах (мнннатюриза-
Введение 5 ция и микроминиатюризация), что требует пре- одоления также больших трудностей, но иного порядка, в частности использования материа- лов с весьма малым углом потерь, так как уменьшение массы н габаритов изделий в мик- роминиатюрном исполнении связано с миними- зацией мощности устройства в целом. Кроме того, в радиоэлектронике приходится иметь де- ло с высокими и сверхвысокими частотами и с ужесточенными требованиями к точности и ста- бильности настройки частоты колебательных контуров. Наряду с повышенными рабочими темпера- турами в некоторых случаях приходится иметь дело с весьма низкими рабочими температура- ми, иногда приближающимися к абсолютному нулю, а также с резкими сменами температу- ры («термоударами»). Явление сверхпроводи- мости стало технической реальностью н уже широко используется. В ряде случаев электротехническим мате- риалам приходится работать в условиях повы- шенной влажности окружающей среды, воздей- ствия химически активных реагентов, ионизи- рующего излучения, механических усилий (в частности, ударов и вибраций) и пр. Ука- занные факторы, могущие оказывать чрезвы- чайно вредное воздействие на электротехниче- ские материалы, часто действуют одновременно в различных комбинациях (примеры: электро- техническое и радиоэлектронное оборудование морских судов, самолетов, ракет, космических кораблей, атомных реакторов, магнитогидроди- намических генераторов и т. п. нлн оборудова- ние «тропического» исполнения, предназначен- ное для эксплуатации в странах с влажным тропическим климатом). Одновременно с утяжелением условий экс- плуатации существенно повышаются требова- ния к надежности работы электротехнических устройств и радиоэлектронной аппаратуры, в очень большой степени определяемой надежно- стью их электрической изоляции, контактных соединений, полупроводниковых и диэлектриче- ских активных элементов схемы. Для устройств, аппаратуры, приборов уста- новлены параметры, характеризующие надеж- ность и долговечность нх работы: ресурс отка- зов, наработка на отказ, частота отказов, ин- тенсивность отказов, срок службы или время жизни и т. д. Все эти параметры зависят от ви- да и качества используемых материалов. В настоящее время при выборе материалов необходимо учитывать и то, обеспечат ли они возможность организации современного гибко- го автоматизированного производства (ГАП) изделий, а также возможность создания авто- матизированных систем управления технологи- ческими процессами производства (АСУТП) как самих материалов, так и устройств, в ко- торых они будут использованы. Из сказанного вытекает необходимость все- стороннего исследования свойств новых мате- риалов, по которым еще не накопился должный опыт эксплуатации, а также определения при- годности «старых» материалов в новых усло- виях работы. Для того чтобы сознательно разбираться в требованиях, предъявляемых к электротехниче- ским матёриалам, необходимо изучить те фи- зические явления, которые имеют место в ма- териалах при воздействии на них электромаг- нитного поля, и установить параметры, количе- ственно определяющие свойства материалов. Все вышеизложенные обстоятельства в зна- чительной степени усложняют выбор электро- технических материалов, пригодных в каждом конкретном случае применения, и требуют раз- работки новых материалов, без использования которых многие современные электротехниче- ские устройства вообще не могут быть созданы. Как правило, все новые, обладающие высо- кими свойствами электротехнические материа- лы имеют синтетическое происхождение. В част- ности, большое значение приобрели синтетиче- ские высокомолекулярные соединения (органи- ческие и элементоорганические полимеры) и такие неорганические материалы, как стекла, керамические и стеклокерамические материалы, а также выращенные монокристаллы различных веществ. Более того, в последние годы открыты но- вые виды диэлектрических, проводниковых, по- лупроводниковых и магнитных материалов, об- ладающих особыми, ранее неизвестными илн малоизученными свойствами. На основе этих материалов могут быть изготовлены принци- пиально новые электротехнические устройства и радиоэлектронные аппараты. Таковы, в част- ности, многочисленные полупроводниковые приборы; различные твердые схемы; разнооб- разные нелинейные конденсаторы и резисторы с параметрами, регулируемыми бесконтактны- ми способами; различные сегнетоэлектрические, пьезоэлектрические и пироэлектрические уст- ройства; выпрямители, усилители, стабилиза- торы напряжения, преобразователи энергии, за- поминающие ячейки; электретные и фотоэлект- ретные приборы; устройства электрографии, электролюминесцентные приборы; квантовые генераторы и уснлители-лазеры и др.; жидкие кристаллы; ферритные устройства, в том числе устройства для изменения плоскости поляриза- ции волны в технике сверхвысоких частот; дат- чики Холла; термоэлектрические генераторы с высоким КПД; аппаратура голографии и мно- гие другие аппараты и приборы новой техники. Для изготовления электротехнических ма- териалов в настоящее время используются раз- нообразные, нередко весьма сложные приемы химического синтеза, различные виды обра- ботки, включая искусственное выращивание монокристаллов, нанесение тонких пленок на различные подложки; различные способы особо глубокой очистки (технология зонной плавки, плавка и распыление в высоком вакууме и др.) нли введения добавок; ионио-плазмениая обра- ботка; воздействие на материалы электро- магнитного поля и ионизирующих излучений и т. д. Разработаны прогрессивные технологиче- ские процессы изготовления электроизоляцион- ных конструкций и систем, интегральных пле- ночных и гибридных микросхем и монолитных изделий микроэлектроники. Изучение электрических и иных свойств веществ в связи с их химическим составом и строением позволит получать новые материалы с заранее заданными свойствами. Такой под- ход к разработке новых материалов, характер- ный для современной техники, заменил собой прежнюю практику изыскания новых материа-
6 Введение лов путем несистематических попыток случай- ного нахождения новых рецептур и технологи- ческих процессов. Список литературы В приводимом ниже кратком библиографичес- ком указателе приведены лишь немногие общие ру- ководства по электротехническим материалам, содер- жание которых может быть полезно для читателей, интересующихся тематикой многих разделов настоя- щего Справочника. Ряд литературных источников бо- лее узкой тематической направленности приведен в библиографических указателях, помещаемых в кон- це соответствующих разделов Справочника. Систематически следить за текущей литературой по электротехническим материалам и смежной тема- тике рекомендуется по издаваемому Всесоюзным ин- ститутом научной и технической информации (ВИНИТИ) Реферативному журналу. В выпуске 21Б (Электротехнические материалы, электрические конденсаторы, провода и кабели) серин 21 «Элект- ротехника» Реферативного журнала ВИНИТИ за 30 лет (1955—1984 гг.) помещено более 90 тыс. пуб- ликаций. Информация по электротехническим мате- риалам помещается также в выпусках Реферативных журналов: 15Г — Металлургия цветных металлов (и полупроводников); 15И — Металловедение и тер- мическая обработка; 18Н — Физика твердых тел (Электрические и магнитные свойства); 19М— Сили- катные материалы; 19П — Химия и переработка дре- весины, горючих ископаемых и природных газов; 19С — Химия высокомолекулярных соединений; 19Т, 19У, 19Ф — Технология полимерных соединений; 23Г — Материалы электронной техники; 24Ж — Тех- нология производства радиоаппаратуры. Авакян Ю. В., Казанчяи Г. П. Светостойкость электроизоляционных материалов. М.: Энергия, 1978. 113 с. Богородицкий Н. П., Пасынков В. В., Тареев Б. М. Электротехнические материалы. Изд. 7-е, пере- раб. и доп. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд., 1985. 304 с. Бонч-Бруевич В. Л., Калашников С. Г. Физика полупроводников. М.: Наука, 1977. 672 с. Борисова М. Э., Койков С. Н. Физика диэлект- риков. Л.: Изд-во ЛГУ, 1979, 240 с. Бушманов Б. Н., Хромов Ю. А. Физика твердо- го тела. М.: Высшая школа, 1971. 224 с. Ван Флек Л. Теоретическое и прикладное мате- риаловедение/Пер. с англ. О. А. Алексеева. М.: Атомиздат, 1975. 472 с. Варденбург А. К., Пилипосян П. Ml Электричес- кая напыленная изоляция. М.: Энергоатомиздат, 1984. 136 с. Воисовскнй С. В. Магнетизм. М.: Наука, 1984. 208 с. Воробьев Г. А. Диэлектрические свойства элек- троизоляционных материалов. Томск: Изд-во ТГУ, 1984. 127 с. Гаркуша Ж. М. Основы физики полупроводни- ков. М.: Высшая школа, 1982. 246 с. Горбачев В. В., Спицына Л. Г. Физика полупро- водников и металлов. М., Металлургия, 1982. 435 с. Губкин А. Н, Физика диэлектриков. Т. 1. М.: Высшая школа, 1961. 272 с. Зеегер К. Физика полупроводников/Пер. с англ. Р. Брезиса, А. Матулениса, А. Тетервова; Под ред. Ю. К. Пожелы. М.: Мир, 1977. 616 с. Казарновский Д. М., Тареев Б. М. Испытание электроизоляционных материалов. Изд. 3-е, перераб. и доп. Л.: Энергия, Ленннгр. отд., 1980. 214 с. Калинин Н. Н., Скибииский Г. Л., Новиков П. П. Электрорадиоматерналы/Под ред. Н. Н. Калинина. М.: Высшая школа, 1981. 294 с. Кацнельсон А. А. Введение в физику твердого тела. М.: Изд-во МГУ, 1984. 294 с. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела/Пер. с англ. А. А. Гусева и А. В. Пахиева; Под ред. А. А. Гусева. М.: Наука, 1978. 792 с. Корицкий Ю. В. Электротехнические материа- лы. Изд. 3-е, перераб. М.: Энергия, 1976. 313 с. Корицкий Ю. В. Основы физики диэлектриков. М.: Энергия, 1979. 248 с. Кристн Р., Питти А. Строение вещества: введе- ние в современную фнзнку/Пер. с англ. Ю. М. Ши- рокова. М.: Наука, 1969. 596 с. Лившиц Б. Г., Крапошин В. С., Линецкнй Я. Л. Физические свойства металлов и сплавов. Изд. 2-е, доп. и перераб./Под ред. Б. Г. Лившица. М.: Метал- лургия, 1980. 320 с. Майофис И. М. Химия диэлектриков. М.: Химия, 1981. 248 с. Маслов В. В. Влагостойкость электрической изоляции. М.: Энергия, 1973. 208 с. Материаловедение и проблемы эиергетики/Под ред. Г. Либовица и М. Уиттингэма; Пер. с англ, под ред. Г. Ф. Мучника. М.: Мир, 1982. 576 с. Орешин и П. Т. Физика полупроводников и ди- электриков: М.: Высшая школа, 1977. 448 с. Окадзаки К. Пособие по электротехническим ма- териалам/Пер. с японского М. М. Богачихииа и И. Б. Реута; Под ред. Л. Р. Зайонца. М.: Энергия, 1978. 432 с. Ормонт Б. Ф. Введение в физическую химию и кристаллохимию полупроводников. Изд. 3-е, исправл. и доп./Под ред. В. М. Глазова. М.: Высшая школа, 1982. 528 с. Пасынков В. В. Материалы электронной техни- ки. М.: Высшая школа, 1980. 408 с. Поплавко Ю. М. Физика диэлектриков. Киев: Вища школа, 1980. 398 с. Преображенский А. А. Магнитные материалы и элементы. Изд. 2-е, перераб, М.: Высшая школа, 1976. 336 с. Прецизионные сплавы. Справочник. Изд. 2-е/Под ред. Б. В. Молотилова. М.: Металлургия, 1983. 439 с. Слэтер Дж. Диэлектрики, полупроводники, ме- таллы/Пер. с англ. Е. Г. Ландсберг, А. Г. Миронова, Н. С. Рытовой, Э. М. Эпштейна; Под ред. В. Л. Боич-Бруевнча. М.: Мир, 1969. 648 с. Тареев Б. М. Физика диэлектрических материа- лов. М.: Энергоиздат, 1982 . 320 с. Уэрт Ч., Томсон Р. Физика твердого тела. Изд. 2-е/Пер. с англ. А. С. Пахомова и Б. Д. Сумма; Под ред. С. В. Тяблнкова. М.: Мнр, 1969. 559 с. Фистуль В. И. Введение в физику полупровод- ников. М.: Высшая школа, 1984. 352 с. Шалимова К. В. Физика полупроводников. Изд. 3-е, перераб. М.: Энерюатомиздат, 1985. 392 с. Штофа Ян. Электротехнические материалы в вопросах и ответах/Пер. со словацкого В. И. Васи- на; Под ред. Б. М. Тареева. М.: Энергоатомиздат, 1984. 200 с. Электрорадиоматериалы/В. М. Тареев, И. В. Ко- роткова н др.; Под ред. Б. М. Тареева, М.: Высшая школа, 1978. 336 с. Электротехнические материалы. Справочник/В. Б. Березин, Н. С. Прохоров, Г. А. Рыков, А. М. Хайкин. Изд. 3-е, доп. н перераб. М.: Энергоатомиздат, 1983. 504 с. '
РАЗДЕЛ 1 ОБЩИЕ СПРАВОЧНЫЕ СВЕДЕНИЯ Б. М. Тареев 1.1. ЕДИНИЦЫ И РАЗМЕРНОСТИ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ В Советском Союзе в соответствии со стандартом ГОСТ 8.417-81 (СТ СЭВ 1052-78) принята Международная система единиц физи- ческих величин (французское наименование — Systeme International, сокращенно — SI или в русском написании — СИ). Эта система обяза- тельна для использования во всех научно-ис- следовательских и опытно-конструкторских ра- ботах, при проектировании объектов строи- тельства, при составлении документации по модернизации техники; она должна также ис- пользоваться в новых изданиях нормативно- технической документации и учебной литера- туры, включая учебные пособия. Однако пока еще разрешается применение единиц, не входя- щих в СИ, в научных исследованиях и публи- кациях теоретического характера в области естествознания; также разрешается использо- вание единиц величин, оцениваемых по услов- ным шкалам: примеры—шкалы твердости мате- риалов по Виккерсу и по Роквеллу. Помимо единиц СИ, допускаются к применению едини- цы: тонна, минута, час, сутки, угловой градус, угловая минута, угловая секунда, литр, астро- номическая единица длины, световой год, пар- сек, диоптрия, гектар, атомная единица массы, град, электрон-вольт, вольт-ампер, вар, а так- же относительные и логарифмические единицы. Временно допускаются к применению единицы: морская миля, карат, текс, узел, оборот в се- кунду, оборот в минуту, бар, непер. Для еди- ниц СИ установлены сокращенные обозначе- ния, как русские, так и международные. ЕДИНИЦЫ СИ И ИХ ОБОЗНАЧЕНИЯ «Основных» единиц СИ имеется семь: еди- ница длины — метр, единица массы — кило- грамм, единица времени — секунда, единица силы электрического тока — ампер, единица термодинамической температуры — кельвин, единица силы света — кандела и единица коли- чества вещества — моль. Кроме того, имеется еще две «дополнительные» единицы СИ: едини- ца плоского угла — радиан и единица телесного угла — стерадиан. В табл. 1.1 приведены сокращенные обо- значения единиц СИ (здесь указаны основные и дополнительные единицы СИ, а также те про- изводные единицы СИ, которые имеют собст- венные наименования). Некоторые сравнительно новые единицы: паскаль — единица давления и механичес- кого напряжения, равная одному ньютону на квадратный метр; 1 Па—1 Н/м2; кельвин — единица термодинамической тем- пературы, ранее называвшаяся «градус Кель- вина» (прежнее обозначение — °К); эта же еди- ница наравне с °C используется для разностей (превышений, перепадов) температуры (преж- нее обозначение единицы разности темпера- тур — град); сименс (бывший «мо») — единица электри- ческой проводимости: 1 См=1/0м. Обозначения различных единиц, имеющих собственные названия, а также более подроб- ные сведения о ряде единиц—см. с. 8—15. Некоторые прежние русские обозначения единиц (набиравшиеся курсивом) существенно отличались от современных: так прежнее обо- значение секунды было сек, обозначение грамм- силы (наряду с гс) — Г, обозначение пуаза — пз (теперь обозначение «пз» применяется для пьезы), обозначение сименса — «сил». Нельзя применять обозначение 0 без уточ- нения (°C, °F) для градуса температуры; ° означает исключительно угловой градус. Таблица 1.1. Единицы СИ, имеющие собственные наименования, и их обозиачеиия Наименование Обозначение русское [ международное метр м m килограмм кг kg секунда с s ампер А А кельвин К К каидела кд cd моль моль mol радиан рад rad стерадиан СР sr герц Гц Hz НЬЮТОН Н N паскаль Па Pa джоуль Дж J ватт Вт W вар вар var ом Ом Q сименс См S фарад Ф F кулон Кл C вебер Вб Wb тесла Тл T геири Ги H гильберт Гб Gb люмен лм Im люкс лк lx беккерель Бк Bq грэй Гр Gy зиверт Зв Sw
8 Общие справочные сведения Разд. 1 КРАТНЫЕ И ДОЛЬНЫЕ ПРИСТАВКИ Обозначения указанных в табл. 1.2 крат- ных и дольных приставок пишутся непосредст- венно перед обозначением единицы, к которой они относятся. Таблица 1.2. Кратные и дольные приставки и их обозиачеиия Наименование приставки Численное значение приставки Обозначение приставки русское междуна- родное Кратные приставки экса ю18 э Е пэта ю« п Р тера ю12 т Т гига ю9 г G мега 10е м М кнло Ю3 к к гекто Ю2 г h дека Ю1 да da Дольные приставки деци 10-1 д d санти 10_2 с с мнлли 10—3 м гл микро 10-’ мк и нано ю—9 н п пнко Ю-12 п р фемто 10-16 ф f атто 10-18 а а СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ РАЗЛИЧНЫМИ ЕДИНИЦАМИ В настоящей сводке после названия каж- дой рассматриваемой физической величины (за- головка подраздела) указана (в скобках) раз- мерность этой величины. Обозначения размер- ностей основных величин: L — длина, Т — вре- мя, М — масса, 0 — температура, / — сила электрического тока, 7 — сила света, N — коли- чество вещества. На первом месте в списке единиц для каждой физической величины указана коге- рентная единица СИ и приведена связь этой единицы с основными единицами СИ. Приведенные соотношения различных еди- ниц с единицами СИ в каждом конкретном случае следует округлять с разумной степенью точности. Если установлены не подлежащие дальнейшему уточнению соотношения различ- ных единиц (например, перевод дюйма в мил- лиметры или- калории в джоули), после указа- ния соотношения приводится пометка «(точно)». ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ, МЕХАНИЧЕСКИЕ И ОБЩЕФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ Длина (Д). Единица СИ — метр (м). 1 микрометр (мкм; прежнее название — микрон и обозначение мк или ц) = 10”3 мм = = 10-6 м. 1 нанометр (нм; прежнее название—милли- микрон и обозначение ммк или лщ) = 10~6 мм = = 10-9м. 1 ангстрем (А) =0,1 нм = 10”4 мкм = = 10”' мм= Ю”10 м. 1 икс-единица (икс-ед.) — 1,00206-Ю-1’ м. 1 фермн=1 фм=10~15 м. 1 астрономическая единица длины (а. е. д.) = 1,496-1011 м. 1 световой год (св. год) =9,4605-1015 м. 1 парсек (пк) =3,086-1016 м. 1 (английская) миля (Statute mile, mi.) = = 8 фурлонгов = 880 фатомов=1760 ярдов = = 5280 футов=1609, 344 м. 1 фурлонг (furlong, fur.) =660 футов = = 201,168 м. 1 фатом (fathom, fath.)=6 футов= 1,9288 м. 1 ярд (yard, yd)=3 фута = 0,9144 м (точно). 1 фут (foot, множественное число — feet; ft) = 12 дюймов = 304,8 мм = 0,3048 м (точно). 1 дюйм (inch, in.) = 1000 милов = 25,4 мм = = 0,0254 м (точно). 1 мил (mil, иногда обозначается thou.) = =0,001 дюйма=0,0254 мм = 2,54- 10~s м (точно). 1 морская миля — длина угловой минуты меридиана Земли (nautical mile, n. mi.) — =1852 м (точно). 1 кабельтов (cable’s length, русское обозна- чение «кб») =0,1 морской мили =185,2 м (точ- но). Площадь (L2). Единица СИ — квадратный метр (м2). 1 барн (б) = 10”24 см2=10~28 м2. 1 ар (а) = 100 м2. 1 гектар (га) =0,01 км2=104 м2. 1 квадратная миля (square mile, sq. mi. или mi.2) =259 га = 2,59 км2=2,59 106 м2. 1 квадратный ярд (square yard, sq. yd или yd2) =0,836127 м2. 1 квадратный фут (square foot, sq. ft нли ft2) = 144 квадратных дюйма = 929,03 см2 = = 0,0929 м2. 1 квадратный дюйм (square inch, sq. in. или in.2) =6,4516 см2=6,451610-4 м2 (точно). 1 квадратный мил (sq. mil или mil2) = = 6,4516-10”10 м2. 1 круговой дюйм (circular inch, circ. in.) = = площаДь круга с диаметром 1 дюйм = 0,7854 квадратного дюйма = 5,0671 см2=5,0671 • 104 м2. 1 круговой мил (circular mil, circ. mil) — площадь круга с диаметром 1 мил=5,0671Х ХЮ”10 м2. Объем, вместимость (L3). Единица СИ — кубический метр (м3). 1 литр (л) = 1 дм3=10-3 м3 (точно: ранее считалось 1 л =1,000028 дм3= 1,000028-10-3 м3). 1 кубический фут (cubic foot, cu. ft или ft3) = 1728 кубических дюймов = 28,3168 дм3 = = 2,83168-10-2 м3. 1 кубический дюйм (cu, in. или in.3) = = 16,3871 см3= 1,63871 10-5 м3. 1 кварта (quart, qt)=2 пинты = 1,13652 л = = 1,13652 IO-3 м3. 1 пинта (pint, pt) =0,56826 л=5,6826Х ХЮ-4 м3. 1 баррель США для жидкостей (barrel U.S., liquid — bbl) = 158,988 л«0,159 м3. Волновое число; коэффициент ослабления (Е-1). Единица СИ — метр в минус первой степени (м-1).
§ 1.1 Единицы и размерности физических величин 9 1 см~* = 102 м-1. Число частиц (дефектов и т. п.) на единицу поверхности (L-2). Единица СИ — метр в ми- нус второй степени (м~2). 1 см-2= 104 м-2. Число частиц в единице объема (Е-3). Единица СИ — метр в минус третьей степени (м~3). 1 см-3=106 м-3. Плоский угол (Е°). Единица СИ — радиан (рад). 1 рад = 180 7л=57 ’17'44,8"=57,2958 °. 1 полный угол (оборот, окружность) = = 360°=2л рад=6,283185 рад. 1 угловой градус (°) =60' = 3600"= =л/180 рад=0,01745329 рад. 1 угловая минута (') =60"=2,90882Х ХЮ-4 рад. 1 угловая секунда (") =4,848137 10~6 рад. 1 град, иначе гон (g) —0,01 прямого угла или 1/400 полного угла=0,0157 рад. 1 румб=1/32 полного угла = 11,25°= =0,196535 рад. Телесный угол (L0), Единица СИ — стера- диан (ср). 1 полный телесный угол=4л ср = 12,56637 ср. 1 квадратный градус (О2) = (л/180)2ср = =3,0462 10-4 ср. Время (Т). Единица СИ — секунда (с, преж- нее обозначение — сек, международное обо- значение — s). 1 минута (мин, min.) =60 с. 1 час (ч, hr) =60 мин=3600 с. 1 сутки (сут)=24 ч = 1440 мин = 86 400 с. 1 год (средний солнечный) =8765 ч 48 мин 46 с. 1 год (технический) =8760 ч. Частота; угловая скорость (71-1). Единицы СИ: для частоты периодического процесса — герц (Гц), для частоты дискретных событий — секунда в минус первой степени (с-1), для угловой скорости — радиан в секунду (рад/с). 1 Гц=1 с-* = 2л рад/с=6,283185 рад/с. 1 оборот в секунду (об/с) = 1 с"‘ = = 6,283185 рад/с. 1 оборот в минуту (об/мин) = 1 мин-1 = =0,0166667 с-'=л/30 рад/с=0,1047197 рад/с. 1 угловой градус в секунду (17с) = = 1,745329-10-2 рад/с. Скорость (LT-1). Единица СИ — метр в секунду (м/с). 1 с м/с = 0,01 м/с. 1 км/ч = 27,78 см/с = 0,2778 м/с. 1 фут в секунду (ft/s) =30,48 см/с= =0,3048 м/с. 1 фут в минуту (ft/min) =0,508 см/с = =5,08 10”3 м/с. 1 миля в час (mi./hr или m. р. h.— сокра- щение от слов mile per hour) = 1,6093 км/ч = = 0,44704 м/с. 1 узел (knot, kn.) — 1 морская миля в час=1 n. mi./hr= 1,852 км/ч=1852 м/ч = =0,51444 м/с (точно). Ускорение (Е-Т’-2). Единица СИ — метр на секунду в квадрате (м/с2). 1 см/с2 (также гал — название в честь Га- лилея, обозначение «Гал») =0,01 м/с2. 1 фут в секунду в квадрате (ft/s2) = =0,3048 м/с2 (точно). 1 дюйм на секунду в квадрате (in./s2) = = 25,410~3 м/с2 (точно). Объемный расход (Е’-Г-1). Единица СИ— кубический метр в секунду (м3/с). 1 дм3/с=1 л/с=10-э м3/с. 1 м3/ч=2,78-10-4 м3/с. 1 дм3/ч=1 л/ч = 2,7810-7 м3/с. 1 кубический дюйм в секунду (cu. in./s) = = 1,64-10-5 м3/с. Масса (М). Единица СИ — килограмм (кг). 1 грамм (г) = 10-3кг. 1 тонна (т) = 1 Мг=10э кг. 1 карат (к) =0,2 г=2 10 4 кг. 1 кгсс2/м = 9,80665 кг (точно). 1 (английский) фунт — pound avoir du pois, обозначение «1Ь.» (сокращение от латин- ского слова libra) = 16 унций = 256 драхм = = 7000 гранов=453,59237 г = 0,45359237 кг. 1 английская тониа = 2240 1Ь.= 1016,02 кг. 1 унция (ounce, oz.) =28,3495 г=2,83495Х ХЮ-2 кг. 1 атомная единица массы (а. е. м„ а. т. и.) — одна двенадцатая часть массы ато- ма изотопа углерода с массовым числом 12 = = 1,6605655 10-2’ кг. Массовый расход Единица СИ— килограмм в секунду (кг/с). 1 г/с= 10-3 кг/с. 1 кг/мин = 16,607-10“3 кг/с. Линейная плотность, толщина нити (Г.~’Х ХМ). Единица СИ для толщины нитей и других изделий, имеющих неправильную форму попе- речного сечения, и потому измеряемой косвен- ным путем — взвешиванием отрезка определен- ной длины,— килограмм на метр (кг/м). Толщина волокон, полуфабрикатов пря- дильного производства, пряжн и нитей измеря- ется в тексах (см. также разд. 9 и 10): 1 текс=1 г/км=10“3 кг/км=10~6 кг/м. 1 миллитекс (мтекс) = 1 мг/км=10~9 кг/м. 1 килотекс (ктекс) = 1 кг/км =1 г/м = = 10“3 кг/м. Прежнее определение толщины шелка — «тнтр» — масса стандартного мотка шелка длиной 450 м, выраженная в денье (денье — старая французская единица массы, равная 0,05 г), почему часто титр сокращенно выра- жается в денье (подразумевается, что коли- чество денье относится к стандартному мотку). Иными словами, тнтр шелка в денье есть мас- са 9000 м шелка, выраженная в граммах. Иног- да механическая прочность шелка условно вы- ражается в единицах силы, деленных иа титр в денье (гс/денье и т. п.). Тонина нити Тонина —величина, обратная толщине нити. Единица СИ тонины — метр на килограмм (м/кг). Единица «метрического номера» нити — м/г или км/кг; 1 м/г=1 км/кг =103 м/кг. Соотношение толщины Т в тексах и метри- ческого номера нити в км/кг: Т-У=1000. Сила, вес (L-MT~2). Единица СИ — нью- тон (Н). 1 Н=1 кг-м/с2=1 Дж/м=105 дин. 1 дина (дин) = 1 г см/с2= 10-5 Н. 1 стен (сн) = 103Н. 1 грамм-сила (гс; прежние обозначения гс и Г; иногда понд—pond; обозначение «р») = 980,665 дин = 9,80665 мН = 9,80665Х Х10~3 Н (точно). 1 килограмм-сила (кгс; прежние обозначе- ния кгс и кГ) = 103 гс=9,80665 Н (точно). 1 тонна-сила (тс; прежние обозначения тс и Т) = 103 кгс=106 гс=9806,65 Н (точно).
10 Общие справочные сведения Разд. 1 1 фунт-сила (pound-force, lb.-f. или lbf.) = =453,59237 гс=0,45359237 кгс=4,44822 Н. Удельный вес Единица СИ— ньютон на кубический метр (Н/м3). 1 кгс/м3=9,80665 Н/м3 (точно). 1 фунт-сила иа кубический фут (Ibf./ /си. ft) = 157,087 Н/м3. Плотность Единица СИ — кило- грамм иа кубический метр (кг/м3). 1 г/см3 = 1 кг/дм3 = 1 кг/л=1 т/м3= = 1 Мг/м3=103 кг/м3. 1 фунт на кубический фут (lb./cu. ft) = = 16,0185 кг/м3. 1 фунт иа кубический дюйм (lb./cu. in.) = =2,768-10‘ кг/м3. 1 унция на кубический фут (oz./cu. ft) = = 1,011 кг/м3. Давление; механическое напряжение, мо- дуль упругости, разрушающее напряжение (L~'M-T~2). Единица СИ — паскаль (Па). 1 Па=1 Н/м2=1 Дж/м3=1 кг/(м-с2). 1 пьеза (пз) = 1 кПа=103 Па. 1 бар (бар) =0,1 МПа=105 Па. 1 миллибар (мбар) = 10~3 бар = 1 гПа = = 100 Па. 1 бария=1 дин/см2=1 эрг/см3=10~в бар= =0,1 Па. 1 килограмм-сила на квадратный метр (кгс/м2) = 1 миллиметр водяного столба (мм вод. ст.) = 10~4 кгс/см2=9,80665 Па (точно). 1 килограмм-сила на квадратный санти- метр (кгс/см2), иначе «техническая атмосфе- ра»=104 кгс/м2=10 м вод. ст.=735,6 мм рт. ст.=980,665 мбар=9,80665-104 Па (точно). 1 кгс/мм2 = 9,80665 МПа = 9,80665- 10е Па (точно). 1 миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.; иногда также торр — в честь Торричелли) = = 1,33322 мбар= 133,322 Па. 1 физическая атмосфера (атм)=7б0 мм рт. ст. = 1,01325 бар = 0,101325 МПа = = 1,01325 Ю5 Па. 1 фунт-сила на квадратный дюйм (lbf./sq. in. нлн р. s. i. — сокращение от слов «pound per square inch»=6,894076 кПа= =6,894076-103 Па. 1 фут водяного столба (ft. Н2О) = = 2989,07 Па. 1 дюйм водяного столба (in. Н2О) = = 249,089 Па. 1 дюйм ртутного отолба (in. Hg) = =3386,39 Па. Параметр Пашеиа — произведение рас- стояния между электродами разрядного про- межутка в газе на абсолютное давление газа (М-Т~2). Единица СИ — паскальметр (Па-м). 1 Па-м=1 Н/м=1 кг/с2. 1 мм рт. ст.-мм=0,133322 Па м. 1 мм рт. ст. • см = 1,33322 Па • м. 1 (кгс/см2)-см=980,665 Па (точно). 1 физическая атмосфера — сантиметр = =760 мм рт. ст.-см= 1013,25 Па м. Поверхностное натяжение (М-Т~2). Еди- ница СИ — ньютон иа метр (Н/м). 1 Н/м = 1 Дж/м2=1 кг/с2. 1 дии/см=103 Н/м. Ударная вязкость, ударная прочность (М-Т~2). Единица СИ — джоуль на квадрат- ный метр- (Дж/м2) или ньютон на метр (Н/м). 1 Дж/м2=1 Н/м=1 кг/с2. 1 кгс-см/см2=1 кгс/см=980,665' Дж/м2 (точно). 1 фунт-сила — фут иа квадратный дюйм (lbf./sq. in.) =2,143 кгс-см/см2=2101,56 Дж/м2. Динамическая вязкость (L~1-M-7’~1). Еди- ница СИ— паскаль-секунда (Па-с). 1 Па-с=1 Н-с/м2=1 кг/(м-с) = 10 П. 1 пуаз (П; прежнее обозначение «пз») = = 1 г/(см с) =0,1 Па-с. 1 сантипуаз (сП) = 10-3 Па-с. 1 кгс-с/м2=9,80665 Па-с (точно). 1 пьеза-секунда (пз-с) = 1 кПа-с= = 103 Па-с. 1 фунт-сила — секунда на квадратный фут (lbf-s/sq. ft) =47,88 Па-с. Кинематическая вязкость (Z.2-T-1)- Еди- ница СИ — метр в квадрате иа секунду (м2/с). 1 стокс (Ст) = 1 см2/с=10~4 м2/с. 1 сантистокс (сСт)=0,01 Ст=10-3 м2/с. Кинематическая вязкость вещества равна его динамической вязкости, деленной на плот- ность. Соотношения единиц динамической и кинематической вязкости: 1 Па-с ———— = 1 кг/м3 (единица СИ плотно- 1 м2/с сти); 1 П ———— =1 г/см3 (единица СГС плотно- 1 Ст сти) = 103 кг/м3. Текучесть Текучесть вещества равна обратной .величине его динамической вязкости. Единица СИ текучести — паскаль в минус первой степени-секунда в минус первой степени (Па-'-с-1). 1 Па-1 с-1 = 1 м2/(Н-с) = 1м • с/кг. 1 ре (ре) = 1 П_, = 10 Па-1-с-1. Энергия, работа, количество теплоты, тер- модинамический потенциал (L2-M-T2~). Еди- ница СИ — джоуль (Дж). 1 Дж=1 Н-м=1 Вт-с=1 Кл-В = 107 эрг= =2,78-10~7 кВт-ч= 1 кг-м2/с2. 1 эрг (эрг) = 1 дни • см =10-7 Дж. 1 электрон-вольт (эВ) =0,16021 аДж = = 1,6021 -10-13 Дж. 1 киловатт-час (кВт-ч) =3,6 МДж=3,6Х ХЮ6 Дж. 1 килограмм-сила-метр (кгс-м) =9,80665 Дж (точно). 1 фунт-сила-фут (IbfXft) = 1,35582 Дж. . 1 мегатонна тринитротолуола = 4-1015 Дж. 1 калория (кал) =4,1868 Дж (точно). 1 килокалория (ккал) = 103 кал = = 4,1868 кДж = 4186,6 Дж (точно). 1 тер мия =1 Мкал =4,1868 МДж = =4,1868-106 Дж (точно). 1 британская тепловая единица (British Thermal Unit, В. Т. U.) — количество теплоты, нагревающее 1 фунт воды на 1 градус Фарен- гейта = 1055,06 Дж. 1 квад (quad) = 10” В. Т. U. « 2,9Х ХЮ11 кВт-ч~ 1,06-1018 Дж. 1 лошадиная сила-час (л. с. • ч) =0,736 кВт-ч = 2,65 МДж=2,65-106 Дж. 1 тонна условного топлива (т у. т.) = =7 Гкал = 2,93076-1 О'° Дж. 1 тонна нефтяного эквивалента (т. и. э., t. о. е.) = 10 Гкал=4,1868-1010 Дж. 1 баррель нефтяного эквивалента (Ь. о. е.)=6,6-109 Дж.
§ 1.1 Единицы и размерности физических величин 11 Момент силы (L2-М-Т-2). Единица СИ— ньютон-метр (Н-м). 1 Н-м=1 кг - м2/с2. 1 кгс-м=9,80665 Н-м (точно). 1 дии-см = 10-7 Н-м. 1 lb.Xft= 1,35582 Н-м. Мощность, тепловой поток, поток звуковой анергии (Z,2-A4-T-3). Единица СИ — ватт (Вт). 1 Вт=1 Дж/с=1 Н-м/с=1 А-В=1 В2/Ом = = 107 эрг/с=1 кг-м2/с3. 1 кВт=1 кДж/с =103 Вт. 1 эрг в секунду (эрг/с) = 1 дин-см/с= — 1 г-см2/с=0,1 мкВт—10-7 Вт. 1 килограмм-сила — метр в секунду (кгс-м/с) =9,80665 Вт (точно). 1 калория в секунду (кал/с) = 4,1868 Вт (точно). 1 килокалория в секунду (ккал/с) = =4,1868 кВт=4186,8 Вт (точно). 1 килокалория в час (ккал/ч) = 1,163 Вт. 1 фунт-сила—фут в секунду (Ibf.Xft/s) = = 1,35582 Вт. 1 фунт-сила — фут в минуту (IbfXft/s) = = 0,0226 Вт. 1 британская тепловая единица в секунду (B.T.U./s = 1,05505 кВт= 1055,05 Вт. 1 британская тепловая единица в минуту (B.T.U./min.) = 17,5844 Вт. 1 лошадиная сила (л. с.)=75 кгс-м/с= =0,736 кВт=736 Вт. Коэффициент влагопроиицаемости (7). Единица СИ — килограмм на метр-секунду- паскаль [кг/(м-с-Па)], иначе секунда (с). 1 кг/(м-с-Па) = 1 с. 1 грамм на сантиметр — час-миллиметр ртутного столба—1 г/(см-ч-мм рт. ст.) = = 2,08- 10-7 с. Коэффициент влагорастворимости (L-2X Х72). Единица СИ — килограмм на кубичес- кий метр-паскаль [кг/(м3-Па)], иначе секун- да в квадрате на квадратный метр: 1 кг/(м3-Па) = 1 с2/м2. 1 грамм на кубический сантиметр — мил- лиметр ртутного столба [г/(см3-мм рт. ст.)] = =7,5 с2/м. Коэффициент диффузии (L2-7-1). Едини- ца СИ — квадратный метр на секунду (м2/с). 1 см2/с=10—• м2/с. Коэффициент днффузнн равен отношению коэффициентов влагопроиицаемости и влаго- растворнмостн материала. Соотношения единиц влажностных (диф- фузионных) параметров материала: 1 кг/(м-с-Па) 1 с _ 2 1 кг/(м3-Па) 1 с2/м2 М * 1 1 г/(см-ч-мм рт. ст.) 1 г/(см3-мм рт. ст.) = 1 см2/ч=2,78-10-« м2/с. Барический коэффициент (любой физиче- ской величины) Единица ' СИ — паскаль в минус первой степени (Па-1). 1 Па-1=1 м/Н2=1 м-с2/кг. 1 бар-1 = 10-3 Па-1=10-5 м-с2/кг. 1 см2/кгс= 1,02-10-5 Па-1. 1 (мм рт. ст.)-1 =7,50-10-3 Па-1. Барический коэффициент БК и физической величины и, являющейся функцией давления р, определяется выражением „ 1 du d „ d БК и =-----— » —— In и ® 2,3------1g и и dp dp dp (1-1) (логарифмическая производная и по давле- нию). Соотношения для барического коэффици- енту БК и среднего барического коэффициен- та БК аналогичны соотношениям для темпера- турного коэффициента и среднего температур- ного коэффициента (см. с. 11, 12). ТЕРМИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ Количество теплоты, термодинамический потенциал, тепловой поток — см. выше (с. 10, 11). Коэффициент температуропроводно- сти имеет ту же размерность и измеряется в тех же единицах СИ, что и кинематическая вязкость н коэффициент диффузии (см. с. 10, Н). Температура (0). Единипа СИ — кель- вин (К); прежние название единицы «гра- дус Кельвина» и обозначение «°К». Сопоставление значений термодинамиче- ской температуры Т в кельвинах и темпера- туры t в градусах стоградусной шкалы Цель- сия (°C) и в градусах Фаренгейта (°F): 5 Т, K = t, °C+ 273,15; t, °C = — (t, °F—32). Сопоставление значений разностей (перепа- дов, превышений) температур в кельвинах, гра- дусах стоградусной шкалы и градусах Фарен- гейта: ДТ, К = Д/, °С=-|-Д/, °F. Температурный (термический) коэффициент (любой физической величины) (0-1). Единица СИ — кельвин в минус первой степени (К-1). 1 градус Цельсия в минус первой степени (°С-1) = 1 К-1. 1 градус Фаренгейта в минус первой сте- пени (°F-1) = 1,8 К-1. Температурный коэффициент ТКа физиче- ской величины и, являющейся функцией тем- пературы Т, определяется выражением SS— 1пи« 2,3—— 1g и (1.2) dT dT ' (логарифмическая производная и по темпера- туре) . Если и в свою очередь представляет собой функцию зависящих от температуры перемен- ных х, у, z... вида и = А-хт-уп-гр ... , где А, т, п, р... — постоянные, то ТКи = ш-ТКх + «-ТКу+ р-ТКг ... (1.3) Средний температурный коэффициент (лю- бой физической величины) (в-1). Средний тем- пературный коэффициент физической величи-
12 Общие справочные сведения Разд. 1 ны для интервала температур от Л до Та (прн Г1<Т2) определяется выражением ТКи = 1 “1 «2~ «I Т2-Л (1-4) где Ui и и?—значения и для температур 71 и Тг соответственно. Удельная теплота фазового превращения, удельная теплота химической реакции, удель- ный термодинамический потенциал (L2-T-2). Единица СИ —джоуль на килограмм (Дж/кг). 1 Дж/кг= 1 м2/с2. 1 джоуль на грамм (Дж/г) = 1 кДж/кг= = 103 Дж/кг. 1 эрг на грамм (эрг/г) = 10-7 Дж/г= = 10-4 Дж/кг. 1 калория на грамм (кал/г) или 1 килока- лория на килограмм (ккал/кг) =4,1868 кДж/кг = 4186,8 Дж/кг (точно). Теплоемкость системы, энтропия системы (/.Л.М-Т’-2-©-1). Единица СИ—джоуль на кельвнн (Дж/К). 1 Дж/К=1 м2-кг/(с2-К). 1 эрг на кельвин (эрг/К)=0,1 мкДж/К= = 10“7 Дж/К. 1 калория на кельвнн (кал/К) =4,1868 Дж/ /К (точно). 1 килокалория на кельвин (ккал/К)= =4,1868 кДж/К=4186,8 Дж/К (точно). Удельная теплоемкость, удельная энтропия (L2-T-2-©-*). Единица СИ — джоуль на кило- грамм-кельвин ГДж/(кг-К)1. 1 Дж/(кг-К) = 0,239 кал/(кг-К) = 104 эрг/(г-К) = 1 м2/(с2-К). 1 джоуль на грамм-кельвнн [Дж/(г-К]= = 103 Дж/(кг-К). 1 эрг на грамм-кельввн [эрг/(г-К)1 = = 10~* Дж/(кг-К). 1 калория на грамм-кельвнн [кал/(г-К)1 нли 1 килокалория на килограмм-кельвнн [ккал/(кг-К)] =4,1868 Дж/(г-К) =4,1868 к Дж/(кг-К) (точно). 1 британская тепловая единица на фунт- градус Фаренгейта [В. Т. U./(lb.X°F)] =4186,8 Дж/(кг-К) (точно). Градиент температуры (L-k0). Единица СИ — кельвнн на метр (К/м). 1 кельвнн на сантиметр (К/см) = 100 К/м. 1 градус Цельсия на метр (1 °С/м) = 1 К/м. 1 градус Фаренгейта на сантиметр (°F/cm)= 0,5555 К/см=55,55 К/м. 1 градус Фаренгейта на дюйм (°F/in.) = = 21,872 К/м. 1 градус Фаренгейта на фут (°F/ft) = = 1,8227 К/м. Термическое сопротивление (L-2-Af_1-73X Х0). Единица СИ — кельвнн на ватт (К/Вт); ранее «тепловой ом» (Омт). 1 К/Вт=1 с3-К/(м2-кг). 1 кельвнн на калорию в секунду [К/(кал/ /с)] =0,239 К/Вт. 1 кельвнн на килокалорию в час [К/(ккал/ /ч) ] =0,85983 К/Вт. Удельное термическое сопротивление (L~’X ХМ_1Т3-0). Единица СИ — метр-кельвин иа ватт [(м-К)/Вт]. 1 м-К/Вт=1 Омт-м=1 с3-К/(м-кг). 1 саитиметр-кельвин на ватт (см • К/Вт) = =0,01 м-К/Вт. 1 сантиметр-кельвин на калорию в секун- ду [см-К/(кал/с)] =2,39 • 10~3 м-К/Вт. 1 метр-кельвнн на калорию в секунду [м• К/(кал/с)]=0,239 м-К/Вт. 1 метр-кельвин на килокалорию в час [м-К/(ккал/ч)1 =0,85983 м-К/Вт. Теплопроводность (£-Л4 Т-3 • 0->). Еди- ница СИ — ватт на метр-кельвнн [Вт/(м-К)]. 1 Вт/(м-К) = 1 Om^’-m-^I кг-м/(с3-К). 1 Вт/(см-К) = 1 Дж/(с-см-К) = Ю-5 Вт/ /(м-К). 1 фурье (Фр) = 10~4 Вт/(см-К) = 10-2 Вт/ /(м-К). 1 кал/(с-см-К) = 418,68 Вт/(м-К) (точно). 1 ккал/(м-ч-К) = 1,163 Вт/(м-К). 1 В. Т. U./(in.XsX°F) =7,477-104 Вт/ /(м-К). 1 В. Т. U./(ftXhrX°F) = 1,731 Вт/(м-К). Коэффициент температуропроводности (L2-T-‘). Единица СИ — метр в квадрате на се- кунду (м2/с). 1 см2/с=10~4 м2/с. 1 sq-in./s=6,4516-10~4 м2/с. Поверхностная плотность теплового по- тока (Af-T-3). Единица СИ — ватт на квад- ратный метр (Вт/м2). 1 Вт/м2=1 Дж/(с-м2) = 1 кг/с3. 1 эрг в секунду на квадратный сантиметр [эрг/(см2-с)1 = 1 г/с3= 10_3 кг/с3. 1 ватт на квадратный сантиметр (Вт/см2) = = 104 Вт/м2. 1 кал/(с-см2) =4,1868-104 Вт/м2 (точно). 1 ккал/(с-см2) =4,1868-107 Вт/м2 (точно). 1 ккал/(ч м2) = 1,163 Вт/м2. 1 В. Т. U./(sq. in.Xs) = 1,63535-10е Вт/м2. 1 В. Т. U./(sq. ftXs) = 1,1357-104 Вт/м2. Коэффициент теплообмена, коэффициент теплоотдачи (М-Т-3-©-1). Единица СИ—ватт на квадратный метр-кельвин [Вт/(м2-К)]. 1 Вт/(м2-К) = 1 Дж/(м2-с-К) = 1 кг/(с3-К). 1 эрг/(см2-с-К) = 10~3 Вт/(м2-К). 1 Вт/(см2-К) = 104 Вт/(м2-К). 1 кал/(с-см2-К) =4,1868-104 Вт/(м2-К) (точно). 1 ккал/(ч-м2-К) = 1,163 Вт/(м2-К). 1 В. Т. U./(sq. in.XsX’F) =2,9436- 10е Вт/(м2-К). 1 В. Т. U./(sq. ftXsX’F) =2,044 -IO4 Вт/(м2-К). ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ В настоящем разделе «ед. СГС» обознача- ет единицу соответствующей физической вели- чины симметричной системы сантиметр— грамм—секунда и с — числовое значение вы- раженной в см/с скорости света в вакууме, равное приближенно ЗЮ10 (точнее — см. с. 15). Для электрических величин единицы СГС совпадают с единицами электростатической си- стемы сантиметр — грамм — секунда (СГСЭ), а для магнитных величин — с единицами элек- тромагнитной системы сантиметр — грамм — секунда (СГСМ). Электрический ток (/). Единица СИ — ам- пер (А). 1 А=1 Кл/с=1 В/Ом = 1 Вб/Гн=1 В-См = = 1 Вт/В = 1 Дж/(с-В). 1 ед. СГС=(10/с) А=3,33-10~1° А.
§ 1.1 Единицы и размерности физических величин 13 Количество электричества, электрический заряд, поток электрического смещения (Т-1). Единица СИ — кулон (Кл; прежнее обозначе- ние к). 1 Кл=1 А-с=1 В-Ф=1 Вб-с/Гн = = 1 В-с/Ом. 1 ед. СГС=(10/с) Кл = 3,33-10-10 Кл. 1 ампер-час (А-ч)=3600 Кл. Плотность электрического тока (L~2-I). Единица СИ — ампер на квадратный метр (А/м2). 1 А/см2=104 А/м2; 1 А/мм2==106 А/м2. 1 ед. СГС=(10/с) А/см2=105/с А/м2= = 3,33 мкА/м2=3,33-10-6 А/м2. Подвижность носителей заряда (М~'-Е2Х X/)- Единица СИ — метр в квадрате на вольт-секунду [м2/(В-с)] или тесла в минус первой степени; ~1 В/м~ = 1 м2/(В’с) = 1 Тл-1г=1 А-с2/кг; 1 см/с - ~=1 см7(В-с) = 10~4 м7(В-с) = 1 В/см = 10~4 Тл-1 = 10-4А с7кг. Поверхностная плотность электрического заряда, электрическое смещение, поляризован- ность (L~l-T-I). Единица СИ — кулон на ква- дратный метр (Кл/м2). 1 Кл/м2=1 А-с/м2; 1 Кл/см2=104 Кл/м2. 1 ед. СГС=(10/с) Кл/см2= (105/с) Кл/м2= =3,33 мкКл/м2=3,33-Ю~в Кл/м2. Объемная плотность электрического заря- да (L~3-T-l). Единица СИ — кулон на куби- ческий метр (Кл/м3). 1 Кл/м3=1 А-с/м3; 1 Кл/см’=10’ Кл/м3. 1 ед. СГС=(10/с) Кл/см3= (107/с) Кл/м3= =3,33-10-4 Кл/м3. Электрический момент диполя (L-E-/). Единица СИ — кулон-метр (Кл-м). 1 Кл-м=1 А-с-м; 1 Кл-см = 0,01 Кл-м. 1 ед. СГС= (10/с) Кл • см= (0,1/с) Кл-м = =3,33-10-12 Кл-м. 1 дебай (Д) = 10-18 ед. СГС= (10-17/с) Кл-см= (10~19/с) Кл-м=3,333-10-3° Кл-м. Электрическое напряжение, электрический потенциал, электродвижущая сила (L2*A1X ХЕ-3-/-1). Единица СИ — вольт (В). 1 В = 1 А-Ом=1 А/См=1 Кл-Ом/с= = 1 Кл/(с-См) = 1 Вт/А=1 Дж/Кл=1 НХ Хм/Кл= 1 кг-м2/(с3-А). 1 ед. СГС=(10-8/с) В = 300 В. Напряженность электрического поля, элек- трическая прочность (L-M-T-3-У1). Единица СИ — вольт на метр (В/м). 1 В/м = 1 кгм/(с3-А). 1 В/см=100 В/м; 1 В/мм=1 кВ/м = = 103 В/м. 1 кВ/мм=1 В/мкм=1 МВ/м=108 В/м 1 ед. СГС=(10-8/с) В/см=(10-6/с) В/м= =30 кВ/м=3-104 В/м. 1 вольт на мнл (V/mil) = 1 киловольт на дюйм (kV/in) = 39,33 В/мм = 39,33 кВ/м = =3,933-104 В/м. Электрическое сопротивление, удельное по- верхностное сопротивление (L'--M-T~2 • /-2). Единица СИ — ом (Ом; международное обо- значение Q). 1 Ом=1 См->=1 В/А=1 В2/Вт=1 Гц->Х Хф-’=1 с/Ф=1 кг-м2/(с3-А2). 1 ед. СГС=(10-9/с2) Ом=9-Ю11 Ом. Удельное электрическое сопротивление ма- териала, удельное электрическое сопротивле- ние (на единицу длины) изоляции кабеля (L3-M-T~3 • У-2). Единица СИ — ом-метр (Ом-м). 1 Ом-м=ЮО Ом-см=1 кг- м3/(с3-А2). 1 Ом-см = 0,01 Ом-м; 1 МОм-см — = 104 Ом-м. 1 Ом — квадратный миллиметр на метр (0м-мм7м) = 1 мкОм-м= Ю""8 Ом-м. 1 мегаом-кнлометр (МОмкм) = Ю9 Ом-м. 1 ед. СГС= (10-9/с2) Ом-см=9-Ю11 ОмХ Хсм=9-109 Ом-м. Электрическая проводимость (L~2-M“!X ХЕ3-/2). Единица СИ —снменс (См, прежнее обозначение сим). Ранее эта единица называ- лась «обратный ом» или «мо» (mho), и при- менялось международное обозначение у , т. е. перевернутая греческая буква Q (омега). 1 См=1 Ом-’ = 1 А/В = 1 Кл/(В-с) = = 1 Вт/В2= 1 Ф/Гц=1 Ф/с= 1 с3-А2/(м2-кг). 1 ед. СГС= (109/с) См= 1,11 • 10-12 См. Удельная электрическая проводимость (L~3-M~l -Т3 • У2). Единица СИ — снменс на метр (См/м). 1 См/м = 1 Ом-'-м-1 = 1 А/(м-В) = = 1 Ф/(с-м) = 1 с3-А2/(м3 • кг). 1 См/см=1 Ом-1-см-’= 100 См/м. 1 ед. СГС=(109/с2) См/см = (10п/с2) См/ /м= 1,1 ЫО-10 См/м. Удельная электрическая проводимость стандартной электротехнической меди (IACS, сокращение от слов International Annealed Copper Standard) =58 МСм/м = 5,8-107 См/м (точно). Коэффициент термоэлектродвижущей силы (L~2-M-T~3 • У-1©-1). Единица СИ — вольт на кельвин (В/К). 1 В/К=1 В/°С=1 кг/(м2-с3-А-К). 1 вольт на градус Фаренгейта (V/°F) = = 1,8 В/К. Электрическая емкость (£,-2Л1-1 -Г4 • У2). Единица СИ — фарад (Ф); ранее эта единица называлась «фарада». 1 Ф = 1 Кл/В = 1 А-с/В = 1 с/Ом=1 СмХ Хс=1 См/Гц=1 с4-А2/(м2-кг). 1 ед. СГС—«сантиметр емкости» (см — не смешивать с сантиметром — единицей дли- ны!) = (109/с2)Ф = 1,111 пФ=1,111-Ю-12 Ф. Абсолютная диэлектрическая проницаемость (L-3-Al~1-E4 • У2). Единица СИ — фарад на метр (Ф/м). 1 Ф/м = 1 с/(Ом-м) = 1 с4 • А2/(м3 • кг). Вектор Пойнтинга (размерность М-Т~3 и единицы совпадают с размерностью и единица- ми поверхностной плотности теплового потока, (см. с. 12). Единица СИ — ватт на квадратный метр (Вт/м2). 1 Вт/м2=1 Дж/(м2-с) = 1 кг/с3. Активная мощность (размерность Ьг-Мус У.Т~3 и единицы совпадают с размерностью и единицами мощности, см. с. 11). Единица СИ — ватт (Вт). 1 Вг=1 ВА=1 В2/Ом = 1 В2/См=1 кгХ Хм2/с3- Реактивная мощность (размерность совпа- дает с размерностью мощности и активной мощности, см. выше). Единица СИ — вар (вар). 1 вар=1 Вт=1 В-А=1 кг-м2/^.
Общие справочные сведения Разд. 1 Полная мощность (размерность совпадает с размерностью мощности, активной мощности и реактивной мощности, см. выше). Единица СИ — вольт-ампер (В-А). 1 В-А=1 Вт—1 кг-м2/с3. Магнитный поток (L2-M-T~2-l-'). Едини- ца СИ —вебер (Вб). 1 Вб-1 Вс-1 А-Гн-1 м2 • кг/(с’-А). 1 ед. СГС—1 максвелл (Мкс)— 10—• В б. Магнитная индукция (М-Т~2 •/-'). Едини- ца СИ — тесла (Тл). 1 Тл-1 Вб/м2—1 В-с/м2=1 А-Гн/м2— — 1 кг/(с2-А). 1 ед. СГС—1 гаусс (Гс)= 10-4 Тл. Магнитодвижущая сила, разность скаляр- ных магнитных потенциалов (/). Единица СИ— ампер (А; прежнее название единицы магнито- движущей силы «ампер-виток», ав). 1 ед. СГС—1 гильберт (Гб) —(10/4л) А— —0,79577 А (обычно считают округленно 0,8 А). Напряженность магнитного поля (£-’•/). Единица СИ — ампер на метр (А/м). 1 ед. СГС—1 эрстед (Э) — (1000/4л) А/м — =79,577 А/м (обычно считают округленно 80 А/м). Индуктивность (L2'M-T~2-I-2). Единица СИ — генри (Гн). 1 Гн—1 Вб/А-1 Вс/А—1 м2 • кг/(с2 А’). 1 ед. СГС — 1 сантиметр индуктивности (см; не смешивать с сантиметром длины и с сантиметром емкости!) —1 нГн—10-9 Гн. Магиитиый момент диполя, магнитный мо- мент тока (L2-l). Единица СИ-----ампер-квад- ратный метр (А-м2). Магнитное сопротивление (L~2-M-'-T2'X X/2). Единица СИ — ампер на вебер (А/Вб). 1 А/Вб-1 с2 • А/(м2-кг). Магнитная проводимость (L2-M-T~2-J~2). Единица СИ — вебер на ампер (Вб/А). 1 Вб/А-1 м2-кг/(с2-А2). Абсолютная магнитная проницаемость (L-M-T~2-l~2). Единица СИ — генри на метр (Гн/м). 1 Гн/м —1 Вб/(Ам) = 1 В-с/(А-м) = 1 мХ Хкг/(с2-А2). Коэффициент Холла (£3-Г-1./-1). Едини- ца СИ — метр в кубе на кулон (м’/Кл). 1 м’/Кл — 1 6м-м/Тл—1 В-м/(Тл-А) = = 1 м3/(с-А). 1 см3/Кл—10~6 м2/Кл. СВЕТОВЫЕ ВЕЛИЧИНЫ Сила света (У). Единица СИ — кандела (кд; прежнее название «свеча», св). Световой поток (У). Единица СИ — люмен (лм). 1 лм —1 кд-ср. Освещенность (£~2-У). Единица СИ — люкс (лк). 1 лк—1 лм/м2. 1 фот (фот) —104 лк. Яркость (£-2-У). Единица СИ — кандела на квадратный метр (кд/м2; ранее эта едини- ца называлась «нит»). 1 стильб (сб) = 10‘ кд/м2. 1 апостильб (асб) —(1/л) кд/м2—0,3183 кд/м2. 1 ламберт (лб) = 104 асб—(104/л) кд/м2— —3183 кд/м2. Светимость (£"2-У). Единица СИ — лю- мен на квадратный метр (лм/м2). 1 лм/м2—1 кд-Ср/м2. i радфот—104 лм/м2. РАДИАЦИОННЫЕ ВЕЛИЧИНЫ Активность нуклида (Т-1). Единицы СИ— беккерель (Бк). 1 Бк—1 распад в секунду—1 расп./с— — 1 с-1. 1 кюри (Ки)« 3,7-1010 Бк. 1 резерфорд (Рд) = 10е Бк. Поглощенная доза излучения, керма (L2-T~2). Единица СИ — грэй (Гр). 1 Гр—1 Дж/кг—1 м2/с2. 1 рад (не смешивать с обозначением «рад» для радиана, см. с. 9) = 100 эрг/г=0,01 Дж/ /кг—0,01 Гр. Мощность поглощенной дозы, мощность кермы (УЛТ-3). Единица СИ — грэй в секун- ду (Гр/с). 1 Гр/с—1 Дж/(кг-с) = 1 Вт/кг —1 м2/с3. 1 рад/с—0,01 Дж/(кг-с) —0,01 Вт/кг. Эквивалентная доза излучения (L2-T~2). Единица СИ — зиверт (Зв).. 1 Зв —1 Дж/кг=1 м2/с2. 1 бэр (бэр)—0,01 Зв. Мощность эквивалентной дозы (£2-7~3). Единица СИ — зиверт в секунду (Зв/с). 1 Зв/с—1 м2/с3. 1 бэр/с—0,02 Зв/с. Экспозиционная доза фотонного излучения (М-'.Т-1). Единица СИ—кулон на килограмм (Кл/кг). 1 Кл/кг—1 с-А/кг. 1 рентген (Р) — 2,58-10~4 Кл/кг. Мощность экспозиционной дозы (Af-'./). Единица СИ — кулон на килограмм в секунду [Кл/(кг-с)]. 1 Кл/(кг-с) = 1 А/кг. 1 Р/с-2,58.10-4 Кл/(кг-с). ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ И ЛОГАРИФМИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ Относительная величина — безразмерное отношение физической величины к одноимен- ной величине, принятой за исходную; таковы, в частности, относительное удлинение, относи- тельная атомная масса, относительная диэлект- рическая проницаемость, относительная маг- нитная проницаемость, добротность и т. п. Еди- ницы относительных величин: безразмерная единица (1); процент (%)—0,01; промилле (%о) —0,001; миллионная доля (млн.-1; в зарубежной литературе «р. р. т.»). Логарифмическая величина — логарифм (десятичный, натуральный или двоичный) от- носительной величины. Для измерения усиления, затухания, уровня звукового давления применяются еди- ницы—бел (Б; чаще используется децибел, дБ) и непер (Нп). 1 Б-lg (A/А) при А=ЮА, где Р\ и А — одноименные энергетические ве- личины (значения мощности, энергии, плотности энергии и т. п.). Число децибелов равно 10 А/А- Если же имеется в виду отношение двух одноименных силовых величин (значений на- пряжения, напряженности поля, силы тока,
§ 1.2. Важнейшие физические постоянные 15 давления я т. и.) F2 я Fi, то 1 B—21g(F2/Fi) при Fs— "/ToFt. При тех же обозначениях Pt, Pj, Ft и Fj, что и выше, 1 Нп—0,5 In (Fj/Pi) при Pi/Px^e; 1 Ни—ln(F2/Ft) при FtlFx—e, где в — основание натуральных логарифмов (е—2,71828). Соотношения единиц Б, дБ и Нп: 1 Б—10 дБ —1.151 Нп; 1 дБ=0,1 Б—0,1151 Нп; 1 Нп=0,8686 Б=8,686 дБ. Прн необходимости указать исходную ве- личину ее значение помещают с пометкой «те» (первые буквы слова reference) в круглых скоб- ках после обозначения логарифмической вели- чины. Например, обозначение уровня звукового давления 40 децибелов по отношению к при- нимаемому за нулевой уровень значению звуко- вого давления 20 мкПа имеет вид: 40 дБ (ге 20 мкПа) или 4 Б (ге 20 мкПа). Фон (фон) — уровень громкости звука, для которого уровень звукового давления равно- громкого с ним звука частотой 1 кГц равен 1 дБ. Бит (бит) — количество информации, по- лучаемое при осуществлении одного из двух равновероятных событий 1.2. ВАЖНЕЙШИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПОСТОЯННЫЕ Гравитационная постоянная Go = 6,672-10—11 Н-м2/кг?. Скорость света в вакууме с0= 1/КвоИо = 2,997925-108 м/с « « 3-108 м/с. Электрическая постоянная 10’ м/Гн '--------= 8,854188-10-1? ф/м. 4лс2 Магнитная постоянная p.0 = 4n-10—7 Гн/м (точно) = = 1,256637-10—« Гн/м. Волновое сопротивление вакуума Zo — ]/~|Xo/So — 376,73 Ом 120л Ом. Коэффициент пропорциональности в фор- муле Эйнштейна W=tnc2, где W — энергия н m — масса: СцЯ> 9-1016 м2/с2 = 9-101в Дж/кг. Постоянная Планка (элементарный кваит действия) h = 6,626176-10—31 Дж/Гц; постоянная Дирака h = Л/2л = 1,054589- 10-34 дж.с. Энергия фотона электромагнитного излу- чения частотой f (угловая частота ш=2л/) равна W = й/ = Йсо. Соотношения длины электромагнитной вол- ны в вакууме X, частоты колебаний f и перио- да колебаний Т: Т — Iff; Kf^k/Т^с» 3-10» м/с = 3-10» м-Гц. Соотношения для некоторых значений f и X: f, Гц X /- Гц X 50 6000 км юн 3 мм 103 300 км 3-10“ 1 мм 108 3 м 10“ 0,3 мм 3-10» 1 м 3-10“ 0,1 м 10’ 3 дм 1013 30 мкм 3-10’ 1 дм 3- Ю*3 10 мкм 101° 3 см 10“ 3 мкм 3-101» 1 см 3-10“ 1 мкм Элементарный электрический заряд е= 1,602189-10-1’ Кл. Масса покоя электрона те = 5,485803-10—4 а. е.м = = 9,109534-10—31 кг. Отношение заряда к массе электрона е/тв= 1,758805-104 Кл/кг. Отношение массы протона к массе элект- рона тр!те = 1836,15. Магнетон Бора = ей/4лтв = 9,274078-10—24 Дж/Тл. Квант магнитного потока Фо = й/2е = 2,06785- 10-“ Вб. Отношение Джозефсона 1/ф0 = 2е/й = 4,835939-1014 Гц/В. Постоянная Авогадро (количество молекул в одном моле вещества) ЫА—\ г/(моль-а. е. м.) = = 6,022045-1023 моль-*. Постоянная Фарадея (заряд, переносимый прн электролизе одним грамм-эквивалентом ве- щества) F = na е = 9,648456-Ю4 Кл/моль. Число Лоренца (коэффициент пропорцио- нальности Lo в уравнении Hly—La-T для иде- альных проводников, где х — коэффициент теп- лопроводности; у — удельная электрическая проводимость; Т — температура, К) jr2fc2 Lo = = 2,443-10-8 В2/Кг- Универсальная газовая постоянная (коэф- фициент R пропорциональности в уравнении Менделеева — Клапейрона для идеальных газов
16 Общие свойства электроизоляционных материалов Разд. 2 pV=MRT/т, где р — давление, V — объем л М— масса газа, т— его относительная моле- кулярная масса и Т — термодинамическая тем- пература, К) /?= 8,31441 Дж/(моль-К) Постоянная Больцмана k=R/NA = 1,380662-10—аз Дж/К; кинетическая энергия молекулы газа при тем- пературе Т, К, равна 1,5 kT. Объем, занимаемый одним молем идеаль- ного газа при нормальных термодинамических условиях (р= 101 325 Па = 760 мм рт. ст. н Т= = 273,15 К=0°С), Vm= 22,4138-10-3 м3/моль. Число Лошмидта (число молекул в 1 м3 идеального газа при нормальных термодинами- ческих условиях) N, = Д( , /V = 2,687-1025 м-з. Плотность сухого воздуха при нормальных термодинамических условиях равна 1,293 кг/м3. При давлении р, Па, и температуре Г, К, плот- ность (в кг/м3) воздуха: D_____________1,293______________р ~~ 1 + 0,00367 (Г— 273,15) 101 325 * Состав сухого воздуха (на уровне моря) по объему и по массе: Компонент % (об.) % (мае.) АЗОТ N2 . 78,23 75,70 Кислород О2 20,81 23,00 Аргон Аг . . . . . 0,90 1,24 Угольный ангидрид СО2 0,03 0,05 Прочие (Н2, Ne, Не, Кг, Хе, NH3, I, Rn) . . . 0,03 0,01 Плотность воды прн нормальных термоди- намнческих условиях составляет 999,84 кг/м3 Наибольшую (при том же давлении р~ — 101 325 Па) плотность, весьма близкую к 1000,0 кг/м3, вода имеет при 277,19 К (+3,98 °C). Температура тройной точки воды 273,16 К (точно; отсюда — определение кельвина), или около +0,01 °C. Давление тройной точки воды около 6,10 Па. Плотность ртути при нормальных термо- динамических условиях 13595,09 кг/м3. Нормальное ускорение свободного падения gn = 9,80665 м/с2. Список литературы 1.1. Бурдун Г. Д. Справочник по Международной системе единиц. Изд. 3-е, доп. М.: Изд-во стандар- тов, 1980. 232 с. 1.2. Глебов Г. Д. Единицы физических величин в электронике. М.: Высшая школа, 1983. 88 с. 1.3. ГОСТ 8.417-81 (СТ СЭВ 1052-78). Единицы физических величии. 1.4. ГССД 1-76. Таблицы стандартных справоч- ных данных. Фундаментальные физические постоян- ные. 1.5. Иванов В. И., Машкович В. П., Центер Э. М. Международная система единиц (СИ) в атомной нау- ке и технике. Справочное руководство. М.: Энергоиз- дат, 1981. 200 с. 1.6. Исаев Б. М., Юдин М. Ф. К внедрению Международной системы единиц в область измерений ионизирующих излучений. — Измерительная техника, 1981, № 12, с. 10—11. 1.7. Камке Д., Кремер К. Физические основы единиц измерення/Пер. с немецкого В. Е. Маркеви- ча и Н. В. Мицкевича; Под ред. А. Н. Матвеева. М.: Мнр, 1980. 208 с. 1.8. РД 50-160-79. Методические указания. Внед- рение и применение СТ СЭВ 1052-78 «Метрология. Единицы физических величин». 1.9. Олейникова Л. Д. Единицы физических ве- личин в энергетике (точность воспроизведения и передачи: Справочное пособие). М.; Энергоатомиз- дат, 1983. 232 с. 1.10. Сена Л. А. Единицы физических величин н их размерности. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Нау- ка, 1977. 336 с. 1.11. Тареев Б. М. К вопросу об оценке измене- ний управляемых параметров материалов и ком- понентов. — Электричество, 1976, № 9, с 54—56. 1.12. Тареев Б. М. Применение Международной системы единиц физических величии (СИ) в физике диэлектриков/В ки.; Материалы радиоэлектроники. Межвузовский • борник научных трудов. М.: МИРЭА, 1979, с. 5—14. 1.13. Чертов А. Г. Единицы физических величин. М.: Высшая школа, 1977. 287 с. 1.14. Стоцкий Л. Р. Физические величины и еди- ницы. Справочник. М.: Просвещение, 1984. 239 с. РАЗДЕЛ 2 ОБЩИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Б. М. Тареев 2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ, НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В инженерной практике термины «электро- изоляционный материал» и «диэлектрический материал» часто применяются как равнознач- ные. Однако согласно ГОСТ 19880-74 диэлек- трик определен как «вещество, основным элек- трическим свойством которого является спо- собность поляризоваться в электрическом по- ле»; диэлектрический материал по ГОСТ 21515-76 определен как «материал, предназна- ченный для использования его диэлектриче- ских свойств», а электроизоляционный матери- ал—как «диэлектрический материал, предна- значенный для электрической изоляции». Та- ким образом, объем понятия «диэлектрический материал» шире, чем объем понятия «электро-
§ 2.2. Электропроводность диэлектриков 17 изоляционный материал»: под понятие «ди- электрический материал» подходят, но под по- нятие «электроизоляционный материал» ча- стично нлн полностью не подходят диэлек- трики, применяемые в конденсаторах, когда требуется иметь определенную электрическую емкость устройства, а также приобретающие гее большее значение в современной технике активные диэлектрики (см. т. III Справочни- ка). Активные (управляемые) диэлектрики че только играют «пассивную» роль, т. е. создают электрическую изоляцию; в различных устрой- ствах, в частности в некоторых радиоэлектрон- ных аппаратах, используется изменяемость па- раметров этих материалов под действием раз- личных факторов. К активным диэлектрикам принадлежат сегнетоэлектрики, диэлектриче- ская проницаемость которых существенно из- меняется при нзмененнн напряженности элект- рического поля н при изменении температуры; пьезоэлектрики, генерирующие электрические заряды под действием механических напряже- ний и, наоборот, изменяющие свои размеры под действием электрического поля; электреты, ко- торые могут рассматриваться как электричес- кие аналоги постоянных магнитов, так как онн способны длительно сохранять электрический заряд, н др. В настоящем разделе рассмотрены в ос- новном электроизоляционные материалы; одна- ко многие определения и положения этого раз- дела имеют значение для рассмотрения н дру- гих видов диэлектрических материалов. Очевидно, что никакая, даже наиболее простая электрическая цепь не может быть выполнена без применения как проводниковых, так н электроизоляционных материалов. На- значение электрической изоляции сводится прежде всего к тому, чтобы воспрепятствовать прохождению тока путями, нежелательными для работы данной электрической цепн. Электроизоляционные материалы по агре- гатному состоянию разделяются на твердые, жидкие и газообразные; особую группу состав- ляют твердеющие материалы, которые в том состоянии, в котором они вводятся в электри- ческую изоляцию, являются жидкими или пла- стичными, но в готовой, работающей изоля- ции — твердыми веществами. По химическому составу электроизоляци- онные материалы разделяются на органичес- кие — соединения углерода с водородом, азо- том, кислородом и некоторыми другими эле- ментами — и неорганические. Особая группа материалов — элементоорганические, в молеку- лы которых входят атомы элементов, не харак- терных для обычных органических веществ, — кремния, магния, алюминия, титана и пр. Как правило, неорганические материалы имеют бо- лее высокую нагревостойкость, чем органичес- кие материалы. Различают также природные электроизоля- ционные материалы (природного происхожде- ния, применяемые без химической переработ- ки), искусственные электроизоляцноные мате- риалы (получаемые путем химической перера- ботки природного сырья) и синтетические электроизоляционные материалы (получаемые методом химического синтеза). Для оценки электрических свойств, а так- же гигроскопичности, адгезионных свойств и т. п. диэлектриков важно разделение мате- риалов на полярные, молекулы которых всегда имеют некоторый отличный от нуля «постоян- ный» электрический момент, и неполярные, молекулы которых приобретают «индуцирован- ный» электрический момент только прн воздей- ствии внешнего электрического поля. Важно также разделение диэлектриков на гетеропо- лярные (ионные), молекулы которых сравни- тельно легко диссоциируют (расщепляются) на имеющие противоположные по знаку элект- рические заряды частицы (ионы), и гомеопо- лярные, для которых диссоциация на ноны не характерна. 2.2. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ДИЭЛЕКТРИКОВ По самому своему назначению электроизо- ляционные материалы совершенно не должны пропускать электрический ток под действием приложенного постоянного 1 электрического на- пряжения, т. е. они должны быть непроводнп- ками. Однако «идеальных» непроводников не существует, и все практически применяемые электроизоляционные материалы прн приложе- нии постоянного напряжения все же пропус- кают некоторый, обычно весьма незначитель- ный ток. Ток, проходящий через участок изоляции (или в частном случае через образец электро- изоляционного материала) прн установившем- ся процессе электропроводности, т. е. спустя достаточно большой промежуток времени пос- ле приложения постоянного напряжения, так- же является постоянным и называется сквоз- ным током утечки. Таким образом, проводи- мость любого участка изоляции не равна нулю, а имеет конечное значение, и сопротивление изоляции не бесконечно велико, а конечно; со- ответственно и удельные сопротивления элект- роизоляционных материалов также конечны, хотя и чрезвычайно велнки по сравнению с удельными сопротивлениями проводниковых материалов. Проводимость изоляции биз, См, как и проводимость любого проводящего тела, опре- деляется как отношение сквозного тока утечки через изоляцию /из, А, к приложенному к изо- ляции постоянному напряжению U, В: Сиз==^из/^- (2-1) Величина Ra3, Ом, обратная величине Сиз, — сопротивление изоляции Raa = 1/биз' (2.2) Различают объемную проводимость изоля- ции G, численно определяющую проводимость через толщу изоляции, н поверхностную прово- димость изоляции Gs, характеризующую нали- чие слоя повышенной электропроводности на поверхности раздела твердой изоляции с окру- жающей газообразной (в большинстве случа- ев — воздухом) нлн жидкой средой; этот слой создается вследствие неизбежных загрязнений, увлажнения и т. п. Для газообразных н жид- ких диэлектриков поверхностная проводимость обычно не рассматривается. ' Под действием приложенного переменного на- пряжения всякий диэлектрик пропускает переменный емкостный ток, см. формулу (2.21).
18 Общие свойства электроизоляционных материалов Разд. 2 Рис. 2.1. Объемный и поверхностный токи утечки через участок изоляции (схематически) Рис. 2.2. Участок изоляции с постоянным по- перечным сечением Рис. 2.3. Участок изоляции между электрода- ми в виде двух коаксиальных цилиндров (ци- линдрический конденсатор) Соответственно вводятся понятия объем- ного тока утечки 1 и поверхностного тока утеч- ки 1в (рнс. 2.1), а также объемного сопротив- ления изоляции R и поверхностного сопротивле- ния изоляции Rs. Очевидно, что сопротивления R н Rs включены параллельно друг другу между электродами, через которые подается иапряженне на изоляцию. Таким образом, I = U/R = UG‘, I =U!R^UG.\ R = 1/G; (2.3) /?s= 1/GS; — I + G„3=l/₽+l//?s. Ниже приводятся формулы [(2.4)—(2.6)] для расчета объемных сопротивлений R, Ом, участков изоляции из однородного н изотроп- ного диэлектрика наиболее важных практиче- ски геометрических конфигураций. В этих фор- мулах р [для диэлектриков часто обозначает- ся также ру в отлнчие от удельного поверх- ностного сопротивления ps, см. формулу (2.11) — параметр диэлектрика — его удель- ное объемное сопротивление; единица р — Ом-м («ом-метр»). Для простейшей конфигурации участка изоляции с постоянным поперечным сечением S, м2 (равным площади каждого электрода), И толщиной (расстоянием между электродами) й, м. т. е. диэлектрика плоского конденсатора (рис. 2.1 и 2.2), R=ph/S, (2.4) или p==₽S/ft. (2.4') Для участка изоляции между электродами, Имеющими вид двух коаксиальных цилиндров с осевой длиной /, м, диаметром внутреннего электрода dt (радиус г,) и диаметром внеш- него электрода d2 (радиус г2), т. е. диэлект- рика цилиндрического конденсатора (рис. 2.3)' или изоляции коаксиального кабеля: R=-~ln-~ = ~~ln — ; (2.5) 2л/ dj 2л/ Г1 при d2—dt<di (или г2—Г1<Г|) p = _LA^l=X^_ (2.6) л/ d2 + <4 л/ г2 + ri Формулы (2.4)—(2.6) справедливы, если мы пренебрегаем растеканием линий тока от краев электродов в часть объема изоляции, не охватываемую электродами. Как видно из рис. 2.2 и формулы (2.4), величина р равна сопротивлению куба нз дан- ного материала с ребром, равным единице длины (предполагается, что ток проходит от одной грани куба к противоположной), умно- женному на единицу длины. В литературе встречаются и другие единицы для р электро- технических материалов, кроме ом-метра. Так. для электроизоляционных материалов и полу- проводников нередко выражают р в ом-сантн- метрах (Ом-см). Для проводниковых мате- риалов часто выражают п в формуле (2.4) в метрах, aS — в мм2; отсюда получается еди- ница для р — Ом-мм2/м или равная ей еди- ница СИ мкОм-м. Соотношения указанных единиц — см. с. 13. Значения р практически применяемых твер- дых и жидких электроизоляционных материа- лов (при нормальной температуре, нормаль- ной влажности окружающего воздуха и не слишком высоких значениях напряженности электрического поля в материале) лежат в пре- делах примерно от 10е—10е Ом-м для сравни- тельно низкокачественных, применяемых в ма- ло ответственных случаях материалов (древе- сина, мрамор, асбестоцемент и т. п.) и до 1014—1017 Ом-м для таких материалов, как по- листирол, полиэтилен, политетрафторэтилен и т. п.; для ненонизированных газов р еще выше. Отношение удельных сопротивлений вы- сококачественного твердого диэлектрика и хо- рошего проводника (при нормальной темпера- туре) выражается колоссальным числом — по- рядка 1023—1025. Величина у, обратная величине р, — удель- ная объемная проводимость материала, См/м: 7=1/р. (2.7) Помимо См/м (или Ом-’-м”'), иногда применяют другие единицы для у, являющиеся величинами, обратными вышеприведенным еди- ницам для р: См/см, м/(Ом-мм2) или МСм/м и т. п. (см. с. 13).
§ 2.2. Электропроводность диэлектриков . 19 Электроды поверхностного со- противления между электродами с параллель- ными друг другу кромками Рис. 2.5. К определению поверхностного со- противления между двумя концентрическими электродами Рис. 2.6. К определению поверхностного сопро- тивления между двумя дисковыми электродами Для однородного электрического поля в материале могут быть написаны уравнения за- кона Ома в обобщенной форме: j = YE = £7p, (2.8) где J, А/м2—плотность тока проводимости (для электрической изоляции — плотность тока утеч- ки); Е, В/м — напряженность диэлектрического поля. В формулу (2.8) геометрические разме- ры тела, по которому проходит ток, не входят. Отметим еще два варианта удельного объ- емного сопротивления — удельное (поперечное) сопротивление слоя и удельное сопротивление изоляции кабеля. Поперечное сопротивление слоя Ry — со- противление участка площадью S, м2, слоя ди- электрика постоянной толщины h, м, сквозь который проходит ток (пример — слой эмали, нанесенный на металлическую пластинку): R± = p/i/S = p±S, (2.9) откуда удельное поперечное сопротивление слоя, Ом-м2: Р± = s = f>h- (2-9') Единица для удельного поперечного со- противлении слоя — Ом-м2. Удельное сопротивление изоляции кабеля (или провода) рк, т. е. объемное сопротивле- ние изоляции (между жилой и оболочкой, меж- ду двумя жилами и т.п.), отнесенное к едини- це длины кабеля, входит в формулу /?к=Рк//. (2.10) где Rr. — объемное сопротивление изоляции кабеля на участке длиной I. Отсюда Рк = Rk I- (2.10') Единица (Ом-м) рк та же, что и едини- ца р. Для одножильного кабеля с диаметром токопроводящей жилы dt (радиусом г() и внутренним диаметром металлической оболоч- кн d2 (радиусом г2) при значении удельною объемного сопротивления изоляции р величина рк может быть определена по формуле (2.5) или (2.6). Удельное поверхностное сопротивление рв характеризует свойство электроизоляционного материала создавать в изготовленной из него изоляции поверхностное сопротивление. По- верхностное сопротивление между двумя элек- тродами с параллельными обращенными друг к другу прямыми кромками длиной Ь, нахо- дящимнси на расстоянии а друг от друга (рис. 2.4), равно R$=P$a/b, (2.11) откуда Ps = Ь/а. (2. И') Как видно из формулы (2.11'), размер- ность удельного поверхностного сопротивления совпадает с размерностью сопротивления, т. е. единица ps — Ом. Удельное поверхностное со- противление ps равно сопротивлению квадра- та (любого размера!) на поверхности данного материала, если ток подводится к электродам, образующим две противоположные стороны этого квадрата; поэтому единицу ps иногда неправильно называют «ом на квадрат» (Ом/D). Формулы (2.11) и (2.1 Г) справедливы, если пренебречь влиянием краев электродов (прн a<g.b)\ мы имеем в виду также, что ток объемной утечки через материал между элек- тродами не учитывается (прн измерении или расчете тока утечки), т. е. весь ток утечки считается поверхностным. Если обращенные друг к другу кромки электродов на поверхности диэлектрика — две концентрические окружности (рнс. 2.5), то по- верхностное сопротивление кольцевого зазора между ними равно: Rs = -~ 1п-^-=-~ 1п-^- ,(2-12) * 2л dj 2л ri где di и ri — соответственно диаметр и радиуе внутреннего, a d2 и г2 — внешнего электрода. Формула (2.12) более точная, чем (2.11). Если d2—di<gd|, то = _££_ ,(2>13) л d2 + dj. Л г2 + Г1
20 Общие свойства электроизоляционных материалов Разд, 2 Формулы (2.12) н (2.13) аналогичны фор- мулам (2.5) и (2.6). Поверхностное сопротивление между дву- мя дисковыми электродами, имеющими диа- метр d (радиус г), расположенными на неог- раниченной поверхности диэлектрика при рас- стоянии между нх осями I (рис. 2.6), равно: При rf-CZ __ 2p,s _£Ps_ I — г s л 21 -j-d л I -|- г (2.15) При замене конфигурации системы элек- тродов, между которыми определяется поверх- ностное сопротивление на данном диэлектрике, на. другую систему, геометрически подобную прежней, значение поверхностного сопротивле- ния Rs между этими электродами не изменит- ся. Для объемного сопротивления этот закон подобия не имеет силы. Физическая природа электропроводности диэлектриков. Электропроводность диэлектри- ков объясняется наличием в иих свободных (т. е. не связанных с определенными молекула- ми и могущих передвигаться иод воздействи- ем электрического поля) заряженных частиц (носителей заряда): нонов, молионов (колло- идных частиц), иногда электронов. Для многих электроизоляционных мате- риалов характерна ионная электропроводность, связанная с переносом нонов, т. е. явлением электролиза. В ряде случаев электролизу при прохождении через диэлектрик сквозного тока утечки подвергается основное вещество ди- электрика; примером может служить обычное стекло, в котором благодаря его прозрачности можно непосредственно наблюдать образова- ние и перенос продуктов электролиза; прн про- пускании постоянного тока через стекло, нагре- тое для повышения проводимости (см. ниже), у катода образуются древовидные отложения (дендриты) входящих в состав молекул стек- ла металлов, прежде всего натрия. Еще чаще (по крайней мере, для органических электро- изоляционных материалов) встречаются такие случаи, когда молекулы основного вещества диэлектрика не обладают способностью подвер- гаться диссоциации, но ионная электропровод- ность возникает благодаря присутствию в ма- териале практически неизбежных загрязне- ний — примесей воды, солей, кислот, щелочей и пр. Даже весьма малые примеси способны заметно влиять на проводимость диэлектрика; поэтому в технике электрической изоляции важное значение имеет чистота исходных про- дуктов и чистота рабочего места. У диэлектри- ков с ионным характером электропроводности соблюдаются законы Фарадея: количество вы- делившегося при электролизе вещества пропор- ционально количеству прошедшего через ма- териал электричества. Молионная электропроводность наблюда- ется в коллоидных системах, которые представ- ляют собой тесную смесь двух фаз, причем одна фаза (дисперсная фаза) в виде мелких частиц равномерно взвешена в другой (диспер- сионной среде). Из коллоидных систем в элек- троизоляционной технике наиболее часто встре- чаются эмульсии (обе фазы — жидкости) и суспензии (дисперсная фаза — твердое вещест- во, дисперсионная среда — жидкость). Ста- бильность коллоидных систем объясняется на- личием на поверхности частиц дисперсной фазы (молионов) электрических зарядов. При воз- действии на коллоидную систему электрическо- го поля молионы приходят в движение, что вы- ражается как явление электрофореза. При электрофорезе в отличие от электролиза не наблюдается образования новых веществ, а лишь меняется относительная концентрация дисперсной фазы в различных частях объема системы. Молионная электропроводность на- блюдается у жидких лаков и компаундов, ув- лажненных масел и т. п. В некоторых случаях в диэлектрических материалах наблюдается электронная электро- проводность, когда носителями заряда являют- ся свободные электроны. Так, рутил Т1О2, ряд титанатов (BaTiO3, CaTiO3, SrTiO3) и др. об- наруживают электронный характер электро- проводности. Электронная электропроводность типична для металлических проводников и электронных полупроводников. Прн повышении температуры удельное со- противление электроизоляционных материалов, как правило, существенно уменьшается (рис. 2.7). Связь между ТК объемного удельного со- противления ТКр н ТК объемного сопротивле- ния TKZ? [на основании формулы (1.3), с. 11]: ТКр=ТКЯ + а: (2.15') где a=TKZ— температурный коэффициент длины («линейного расширения») материала. Очевидно также [ср. формулу (2.11)}, что TKps = TK/?s. (2.16) Во многих случаях зависимость р элект- роизоляционных материалов от термодинами- ческой температуры Т хорошо описывается формулой р = A exp BIT, (2.17) где А и В — постоянные, чему соответствует линейная зависимость логарифма р от обрат- ной величины Т: 1пр=1пА + В/Т (2.17') (рис. 2.8). Иногда применяется формула р = аехр(—Ы), (2.18) где а и Ь — постоянные; t — температура, ’С. В этом случае ТКр = -6. (2.18') Условия работы электрической изоляции становятся более тяжелыми прн возрастании температуры, так как сопротивление изоляции прн этом уменьшается. Присутствие даже малых количеств воды способно значительно уменьшить р диэлектри- ка. Это объясняется тем, что растворимые в
§ 2.3. Поляризация диэлектриков 21 Рис. 2.7. Зависимость удельного объемного со- противления р стеклоэмали от температуры. По Б. М. Тарееву Рис. 2.8. Зависимость удельного объемного со- противления слюды мусковит (перпендикуляр- но плоскостям спайности) от обратной вели- чины абсолютной температуры. По Н. П. Бого- родицкому Рис. 2.9. Зависимость удельного объемного со- противления р бентонитовой пленки от темпе- ратуры при нагревании и охлаждении образца. По Б. М. Тарееву Рис. 2.10. Зависимости сквозного тока утечки через изоляцию электрической машины от тем- пературы при различных значениях приложен- ного напряжения постоянного тока воде примеси диссоциируют на ионы; в неко- торых случаях влияние увлажнения может спо- собствовать диссоциации молекул основного вещества диэлектрика. Таким образом, усло- вия работы электрической изоляции становят- ся более тяжелыми также и при увлажнении. Весьма сильно влияет увлажнение на р волокнистых материалов, в которых влага мо- жет образовывать сплошные пленки вдоль во- локон, пронизывающие изоляцию. Гигроскопичные материалы для защиты от действия влаги после сушки пропитывают и (или) покрывают лаками, компаундами и т. п. При сушке электрической изоляции влага из нее удаляется и сопротивление ее растет. Поэтому при повышении температуры р ув- лажненного материала может даже расти (ес- Рис. 2.11. Зависимость удельного поверхност- ного сопротивления ps электроизоляционных материалов от относительной влажности окру- жающего воздуха: / — парафин,- 3 — янтарь; 3 — шеллак; 4 — глазуро- ванный фарфор Рис. 2.9 Рис. 2.10 ли влияние удаления влаги перевешивает влияние повышения температуры), н только после удаления значительной части влаги на- чинается снижение р. При быстром снятии об- ратного хода кривой, пока высушенный мате- риал не успел опять впитать влагу, при повы- шенных температурах получаются значитель- но более высокие значения р, чем при низких температурах (рис. 2.9). Сопротивление изоляции может умень- шаться с повышением приложенного к ней на- пряжения (рис. 2.10). Поэтому сопротивление изоляции (электрической машины, конденса- тора, кабеля и т. д.) по возможности должно измеряться при напряжении не ниже рабочего, чтобы не получить завышенного значения. За- висимость /?из от напряжения объясняется рядом причин: образованием в изоляции объ- емиых электрических зарядов; плохим контак- том между электродами и изоляцией; измене- нием под действием электрического поля фор- мы и размеров включений влаги; ионизацией газовых включений и др. При приложении к диэлектрику постоян- ного напряжения ток обычно спадает с тече- нием времени, приближаясь к некоторому ус- тановившемуся значению сквозного тока утечки. Изменение тока утечки со временем связано с образованием в диэлектрике объем- ных зарядов, с процессами электролиза («электрической очисткой», т. е. удалением из материала ионных примесей) и другими при- чинами (см. о «токе абсорбции» § 2.3). Характер изменения ps диэлектриков от различных факторов (температуры, влажности, величины и времени воздействия напряжения) сходен с характером изменения р, рассмотрен- ным выше; ps гигроскопичных диэлектриков весьма чувствительно к увлажнению (рис. 2.11). Для повышения ps диэлектриков приме- няют (в зависимости от вида диэлектрика) различные приемы; полировку поверхности ма- териала, промывку поверхности кипящей ди- стиллированной водой, прогрев материала прн достаточно высокой температуре, покрытие поверхности лаками, глазурями и т. п. 2.3. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ Важнейшим свойством диэлектриков яв- ляется способность их к поляризации под дей- ствием приложенного электрического напряже- ния. Процесс поляризации представляет собой
22 Общие свойства электроизоляционных материалов Разд. 2 изменение расположения в пространстве имею- щих электрические заряды частиц диэлектрика, причем диэлектрик приобретает индуцирован- ный (наведенный) электрический момент и в конденсаторе, образованном диэлектриком с электродами, образуется электрический заряд Q, Кл, равный Q = C<7, (2.19) где С — электрическая емкость конденсатора (участка изоляции с электродами), Ф, и U— приложенное к конденсатору напряжение, В. Энергия электрического поля, Дж, запа- сенная в участке изоляции с емкостью С, Ф, к которому приложено напряжение U, В: й7=-^ = — 2 2 (2.20) Под действием переменного синусоидаль- ного напряжения с действующим значением U, В, н частотой f, Гц (угловая частота <о, рад/с), через участок изоляции с емкостью С, Ф, про- ходит синусоидальный емкостный ток с дей- ствующим значением 1с, А: Ic=Ua>C = U-2nfC. (2.21) При параллельном соединении нескольких (п) конденсаторов нх общая (результирую- щая) емкость Ср равна сумме емкостей С< всех отдельных конденсаторов /=п сР = 2с(. (2-22) i=i Если же несколько конденсаторов соеди- нено друг с другом последовательно, то ре- зультирующая емкость С„ определяется фор- мулой т. е. в этом случае складываются уже не ем- кости, а обратные емкостям величины отдель- ных конденсаторов. При параллельном соединении конденсато- ров величина Ср больше, чем емкость любого из отдельных конденсаторов, а при последова- тельном соединении Cs меньше, чем емкость каждого из отдельных конденсаторов. Диэлектрическая проницаемость и ее прак- тическое значение. Электрическая емкость кон- денсатора (или, более обще, любого участка изоляции с электродами) зависит как от гео- метрических размеров и конфигурации конден- сатора, так и от вида материала, образующего диэлектрик этого конденсатора. Параметр е,, характеризующий способность материала обра- зовывать емкость, называется относительной диэлектрической проницаемостью *. Значение ег вакуума равно единице, а всякого диэлектрического материала — больше единицы. Пусть Со — емкость вакуумного кон- денсатора произвольной формы и размеров; если, не изменяя формы, размеров и взаимно- го расположения электродов конденсатора, за- полнить пространство между электродами ма- 1 В дальнейшем, краткости ради, слово <отно- сительная» часто опускается. териалом с относительной диэлектрической проницаемостью в,, емкость конденсатора уве- личится в е, раз и будет составлять С = егС0. (2.24) Таким образом, емкость конденсатора дан- ных размеров и формы пропорциональна е., диэлектрика. Ниже приводятся формулы [(2.25) — (2.27)] для расчета емкости С, Ф, конденса- торов практически наиболее важных конфигу- раций. Мы обозначаем ео электрическую постоянную (с. 15), равную 8,854-10~12Ф/м. Произведение еоег=8а называется абсолютной диэлектрической проницаемостью1 диэлектрика; эта величина выражается в Ф/м. Для плоского конденсатора (см. рис. 2.1 н 2.2): С = eoer Sih = 8,854-10-“ er S/h, (2.25) где S, как и ранее, в м2, a h— в метрах. Для цилиндрического конденсатора (см. рис. 2.3): 2я1 2л/ С — еогГ = воВг — ' = Inc^/dj lnr2/r! = 2,42-10-“ er / = 2,42-10-“-----r-— (2.26) Ig^/'-i или при d2—di<^di db “b di tn -4- r- C fa еоег л/-----— = eoer л/-----------= d2 — “1 r2 — rl = 2,78-10—11 er / --2 + dl = d2~ di = 2,78-10-“ er /—2-^--1- ; (2.27) r2— rl Величина / в формулах (2.26) и (2.27) вы- ражена в метрах. Формулы (2.25) — (2.27) спра- ведливы при тех же допущениях, которые от- мечены для формул (2.4) — (2.6). Для изоляции кабелей, систем параллель- ных проводов и т. п. часто вводится понятие удельной (погонной) емкости, т. е. емкости, от- несенной к единице длины кабеля К = СЦ, (2.28) где С — емкость изоляции участка кабеля дли- ной I. Практически удобно определять К в в мкФ/км или, что то же самое, в иФ/м. Так, для одножильного кабеля удельная емкость, нФ/м, между жилой диаметром di (радиусом 1 По ныне действующему ГОСТ, в соответствии с публикацией Международной электротехнической комиссии, абсолютная диэлектрическая проницае- мость обозначается буквой или е (без индекса), а относительная диэлектрическая проницаемость символом е Г (г — первая буква слова relative). Так как по ранее действовавшему ГОСТ обозначение е (без индекса) применялось для относительной ди- электрической проницаемости и обозначение е в этом смысле еще н сейчас встречается в литературе, в Справочнике не используется для диэлектрических проницаемостей обозначение е, за исключением тех случаев, когда недоразумения из-за использования этого сокращенного обозначения исключаются, на- пример в записи ТК е [как следует из формулы (1.3) с. 11. ТК абсолютной и относительной диэлек- трических проницаемостей одинаковы].
§ 2.3. Поляризация диэлектриков 23 И) и металлической оболочкой или экраном внутренним диаметром d{ (радиусом п) ег К = 0,02416-----------= 0,02416 lg dzldt 1g гг!г1 (2.29) или при d2—d\<g.di d2 4- di т9 -4- тi /<«0,0278 8г ч T — =0,0278 er. “2 — ^1 r2—rl (2.30) Для двух параллельных круглых проводов диаметром d (радиусом г) каждый при рассто- янии между их осями h при условии d^Lh и без учета влияния земли К, нФ/м, определяет- ся формулой Л = 0,01208 Sf lg 2h/d = 0,01208 Вт lgh/r (2-31) Та же формула (2.31) определяет удельную емкость между круглым проводом диаметром d (радиусом г) н параллельной ему плоско- стью (например, поверхностью земли), если расстояние между осью провода н плоскостью равно Л/2, причем d<Ch. Для конденсатора или участка изоляции произведение CR ие зависит от геометричес- ких размеров и формы конденсатора н опреде- ляется лишь параметрами (ег н р) диэлектри- ка. Оно равно С/? = 80егр; (2.32) точек А и С, соответствующих /=0 й /= = С/?Из). Чем больше CRK3, тем выше качест- во изоляции конденсатора. На практике обычно выражают С н микро- фарадах, а Низ — в мегаомах, и произведение CRa3 получается в секундах, так как 1мкФ-1МОм= 10~6 Ф-10е Ом=1 Ф-1 Ом=1с. Существование зависимости /?яз от и де- лает уравнение (2.33) приближенным. Относительная диэлектрическая проницае- мость 8г не только определяет способность ма- териала образовывать емкость; она входит в ряд основных уравнений, характеризующих физические процессы, протекающие в диэлект- рике. Так, в соответствии с законом Кулона си- ла взаимодействия F, Н, двух точечных элект- рических зарядов (ji и г/г, Кл, расположенных в неограниченной среде с относительной ди- электрической проницаемостью ег на расстоя- нии друг от друга h, равна р =______.. е0ег-4лй2 (если знаки зарядов qi и q2 различны, имеет место взаимное притяжение зарядов, а если за- ряды <71 и <у2 одноименные — взаимное оттал- кивание). Выражение для напряженности электрического поля, Е, В/м (т. е. отталкиваю- щего усилия, действующего на единичный по- ложительный заряд), создаваемой точечным зарядом q на расстоянии h от него, (2.34) 808г-4л/г! (2.35) в частности, это соотношение видно при сопо- ставлении формул (2.25) с (2.4), (2.26) с (2.5) и (2.27) с (2.6). В формулу (2.32) входит величина объем- ного сопротивления изоляции R. Однако в ря- де случаев (например, для изоляции конденса- тора с тонким диэлектриком и широкими за- краинами) ток поверхностной утечки мал по сравнению с током объемной утечки, так что в эту формулу вместо R может быть подставле- но общее сопротивление участка изоляции /?яз. Произведение CR представляет собой со- противление изоляции, отнесенное к единице емкости. Это произведение характеризует н процесс саморазряда конденсатора: конденса- тор, имеющий емкость С н сопротивление изо- ляции R, находившийся под постоянным на- пряжением /70 и оставленный разомкнутым после отключения источника напряжения, по- степенно разряжается. Уравнение криной паде- ния напряжения и на электродах конденсато- ра н функции времени I, считая с момента от- ключения источника напряжения (рис. 2.12), для схемы замещения рис. 2.13 имеет внд: “ = ехр (— \ Таким образом, имеющее размерность вре- мени произведение CR есть постоянная вре- мени саморазряда конденсатора, т. е. нремя, в течение которого напряжение иа конденсаторе уменьшается в е=2,718... раза, равное в соот- ветствующем масштабе подкасательной к кри- вой u(t) в любой ее точке (иа рис. 2.12 пока- зано построение подкасательных ОВ и BD для (2.33) выводится из (2.34) подстановкой <7i=<7 и <72=4-1 Кл. Как уже отмечалось, поляризация прояв- ляется как образование в объеме диэлектрика V отличного от нуля индуцированного элект- рического момента, равного геометрической сумме Sp моментов, Кл-м, всех поляризован- ных молекул диэлектрика, находящихся в объ- еме V. Поляриэованность Р, Кл/м2,— величи- на, численно характеризующая интенсивность поляризации диэлектрика и равная пределу отношения электрического момента некоторого объема диэлектрика к этому объему, когда по- следний стремится к нулю. В наиболее про- Рис. 2.12. Зависимость напряжения на конден- саторе при его саморазряде от времени Рис. 2.13. Схема замещения для рассмотрения саморазряда конденсатора (к рис. 2.12)
24 Общие свойства электроизоляционных материалов Разд. 2 стом случае однородного поля (плоского кон- денсатора) с объемом диэлектрика между электродами V=Sh (см. рис. 2.1 и 2.2) Р равна: , (2.36) V Sh a Sp равна произведению поверхностной плот- ности а связанных электрических зарядов на поверхностях раздела диэлектрика и электро- дов (в глубине диэлектрика положительные и отрицательные заряды взаимно компенсируют друг друга) на объем диэлектрика Sp = oSh, т. е. поляризованиость Р равна поверхностной плотности а связанных зарядов в диэлектрике. Для большинства диэлектриков, а именно для так называемых линейных диэлектриков, поляризованиость Р прямо пропорциональна напряженности электрического поля Е в дан- ной точке диэлектрика и равна Р = е0Хг£. (2.37) Безразмерный параметр диэлектрика X' называется (относительной) диэлектрической восприимчивостью, а произведение So/a — абсолютной диэлектрической восприимчиво- стью. У нелинейных диэлектриков (к которым, в частности, относятся сегнетоэлектрики — см. т. III Справочника) пропорциональности меж- ду Р и Е не наблюдается. Электрическое смещение D, К л/м2, опреде- ляется выражением D = в0Е -L- Р — ейвт Е. (2.38) Связь между относительной диэлектричес- кой проницаемостью и диэлектрической воспри- имчивостью электроизоляционного материала вг = Хг4-1. (2.39) Накопленная в заряженном конденсаторе энергия электрического поля, отнесенная к еди- нице объема диэлектрика (плотность энергии), w, Дж/м3, в месте, где значение напряженно- сти электрического поля составляет Е, В/м, равна 80ег £2 DE w —------------=--------. 2 2 (2.39') Значение диэлектрической проницаемости важно и для расчета напряженности электри- ческого поля в многослойных диэлектриках. Простейший случай плоского двухслойного конденсатора представлен на рис. 2.14. Обо- значим: hi и /г2 — толщины слоев; еп и ег2 — относительные диэлектрические проницаемо- сти материалов слоев; £] и £2 — напряженно- сти поля в слоях; Ui и U2—напряжения на слоях; U — полное напряжение между обклад- ками У и Z конденсатора. В этом случае нап- ряженности электрического поля, В/м, в слоях: „ U Ei — е^2 ; «18,2 4" ^2еп и Е2 = ег1---------------- (2.40) ^1ег2 4“ h2&ri Ui = и напряжения. В, на слоях: 6,2 hjU hiBr2 4- h2Brl ____Brih2U hi&r2 4" h2e,ri (2.41) (/2 = График падения потенциала в функции расстояния от электрода У представлен на рис. 2.14 ломаной PQR, а график значений Е — ломаной KLMNT; тангенсы углов Pt и |32 про- порциональны значениям Ех и £2 соответствен- но. Если бы в пространстве между обкладка- ми конденсатора У и Z находился только одни диэлектрик (с совершенно произвольной ег), то мы имели бы случай простейшего плоского конденсатора с однородным полем; в этом случае падение потенциала определилось бы пунктирной прямой PR, а напряженность по- ля— пунктирной горизонтальной прямой ST, а напряженность поля во всем объеме диэлект- рика между электродами была бы одинаковой и равной E—U/h, причем Р1<Ро<Рг и £]< <£о<£2. В общем случае многослойного (п слоев) плоского конденсатора U Et =-------; Ui^Ethi, (2.42) где U — полное напряжение на конденсаторе, a Ui, Е,, hi и BTi — соответственно напряжение, напряженность электрического поля, толщина и относительная диэлектрическая проницае- мость для каждого слоя. Таким образом, слои диэлектриков с боль- шей ег стремятся «разгрузиться» и «перело- жить» часть электрического напряжения на слои с меньшей вг. В особенно невыгодном по- ложении оказываются воздушные прослойки Рис. 2.14. Картина электрического поля в двух- слойном плоском конденсаторе (случай eri>8rz)
§ 2.3. П оляризация диэлектриков 25 Рис. 2.15. Преломление силовой линии электри- ческого поля на границе раздела сред с ди- электрическими проницаемостями eri и егг (случай еГ1>егг) Рис. 2.16. Создание неоднородности поля при введении в диэлектрическую среду цилиндриче- ских (или шаровых) включений (случай 8ri < Ста) внутри изоляции (или между изоляцией и электродами при неплотном прилегании по- следних). Благодаря малой ег и малой элект- рической прочности газов в таких прослойках легко возникают частичные разряды (см. ниже). Для цилиндрического конденсатора (см. рис. 2.3) для точки в диэлектрике между элект- родами, находящейся на расстоянии х от оси конденсатора (Г[<х<г2), напряженность Ех равна; (Г[<х<г2), напряженность Е- U Е. Го Го xln—X 1g — (2.43) Таким образом, в цилиндрическом конден- саторе (даже с однородным диэлектриком) поле неоднородно: наибольшая напряженность имеет место в точках диэлектрика, непосредст- венно примыкающих к внутреннему электроду (х=Г1): 0,4343(7 —----------, (2.44) Е_________У— стах — In — Г1 lg — а наименьшая — в точках, примыкающих к внешнему электроду (х=г2). Однако и в этом случае значение ег диэлектрика в формулы (2.43) и (2.44) не входит. Если же диэлектрик цилиндрического кон- денсатора многослойный (п слоев), то напря- женность в 1-м слое на расстоянии х от осн кон- денсатора (гцсхсг2>) зависит от значений ег> материалов слоев и равна: U Ех (2-45) X «rt (V, как и ранее, — полное напряжение на кон- денсаторе; rti и r2i — внутренний и внешний радиусы 1-го слоя). Как видно из сопоставления формул (2.40) и (2.45), в отличие от случая многослойного плоского конденсатора порядок расположения материалов в слоях цилиндрического конден- сатора влияет на значения Е в отдельных сло- ях. Для того чтобы получить наиболее выгод- ное распределение напряженностей (т. е. по- лучение наиболее низких £г), нужно помещать во внутренние слои многослойного цилиндри- ческого конденсатора диэлектрики с большими ег (градирование изоляции). Это — частный случай общего правила: в неравномерном поле для уменьшения электрической нагрузки элект- роизоляционных материалов следует в места с наибольшим электрическим смещением поме- щать материалы с наибольшей ег. Формулы (2.40)—(2.42) и (2.45) и сооб- ражения о градировании изоляции справедли- вы для работы многослойной изоляции под пе- ременным напряжением (и притом для случая малого tg б, см. ниже). Для расчета устано- вившегося поля в многослойной изоляции, ра- ботающей под постоянным напряжением, в че- тыре упомянутые формулы следует вместо зна- чений 8Г подставлять значения удельной объ- емной проводимости у материалов соответст- вующих слоев. В случае перехода электрического поля из одного диэлектрика в другой (рнс. 2.15) соот- ношение углов <Х1 и а2 между направлениями векторов напряженности поля нормально к по- верхности раздела (под переменным напряже- нием) определяется формулой tgO] _ 6Г1 tg«2 ег2 (2.46) В частном случае направления векторов напряженности поля по нормали к поверхности раздела (сюда относятся случаи как плоского, так н цилиндрического многослойных конден- саторов) а; = а2=0 независимо от значений 8ri н ег2. Отметим еще случай, когда в находящуюся в однородном электрическом поле среду с от- носительной диэлектрической проницаемостью 8ri вводятся включения другого материала с относительной диэлектрической проницаемо- стью ег2. Это — модель таких неоднородных (композиционных) электроизоляционных ма- териалов, как пластмассы, компаунды и пр. с наполнителями, пропитанная волокнистая изо- ляция и т. п. В этом случае поле становится неравномерным; при m = er2/8ri>l на границах раздела создаются напряженности поля, в k раз (k — коэффициент неоднородности поля) превышающие напряженность равномерного по- ля, существовавшую до введения включений. Особенно большие значения Е получаются, ес- ли включения имеют выступы с малым радиу- сом закругления («эффект острия»). Если включения имеют форму цилиндров, то наибольшие значения k получаются в точ- ках А и В при расположении оси цилиндра перпендикулярно силовым линиям равномер- ного поля, существовавшего до введения вклю- чений (рис. 2.16). При этом _____2m_____ m — У(т— 1) + 1 (2.47) где у — объемная концентрация включений. На рис. 2.17 представлены графики значений k в функции у при различных т; при больших у формула (2.47) становится неточной. Если у
26 Общие свойства электроизоляционных материалов Разд. 2 весьма мало, то формула (2.47) преобразуется в формулу 2m k m 1 (2.47') наибольшее возможное значение k из форму- лы (2.47') прн ш, стремящемся к бесконечно- сти, равно femax=2, т. е. цилиндрическое вклю- чение с весьма высокой ег способно создать уд- воение напряженности электрического поля. Еще большую степень неоднородности по- ля создают шаровые включения; прн весьма малом у формула для шаровых включений, аналогичная формуле (2.47) для цилиндричес- ких включений, имеет вид: 3m я =------, m + 2 (2.47") т. е. при т->оо шаровое включение способно создать утроение напряженности. Значения диэлектрической проницаемости в? и магнитной проницаемости рг (см. т. III Справочника) определяют условия распростра- нения электромагнитной волны в веществе. Фа- зовая скорость распространения электромаг- нитной волны в веществе, м/с, равна согласно теории Максвелла v = c/Verpr , (2.48) где с — скорость света в вакууме. Показатель преломления света п — ~ = P<grp,r . (2.48') Уравнения (2.48) и (2.48') действительны лнщь для электронного механизма поляриза- ции и отсутствия диэлектрических потерь (см. ниже). Вводя значение магнитной постоянной (см. с. 15) ро = 4л-10—’ Гн/м я» 1,257-10—8 Гн/м и учитывая, что ео Цо= 1/с2, можно переписать уравнение (2.48) в виде: (2.48") V 8оег Ио Иг Произведение ЦоЦг называется абсолютной магнитной проницаемостью аналогично термя- Рнс. 2.17. Зависимости коэффициента неравно- мерности поля k от объемной концентрации цилиндрических включений при различных зна- чениях отношений т = ег2/еп по формуле (2.47). ну «абсолютная диэлектрическая проницае- мость» для произведения еоег. Таким образом, при входе нз вакуума в диэлектрик с параметрами е, и р, электро- магнитная волна снижает свою скорость в п=У^вг цг раз. Соответственно уменьшает- ся н длина волны X=v/f по сравнению с дли- ной волны в вакууме Kn—cjf (здесь f — часто- та, Гц). Волновое сопротивление диэлектрика Z, Ом, т. е. отношение амплитуд взаимно перпен- дикулярных векторов напряженностей элект- рического н магнитного полей волны Z—E/H, равно: Z = l/' • (2.49) V BqBt Для большинства диэлектриков можно по- лагать Цг — 1, почему формулы (2.48)—(2.49) упрощаются и принимают вид: о — с/V вг ; п — V вг ; Z—V^ роеоег. (2.50) Для вакуума не только цг=1, но и ег=1, так что о0 = с; «0= 1; zo = = Vр0/е0 « 376,73 Ом « 120л Ом. Диэлектрические проницаемости различных веществ существенно различаются. Значение Вт газов близко к единице (так, для воздуха при нормальных термодинамических условиях дав- ления и температуры ег= 1,00058) и при ори- ентировочных расчетах принимается равным единице. Для большинства практически приме- няемых жидких и твердых электроизоляцион- ных материалов вг порядка нескольких единиц, реже — нескольких десятков и весьма редко более 100. Некоторые сегнетоэлектрики (см. т. III Справочника) в определенных условиях могут иметь весьма нысокне значения вг — по- рядка тысяч и даже десятков тысяч. Физическая сущность поляризации диэлект- риков. В то время как ток проводимости (утеч- ки) существует все время, пока к диэлектри- ку приложено извне постоянное напряжение, емкостный ток возникает лишь при изменении значения приложенного напряжения. Как уже отмечалось, в участке диэлектрика с емкостью С, находящемся под воздействием (специаль- ного) синусоидального напряжения U, В, ем- костный ток также синусоидальный и его дей- ствующее значение определяется формулой (2.21). Существует большое число различных фи- зических механизмов поляризации. Отметим из них лишь некоторые, наиболее типичные. Электронная поляризация — смещение ор- бит электронов относительно атомных ядер. Электронная поляризация устанавливается при наложении внешнего электрического поля за чрезвычайно короткое время (порядка 10-ls с). Она наблюдается у всех диэлектриков (незави- симо от возможного наличия в них и других видов поляризации). Ионная поляризация (у диэлектриков ион- ного строения) — смещение относительно друг друга ионов, образующих молекулу. Эта поля- ризация протекает за промежутки времени, большие, чем электронная, но все же весьма малые (порядка 10“13 с),
• § 2.3. Поляризация диэлектриков 27 Таблица 2.1. Значения показателей преломления света п и относительной диэлектрической проницаемости ег различных диэлектриков Диэлектрик Агрегатное состоя- ние п пг 5- Неполярные диэлектрики Гелий Не Газообразное 1,000035 1,000070 1,000072 Водород Н2 1,00014 1,00028 1,00027 Кислород Ог 1,00027 1,00054 1,00055 Азот N2 1,00030 1,00060 1,00060 Этилен С2Н4 1,00065 1,00130 1,00138 Тетраформ СС14 Жидкое 1,46 2,13 2,24 Бензол СвН, 1,50 2,25 2,28 Толуол С7Н8 1,50 2,25 2,24 Парафин Твердое 1,44 2,10 2,2 Полистирол 1,55 2,40 2,6 Сера 1,92 3,69 2,8 Алмаз 2,40 5,76 5,7 Полярные газы и жидкости и ионные кристаллы Аммиак NH3 Газообразное 1,00018 1,00037 1,00072 Хлороформ CHCI3 1,446 2,09 5,1 Монохлорбеизол СвН6С1 Жидкое 1,523 2,33 10,1 Вода Н2О 1,333 1,78 81 Хлористый натрий NaCl Твердое 1,54 2,37 6,0 Кальцит СаСОз 1,66 2,78 6,1 Глет РЬО 2,60 6,76 26 Рутил ТЮ2 2,7 7,3 НО* • Полнкристаллический рутил; параллельно главной кристаллографической оси ег = 173. Дипольная поляризация — поворот («ори- ентация») дипольных молекул в полярных ди- электриках. Она принадлежит к числу «мед- ленных» видов поляризация; время установле- ния ее значительно больше, чем время установ- ления ионной поляризации. Обычно время поляризации оценивается по времени релаксации, т. е. постоянной времени т процесса уменьшения индуцированного элект- рического момента Sp некоторого объема ди- электрика, протекающего по экспоненциально- му закону; 2р = 2роехР (—^)> (2.51) где Spo — электрический момент в момент вре- мени t=Q, соответствующий снятию напряже- ния с диэлектрика. Медленные виды поляриза- ции иногда называются релаксационными; они связаны с необратимыми затратами электри- ческой энергии в диэлектрике (см. § 2.4). У неполярных диэлектриков однородной структуры может иметь место лишь электрон- ная поляризация. Эти диэлектрики имеют срав- нительно малую 8г (например, для жидких и твердых углеводородов в, в пределах от 1,9 до 2,8). Для этих диэлектриков должна соблю- даться связь ег=п2 согласно формуле (2.50). Прн наличии ионной поляризации ег<п2. В полярных диэлектриках, когда возможна «ориентационная» поляризация, также наблю- дается превышение ег над п2. Примеры даны в табл. 2.1 (для веществ при нормальных усло- виях давлении и температуры, при низкой час- тоте). Диэлектрическая проницаемость полярного вещества тем больше, чем больше постоянный электрический (дипольный) момент молекулы (см. выше) н чем меньше размеры молекулы. Так, весьма большое значение в, воды объяс- няется большим постоянным моментом молеку- лы и малой молекулярной массой. Все спирты имеют практически одинаковый постоянный дипольный момент молекулы, равный прибли- зительно 5-10~30 Кл-м, создаваемый наличием гидроксильной группы — ОН; но при увеличе- нии молекулярной массы, т. е. при увеличении углеводородного остатка спирта, ег уменьша- ется. Так, для метилового спирта СНзОН зна- чение ег=34; для этилового спирта С2Н5ОН 8г = 26 и для пропилового спирта С3Н7ОН вг= = 22. Зависимость е, от частоты f приложенного напряжения. Так как время установления элек- тронной поляризации весьма мало (см. выше), то даже при наиболее высоких частотах, при- меняемых в современной электротехнике и ра- диоэлектронике, поляризация неполярных ди- электриков успевает полностью установиться за время, которое пренебрежимо мало по сравне- нию с полупериодом переменного напряжения.
Общие свойства электроизоляционных материалов Разд. 2 Рис. 2.18. Зависимости диэлектрической про- ницаемости ег от частоты для твердых непо- лярных диэлектриков: а — политетрафторэтилен (фторопласт-4); б — поли- стирол; в — полидихлорстирол. По 5. М. Тарееву и П. И. Завалишину. Рис. 2.20. Зависимости диэлектрической про- ницаемости ег от температуры для неполярных диэлектриков: / — парафин; 2 — полистирол Поэтому е- неполярных диэлектриков от f не зависит (рис. 2.18). У полярных диэлектриков при повышении частоты ет сначала также остается неизмен- ным, но начиная с некоторой критической час- тоты fKt когда поляризация уже не успевает полностью установиться за один полупериод, 8г снижается (рис. 2.19, а). Зависимость ег от температуры Т. У не- полярных диэлектриков ег слабо зависит от Т, уменьшаясь при повышении Т вследствие теп- лового расширения вещества, т. е. уменьшения количества поляризующихся молекул в едини- це объема вещества. Пример — рис. 2.20 (рез- кое изменение е, на графике для парафина со- ответствует температуре плавления этого кри- сталлического материала, связанного со скач- кообразным изменением плотности вещества). У диэлектриков ионного строения ег при росте Т обычно возрастает (рис. 2.21). Однако у некоторых ионных кристаллов (TiOj, СаТЮз и др.) ег при росте температуры уменьшается. У полярных диэлектриков в области низ- ких Т, когда вещество обладает большой вяз- костью или даже находится в кристаллическом состоянии, ориентация дипольных молекул не- возможна или, во всяком случае, затруднена. При повышении Т возможность ориентации диполей облегчается, вследствие чего ет суще- ственно возрастает. Однако при еще более вы- соких Т вследствие усиления хаотических теп- ловых колебаний молекул степень упорядочен- ности ориентации молекул снижается, поэтому Вт, пройдя через максимум, уменьшается (рис. 2.22). Связь между ТК емкости (ТКС) конден- сатора и ТК диэлектрической проницаемости (ТК е) его диэлектрика (при упрощающем предположении, что электроды имеют тот же ТК/, равный а, что и диэлектрик; это справед- ливо, в частности, в том случае, когда электро- ды образованы тонкими проводящими слоями, нанесенными на поверхность твердого диэлек- трика) определяется формулой ТКС=ТКе + а. (2.52) Иногда (например, при конструировании радиоаппаратуры, работающей в услових ме- няющейся температуры) требуется обеспечить практическую независимость емкости конденса- тора от температуры, т. е. создать термоком- пенсированный конденсатор. Для разрешения этой задачи имеются два пути. Во-первых, возможно применить систему двух (или более) параллельно или последова- тельно соединенных друг с другом конденсато- ров, ТК С которых имеют различные знаки (один — положительный, а другой — отрица- тельный). Для случая параллельного соедине- ния (p-схема) двух конденсаторов, имеющих емкости С] и С2 и ТК емкости соответственно ТК Ci и ТК С2, результирующая емкость на- ходится из формулы (2.22), а ТК результиру- ющей емкости равен ТК Ср — + (2.53) Ci + Сг условие температурной компенсации: ТКСР—0, откуда Рис. 2.19. Зависимости ег и tg б полярного диэлектрика (поливииилацетата) от частоты и температуры: а — зависимости ег от частоты f при различных температурах (значения температуры указаны прн кривых); б — зависимости tg 6 от f при различных температурах (значения температуры указаны при кривых); в — зависимости tg 0 от температуры при различных / (значения / указаны при кривых)
§ 2.3. Поляризация диэлектриков 29 Рнс. 2.21. Зависимости относительной диэлек- трической проницаемости вт стекол от темпе- ратуры. Частота 10 ГГц. По М. Д. Машкович: / — бесщелочиое стекло С48-3; 2 — оконное • стекло Рис. 2.22. Зависимость диэлектрической про- ницаемости нитробензола от температуры. Частота 50 Гц Рис. 2.23. Характер зависимостей диэлектриче- ской проницаемости (а) и ее температурного коэффициента (б) смеси двух компонентов А и В от их объемного содержания в смеси: 1 — параллельное соединение компонентов; 2 — после- довательное соединение компонентов; 3 — неупорядо- ченная смесь C1-TKC1-f-C2-TKC2 = 0. (2.53') При последовательном соединении (s-схе- ма) двух конденсаторов результирующая ем- кость находится из формулы (2.23), а ТК ре- зультирующей емкости равен Сг-ТКСг + СуТКСх условие температурной компенсации Ci-TKCz + CrTKQ = 0. (2.54) (2.54') Следствием из формул (2.53') и (2.54') яв- ляется положение о том, что для любой пары единичных конденсаторов с произвольными значениями емкости С и С2 и температурных коэффициентов емкости ТК Ci и ТК С2 алгеб- раическая сумма температурных коэффициен- тов емкости систем, образованных параллель- ным и последовательным соединением этих конденсаторов, ТК Ср и ТК Cs равняется ал- гебраической сумме температурных коэффици- ентов емкости единичных конденсаторов: ТК Ср + ТК Cs = ТК Ci + ТК С2. (2.55) Во-вторых, задачу температурной компен- сации емкости можно разрешить и с примене- нием лишь одного конденсатора, но с диэлек- триком, представляющим собой смесь двух ма- териалов, имеющих различные знаки ТК е [см. формулу (2.51)]. Помимо частоты и температуры другие факторы также могут оказывать влияние на диэлектрическую проницаемость. Так, е, гигро- скопичных диэлектриков обычно возрастает при увеличении влажности. Диэлектрическая проницаемость смесей. На практике часто приходится встречаться с зада- чей определения «эффективной» диэлектриче- ской проницаемости еЛ композиционного ди- электрика, представляющего собой смесь двух (или большего числа) компонентов. Для модели плоского конденсатора, диэлек- трик которого состоит из двух сплошных ди- электриков, имеющих различные вг, обозначая относительные диэлектрические проницаемости компонентов eri и ег2 и их объемные концент- рации г/, и у2 (очевидно, что у\ + уг = 1), имеем: а) для параллельного соединения е* = еп + У2 6Г2; (2-56) б) для последовательного соединения (двухслойный диэлектрик) •__ eri ег2 ' У1&Г2 + У2ег1 (2.56') Формулы (2.56) и (2.56') могут использо- ваться в ряде практических случаев. В. Т. Рен- не установил, что для конденсаторной бумаги достаточно хорошо подходит модель последова- тельно соединенных слоев клетчатки н воздуха или (для случая пропитанной бумаги) клетчат- ки, пропиточной массы и остатков воздуха. Во многих практических случаях (пласти- ческие массы, керамика н т. п.) мы имеем де- ло с неупорядоченной («статистической») смесью компонентов. В этом случае вг нахо- дится между значениями, определяемыми фор- мулами (2.56) и (2.56'), что схематически пред- ставлено на рис. 2.23, а. Отметим одну из при- ближенных формул для расчета вг статистиче- ской смеси — формулу Лихтенекера или «лога- рифмический закон смешения»: iSe*r = y1lgBrl +У21ё&г2, (2.57) где, как и выше, eri и ег2— диэлектрические проницаемости компонентов, а г/> и г/г—их объемные содержания в смеси. Для упрощения расчетов по формуле (2.57) может быть использована номограмма рис. 2.24. На трех ее шкалах отложены eri/er2 (для случая eri>er2), гд и вг/вг2. Соответству- ющие условию (2.57) точки на этих шкалах лежат на одной прямой, так что по двум из- вестным значениям легко находится третье. В виде примера на номограмме показано на- хождение вг для пластической массы, состоя- щей из 20 % (об.) (г/] = 0,2) наполнителя — по- рошка рутила (8,1=110, см. табл. 2.1) и 80 % (об.) (г/2=0,8) связующего — полистирола (еГ2 = 2,6; см. табл. 2.1). Пунктирная прямая, соединяющая точки e,i/8r2 = 110/2,6=42,3 и у, = 0,2, пересекает третью шкалу в точке е* ег_, = 2; таким образом, вг =2-2,6 = 5,2. Для «вспененных» пластмасс (пеноплас- тов), т. е. твердых материалов, содержащих
30 Общие свойства электроизоляционных материалов Разд. 2 большое количество мелких пор, заполненных газом, полагая в формуле (2.57) eri равной от- носительной диэлектрической проницаемости ег» сплошного (не содержащего пор) материа- ла, приравнивая к величине у\ отношение сред- ней плотности вспененного материала Da к плотности сплошного материала ии и прини- мая для газа егг=1 и плотность £>2=0, имеем: lg er == 1g вщ, (2-58) ‘-'м т. е. график зависимости логарифма относи- тельной диэлектрической проницаемости вспе- ненного материала от его средней плотности должен представляться прямой линией. На рис. 2.25 представлен такой график для поли- стирола, построенный для параметров сплош- ного полистирола: ег=2,6 и плотность 1050 кг/м3. Формула (2.57) пригодна для расчета ие только диэлектрической проницаемости, но и ряда других параметров — магнитной прони- цаемости, коэффициента теплопроводности и т. п. — смесей (во всех случаях имеется в виду, что компоненты образуют тесную физи- ческую смесь, но не реагируют друг с другом химически). Если приходится иметь дело не с объемны- ми концентрациями yi и уз компонентов в сме- Рис. 2.25. Зависи- мость относительной диэлектрической про- ницаемости е, пено- полистирола от его средней плотности си, а с их массовыми концентрациями Xi и ха (очевидно, xi+x2=l), используются элементар- ные формулы арифметического правила сме- щения D* D* = Х1~БГ ’ У2= Х2"оГ; D* = уЛ + y2D2, (2.59) где Di, Di и D* — плотности 1-го и 2-го компо- нентов и смеси соответственно. ТК диэлектрической проницаемости стати- стической смеси в соответствии с формулами (2.57) и (1.2) равен ТКе* = У1ТКе1 + г/2ТКе2. (2.60) Статистическая смесь пригодна для изго- товления термокомпенсироваииого конденсато- ра при условии: J/iTKe1 + y2TKe2 = 0. (2.61) Для более общего случая смешанного ди- электрика, состоящего из п компонентов, име- ем формулы: а) для параллельного соединения компо- нентов п ^=^У1^ (2-62) 1=1 б) для последовательного соединения ком- понентов п егг: (2,63) в) для неупорядоченной смесн компонентов !ge’ = 2 yifezn (2.64) 1=1 и ТКе* = 2^ТКе«- <2'65) <=1 2.4. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ Диэлектрические потери — электрическая мощность, поглощаемая в диэлектрике (участ- ке изоляции) под действием приложенного к нему напряжения. Эта мощность рассеивается, превращаясь в теплоту. Помимо полных диэлектрических потерь Р во всем участке изоляции часто рассматрива- ют также удельные диэлектрические потери р (или плотность мощности потерь), т. е. пре- дел отношения потерь к объему изоляции, ког- да последний стремится к нулю. В частном слу- чае однородного электрического поля (плоский конденсатор, см. с. 18) с однородным же ди- электриком удельные диэлектрические потери равны частному от деления полных диэлектри- ческих потерь на объем диэлектрика между электродами. В случае же неоднородного поля удельные потери в разных точках диэлектрика различны, так как различны напряженности электрического поля в разных точках; кроме того, если диэлектрик неоднороден, прн расчете удельных потерь необходимо учитывать и раз-
§ 2.4 Диэлектрические потери 31 личие в параметрах диэлектрика в разных час- тях объема изоляции. Если участок изоляции с сопротивлением 7?из, Ъм (см. § 2.2), находится под постоянным напряжением U, В, значение диэлектрических потерь, Вт, равно: Р = £72/Яиз = <Л = /2ЯИЗ, (2.66) где I — сквозной ток утечки через изоляцию, А. Удельные диэлектрические потери, р, Вт/м3, в этом случае определяются по формуле р=£2/р=£2у, (2.67) где р — удельное объемное сопротивление ди- электрика, Ом-м, а у — его удельная объемная проводимость, См/м. Однако чаще всего рассматриваются ди- электрические потери не под постоянным, а под переменным напряжением. Значение по- терь, Р, Вт, на участке изоляции с емкостью С, Ф, при действующем значении приложенно- го к этому участку синусоидального напряже- ния U, В, и частоте /, Гц (угловая частота w=2nf, рад/с), равно (на основании диаграм- мы рис. 2.26 при /р = £7<оС): P = £72wCtg6, (2.68) где 6 — угол диэлектрических потерь, дополня- ющий до 90° угол сдвига фаз <р между током 1 в изоляции и напряжением. Тангенс этого уг- ла равен отношению активного /а и реактивно- го /р компонентов тока I: tg6 = Za//p. (2.69) Угол диэлектрических потерь (обычно ука- зывается не сам угол, а его тангенс) — важ- нейший параметр как материала (диэлектри- ка), так и электроизоляционной конструкции (участка изоляции). Добротность изоляции Q— величина, обратная тангенсу угла потерь: l/tg6 = ctgfi = tgq> = Zp/Za- (2.69') Значения tg б для лучших электроизоля- ционных материалов, применяемых в технике высоких частот и высоких напряжений, состав- ляют тысячные и даже десятитысячные доли единицы; для материалов более низкого каче- ства, применяемых в менее ответственных слу- чаях, tg б может быть много больше. Формула (2.68) справедлива для любых размеров и любой формы электродов и ди- электрика. Если же требуется изучить распре- деление диэлектрических потерь в разных мес- тах изоляции, то для расчета удельных диэлек- трических потерь р, Вт/м3, в точке, где напря- женность электрического поля равна Е, В/м, могут быть использованы формулы р = E2we0ez tg6 (2.70) Рис. 2.26. Векторная ди- аграмма токов в диэлек- трике с потерями (для схемы рис. 2.27) или р = 5,56-10-u&fer tg6, (2.71) пригодные для любой картины электрического поля, а также для неоднородного диэлектрика, который в разных местах обладает различными параметрами. Произведение ег tg б называется коэффи- циентом диэлектрических потерь материала. Величина уа, См/см, ?а = 5,56.10—и/ег tg6 (2.72) представляет собой удельную (объемную) ак- тивную проводимость при переменном напря- жении материала; она входит в формулу р=Е^а. (2.73) Обычно (при одном и том же значении Е) потери под переменным напряжением больше, чем потери под постоянным напряжением; это положение отражается неравенством, связыва- ющим удельное объемное сопротивление ди- электрика при постоянном напряжении р, Ом-м, с параметрами ег и tg6, измеренными иа переменном напряжении при частоте f, Гц: /рег tg 6 > 1,8-10“. (2.74) В некоторых случаях (газообразные ди- электрики при малых Е; неполярные жидкости, например, тщательно очищенное трансформа- торное масло; неполярные твердые полимеры) потери при постоянном и переменном напря- жении той же частоты практически одинаковы, так что неравенство (2.74) обращается в ра- венство, и тогда tg 6 при частоте f может быть вычислен по формуле 1,8.10“ у tg б =----Ч-------= 1,8-10“ —. (2.75) /вг р fa Для диэлектрика прн синусоидальном на- пряжении возможно также рассматривать от- носительную диэлектрическую проницаемость как комплексную величину: 3 = е' + /е’, (2.76) действительная часть которой ег представля- ет собой обычную диэлектрическую проницае- мость, а мнимая ег — коэффициент потерь er = er; е" = er tg 6 = er tg б. Схемы замещения диэлектрика с потеря- ми. При изучении поведения диэлектрика с по- терями при переменном напряжении часто ока- зывается целесообразным заменить рассматри- ваемый диэлектрик емкостью без потерь и ак- тивным сопротивлением, соединенными между собой параллельно или последовательно. В первом случае (рис. 2.27) tg б = - „ 1-- ; Р = £72<вСр tg 6. (2.77) Во втором случае (рис. 2.28) tg б tg6 = coCsPs; Р ~ иЪС3 • (2.78) 1 + tg* о
32 Общие свойства электроизоляционных материалов Разд. 2 Рис. 2.27. Простейшая параллельная схема за- мещения диэлектрика с потерями Рис. 2.28. Простейшая последовательная схема замещения диэлектрика с потерями и реактивную Связи между Ср и Cs и между Rp и R, при переходе от параллельной модели диэлектрика к последовательной и обратно р С5 = Ср(1+^6); = (2.79) При малом tg 6 можно считать C=CS = CS. Если tg6 велик, расчетное значение емкости С (а следовательно, и ег, если последняя вычис- ляется из значения емкости и геометрических размеров диэлектрика) зависит от выбора мо- дели диэлектрика и, таким образом, становится неопределенной. Значение tg б от избранной схемы замещения не зависит. Физическая сущность диэлектрических по- терь. Если диэлектрик длительно включен под постоянное напряжение, то потери мощности в нем объясняются прохождением сквозного тока утечки через сопротивление изоляции [см. формулы (2.66) и (2.67)] и аналогичны по- терям по закону Джоуля—Ленца в провод- никах. Зависимость от времени t тока i, идущего через диэлектрик после включения под посто- янное напряжение U, обычно имеет вид, пока- занный на рис. 2.29; ток i можно представить как сумму двух составляющих: 1 = £<ю + 1'абС > где значение i«,, к которому стремится i при есть не что иное, как сквозной ток утеч- ки (см. § 2.2), a iasc—ток абсорбции. Если исключить из рассмотрения начальный участок ОР графика 1(f)—рис. 2.29, то затухающий во времени ток абсорбции может быть пред- ставлен формулой / t \ ( t\ ‘абс = Пзехр ( — — I = ia6c0 exp I — у I. (2.80) Здесь s — имеющая размерность проводимости величина, вообще говоря, не равная проводи- мости для сквозного тока G [см. формулу (2.1)]; т — постоянная времени затухания тока абсорбции; 1абсо = Пз— значение 1абс для Z = 0. Появление тока абсорбции в разных ди- электриках вызывается различными причинами: процессами дипольной поляризации (в поляр- ных диэлектриках), миграционной поляризации, других видов релаксационной поляризации и т. п. При работе диэлектрика под синусоидаль- ным напряжением угловой частоты со, если справедлива формула (2.80), ток абсорбции яв- ляется также синусоидальным, имеющим две составляющие: активную со2т2 абс = US ш2т? + 1 (2.81) Построим теперь векторную диаграмму, изображенную на рис. 2.26, более подробно (рис. 2.30). Как видно, через диэлектрик идут три синусоидальных тока: а) емкостный ток, опережающий напряже- ние на 90°; он равен 7емк = г/а>Сг, (2.83) где Сг — «геометрическая» емкость [см. форму- лы (2.90)—-(2.90")]; б) ток абсорбции Лбе с активным и реак- тивным компонентами согласно формулам (2.81) и (2.82); угол ф определяется из соот- ношения tg ф = сот; (2.84) в) сквозной ток проводимости, равный со- гласно формулам (2.1) и (2.2) ICKv = UG=VIR. Таким образом, наличие тока абсорбции приводит к увеличению измеренных на посто- янном напряжении параметров участка изоля- ции — как активной проводимости (сверх зна- чения G), так и емкости (сверх значения Сг). Составляющие тока I, которые мы обозна- чили на диаграмме рис. 2.26 через /а (актив- ная составляющая) и /р (реактивная состав- ляющая), равны / С02Т2 \ /а = /абс + /скв = М2Т2+Т + G)' {2 — /абс /емк = Ш2Т2 1 ’ (2.86) Рис. 2.29. Зависимость тока через диэлектрик от времени с момента включения под постоян- ное напряжение Рис. 2.30. Векторная диаграмма токов в ди- электрике с потерями (более подробная, чем на рис. 2.26)
§ 24. Диэлектрические потери ЗВ а тангенс угла диэлектрических потерь ________"Ч,<° + Ч + ° . (2,ВТ) /, »1я + С,((А*+1)) Зависимость tg 6 от частоты. Уравнение (2.87) соответствует графику tg3(co), изобра- женному иа рис. 2.31. Значение tg6-*°° при ш->0 [при ш=0 потери конечны и определяют- ся формулой (2.66)]; при со-»-оо имеем tg б-*0. Максимальное значение tg6m«x соответствует частоте шк; если для упрощения считать поте- ри проводимости весьма малыми по сравне- нию с потерями от тока абсорбции [т. е. если принять в формуле (2.87) G = 0], (2.88) к V т? Сгт И tg6tnax«----------р --г—- . (2.89) 2C#'+i- Частотная зависимость емкости С = Сг +----; (2.90) ш2т2 + 1 наибольшее значение емкости — при со=О (по- стоянное напряжение) C0 = Cr + sr (2.90') и наименьшее — при <о->оо Сте = Сг, (2.90") т. е. геометрическая емкость соответствует ем- кости, измеренной при весьма высокой частоте, когда релаксационная поляризация практиче- ски уже не имеет места. По измеренным значениям Со и С«, для конденсатора с однородным диэлектриком мо- гут быть рассчитаны значения статической ди- электрической проницаемости еГСт при постоян- ном напряжении и оптической диэлектрической проницаемости вгопт для весьма высоких час- тот, приближающихся к частотам световых ко- лебаний. Особую физическую ясность приобретает дипольный максимум в зависимости tg б от ча- стоты (и от температуры, см. ниже) для по- лярных диэлектриков однородного химического состава. В этом случае максимум зависимости tg б (<о) соответствует области частот, в кото- рой (при той же температуре) имеет место особо резкое уменьшение ег при росте частоты (область диэлектрической дисперсии). Это вид- но из сравнения рис. 2.19, а и б. В этом случае также может быть построена круговая диа- грамма Коул—Коула, т. е. геометрическое ме- сто точек ег, ег [формула (2.76)] для различ- ных частот (при неизменной температуре), представляющее собой полуокружность с ра- диусом (вгст—вгопт) /2, центр которой лежит на оси в, в точке [0, (вгопт+в,ст)/2] и которая пересекает ось в, в точках (0, вгопт) и (0, в,ст), как это показано на рис. 2.32. Зависимость tg б от температуры. Как об- щее правило, tg б электроизоляционный* мате- 2—232 Рис. 2.31. Теоретическая зависимость tg б от частоты приложенного к диэлектрику напря- жения Рис. 2.32. Круговая диаграмма Коул — Коула (схематически) Рис. 2.33. Зависимости tg б от температуры для муллита 3Al2O3-2SiO2 и кордиерита 2MgO-2Al2O3-5SiO2. Частота 1 МГц. По Н. П. Богородицкому риалов увеличивается при повышении темпера- туры Т (по крайней мере в достаточно широ- ком интервале Т); таким образом, как с точки зрения увеличения tg 6, так и с точки зрения уменьшения р (стр. 20) условия работы элек- трической изоляции будут более тяжелыми при более высоких температурах. Примеры зависимости tg б (Г) даны на рис. 2.33. Для полярных диэлектриков наблюдается характерный дипольный максимум в зависимо- сти tg б (Т). При повышении частоты этот максимум сдвигается в область более высоких температур (рис. 2.19, в) аналогично тому, как при повышении температуры дипольный мак- симум в зависимости tg6(f) сдвигается в об- ласть более высоких частот (рис. 2.19,6). В полярных диэлектриках имеются также и потери от сквозной проводимости; поэтому после перехода через дипольный максимум на-
34 Общие свойства электроизоляционных материалов Разд. 2 Рис. 2.34. Зависимость tg 6 от температуры для канифоли. Частота 50 Гц. По Н. П. Богоро- дицкому Рис. 2.35. Зависимость tg 6 от температуры для бумаги, пропитанной маслоканифольным компаундом. Частота 50 Гц. По Н. П. Богоро- дицкому Рис. 2.36. Зависимость tg 6 от влагосодержа- ния для бумаги. Частота 1 МГц. По Д. М. Ка- зарновскому блюдается рост tg 6 при дальнейшем росте температуры благодаря повышению у (рис. 2.34). В композиционных диэлектриках, а также в химически индивидуальных диэлектриках при наличии нескольких физических механиз- мов релаксационных потерь наблюдаются усложненные зависимости tg 6 (Г) и tg6(/). Пример: в кривой tg 6 (Г) для пропитанной бумаги имеются два дипольных максимума — при —55 °C, определяемый потерями в клет- чатке, и при +35 °C, определяемый потерями в пропиточной массе (рис. 2.35). Зависимость tg 6 от влажности. У гигро- скопичных электроизоляционных материалов tg 6 существенно увеличивается при возраста- нии влажности (пример — рис. 2.36). Зависимость tg 6 от напряжения. Большое практическое значение имеет зависимость tg б электрической изоляции от приложенного к изоляции напряжения U. Иногда tg 6 от U практически не зависит, так что (при той же частоте) диэлектрические потери при повышении U возрастают пропор- ционально IP (или Я2). Однако иногда зави- симость tg б (U) имеет характер рис. 2.37, а именно: в некотором интервале U значение tg6 неизменно, а при увеличении напряжения сверх значения иИоа кривая начинает резко возрастать. Изображенная на рис. 2.37 кривая иногда называется кривой ионизации, а точка А — точкой ионизации, так как она соответст- вует началу ионизации включений воздуха или других газов в изоляции (например, в недоста- точно плотной и не подвергнутой тщательной вакуумной сушке перед пропиткой или прес- совкой волокнистой или пластмассовой изоля- ции) или в зазорах между твердой изоляцией и неплотно прилегающими к ее поверхностям электродами. С ионизацией связано образова- ние короны или других частичных разрядов. Следует учесть, что электрическая прочность (напряженность начала образования частич- ных разрядов) газов в большинстве случаев значительно ниже, чем электрическая прочность твердых электроизоляционных материалов (см. § 2.5), а е, газов также ниже, чем ег твердых диэлектриков (§ 2.3), что и объясняет небла- гоприятное распределение напряженностей между твердыми материалами и газовыми включениями (см. стр. 24, 25). Снижение tg б после перехода через мак- симум при дальнейшем подъеме U (рис. 2.37) объясняется уменьшением падения напряжения на сильно ионизированных объемах изоляции. Возникновение частичных разрядов внутри изоляции или вблизи ее связано: а) с поглощением энергии (что и объясня- ет резкий рост tg 6), которое вызывает нежела- тельный разогрев изоляции; б) с химическими процессами, которые (в случае воздушных включений) заключаются в основном в переходе части кислорода О2 в озон О3, а также в образовании оксидов азо- та. Эти вещества, в особенности в присутствии даже малых количеств влаги, действуют на многие органические электроизоляционные ма- териалы как сильные окислители, вызывая их постепенное разрушение; в) с электронной эрозией соприкасающихся с газовыми включениями участков твердых ма- териалов, что также влечет за собой их посте- пенное разрушение. Как правило, рабочее напряжение изоляции должно быть ниже напряжения ионизации, со- ответствующего точке А на рис. 2.37. Следует считать более высококачественной такую изо- ляцию, у которой напряжение ионизации бо- лее высокое, а подъем кривой ионизации после точки А более пологий. Согласно ГОСТ 2007.4-83 «Электрообору- дование и электроустановки. Метод измерения характеристик частичных разрядов» характе- ристики частичных разрядов определяются их интенсивностью, количественно выражающейся следующими показателями: кажущийся заряд единичного частичного разряда, частота следо- вания частичных разрядов (среднее количество за 1 с), средний ток частичных разрядов Рис. 2.37. Кривая ионизации электрической изоляции
, 5 2.В Пробой диэлектриков 36 (Кл/(с-А)]. Для кажущегося заряда частичного разряда дано следующее пояснение: «абсолют- ное значение такого заряда, при мгновенном введении которого между электродами испы- туемого объекта напряжение между его элек- тродами кратковременно изменится иа такое же значение, на какое изменилось бы при час- тичном разряде». 2.5. ПРОБОЙ ДИЭЛЕКТРИКОВ Электрическая изоляция не может выдер- живать приложение к ней неограниченно вы- сокого напряжения. Если мы будем повышать приложенное напряжение, то рано или поздно произойдет пробой изоляции; при этом ток утечки через изоляцию чрезвычайно возрастает, а сопротивление изоляции соответственно сни- жается, так что практически получается ко- роткое замыкание между электродами, с помо- щью которых подведено к изоляции напряже- ние. Схематически зависимость тока через изо- ляцию от напряжения I(U) (вольт-амперная характеристика изоляции) может быть пред- ставлена графиком рис. 2.38. Точка П графика, для которой dI!dU = °o, соответствует пробою. Наибольшее значение напряжения Uap, кото- рое было приложено к изоляции в момент про- боя, называется пробивным напряжением. Дальнейшие явления, имеющие место в изоляции после пробоя, определяются как ха- рактером электроизоляционного материала, так и мощностью источника электрической энер- гии. В месте пробоя возникает искра или да- же электрическая дуга, которая может вы- звать оплавление, обгорание, растрескивание и тому подобные изменения как диэлектрика, так и электродов. После снятия напряжения в про- битом твердом диэлектрике может быть обна- ружен след в виде пробитого (откуда и тер- мин «пробой»), проплавленного или прожжен- ного отверстия. При повторном приложении напряжения к ранее подвергавшейся пробою твердой изоляции пробой по месту прежнего пробоя, как правило, происходит при сравни- тельно низком напряжении (однако в отдель- ных случаях возможно «самовосстановление» пробитой твердой изоляции благодаря оплавле- нию изоляции, обгоранию электрода и т. п.). Таким образом, пробой твердой изоляции в электрической машине, аппарате, кабеле и т. п. означает аварию, выводящую данное устройст- во из строя и требующую ремонта или замены устройства. Если же пробой произошел в жид- ком или. газообразном диэлектрике, то в силу большой подвижности частиц после снятия напряжения пробитый участок диэлектрика полностью восстанавливает первоначальное значение пробивного напряжения (конечно, 2* Рис. 2.38. Зависимость тока от напряжения при пробое диэлектрика Рис. 2.39. Типичная зависимость пробивного напряжения Uap и электрической прочности Епр от толщины для керамики. Частота 50 Гц. По В. В. Пасынкову Рис. 2.40. Пробой и перекрытие твердого ди- электрика (схематически) если мощность и длительность электрической дуги не были настолько значительны, чтобы вызвать существенные необратимые изменения диэлектрика). Пробивное напряжение 1/яр электрической изоляции зависит от ее толщины, т. е. расстоя- ния между электродами h; чем толще слой электроизоляционного материала, тем выше UПр этого слоя. Слои одной и тон же толщины различных материалов имеют различные зна- чения Uap, что дает основание для введения показателей свойств диэлектрического материа- ла, определяющих его способность противо- стоять пробою — электрической прочности £пр. Электрическая прочность диэлектрика — напряженность электрического поля, при до- стижении которой в какой-либо точке диэлек- трика происходит пробой. Для простейшего случая однородного электрического поля в ди- электрике: Ewp = Utcp/h. (2.91) Единица СИ £Вр — вольт на метр (В/м). Дру- гие единицы £пр — см. с. 13. В большинстве случаев цри возрастании h значение Еп₽ уменьшается, т. е. Unp возраста- ет с увеличением толщины не линейно, а мед- леннее (рис. 2.39). Однако при переходе к осо- бо тонким слоям (примеры — лаковые пленки; напыленные пленки диэлектрика) начинают сказываться неизбежные неоднородности ма- териала и ЕПр опять начинает снижаться. У неоднородных тонких материалов (бу- мага, лакоткаиь и т. п.) Епр уменьшается с уве- личением площади электродов, что объясняет- ся увеличением вероятности попадания под электроды слабых мест диэлектрика. Для надежной работы любого электротех- нического устройства рабочее напряжение его изоляции (7Раб должно быть существенно мень- ше пробивного напряжения Uap. Отношение Unp/UPn6 называют коэффициентом запаса элек- трической прочности изоляции. Электрическая прочность высококачествен- ных твердых электроизоляционных материалов, как правило, выше, чем жидких и, тем более, газообразных диэлектриков (при иормалыюм
36 Общие свойства электроизоляционных материалов Разд. 2 давлении). Поэтому если расстояние между ближайшими друг к другу точками электродов по поверхности твердой изоляции (рис. 2.40) лишь ненамного превосходит кратчайшее рас- стояние между электродами сквозь изоляцию, то при повышении приложенного к изоляции напряжения в первую очередь может произой- ти не пробой изоляции (стрелка а), а поверх- ностный пробой (перекрытие) изоляции, т. е. разряд’ в прилегающем к твердой изоляции слое газообразного (например, воздуха) или жидкого диэлектрика (стрелка б). Физическая природа пробоя. По физичес- кой сущности развития пробоя различают не- сколько видов, основные из них: чисто электри- ческий, электротепловой, электромеханический, электрохимический и ионизационный пробой. Чисто- электрический («собственный») пробой представляет собой непосредственное разрушение структуры диэлектрика силами электрического поля, воздействующими на электрически заряженные частицы в диэлектри- ке. Этот вид пробоя развивается практически мгновенно. Если пробой ие произошел тотчас после приложения напряжения, изоляция в случае чисто электрического механизма про- боя ' теоретически должна выдерживать то же значение напряжения длительно (если только не иметь в виду пробой кратковременными — продолжительностью порядка 0,1—1 мкс — импульсами напряжения). Отношение импульсного пробивного на- пряжения Пир.имп к пробивному напряжению при длительном приложении напряжения (7Пр,дл называется коэффициентом импульса V ^пр,имп ,п АиМп — ,, {4.УХ) с^пр.Дл данной электрической изоляции. Коэффициент импульса зависит от материала диэлектрика и ОТ фОрМЫ И размеров ИЗОЛЯЦИИ; ДЛЯ ГаЗОВ Кима Рис. 2.41. Зависимость пробивного напряже- ния Uap при электротепловом пробое от вре- мени приложения напряжения Рис. 2.42. Зависимость электрической прочно- сти Епр фарфора от температуры Т при пере- менном напряжении с частотой 50 Гц: / —область. чисто электрического пробоя; /У —об- ласть элекгротеплового пробоя при прочих равных условиях бывает больше в случае неоднородного электрического поля в изоляции. Электротепловой (сокращенно — тепловой) пробой связан с нагревом изоляции в электри- ческом поле диэлектрическими потерями (см. § 2.4). Этот вид пробоя развивается следую- щим образом: когда на диэлектрик подается напряжение, в нем выделяется теплота потерь и температура его повышается, вследствие чего потери еще более увеличиваются; процесс идет, таким образом, все усиливаясь, и, в конце концов, диэлектрик может сильно измениться (может произойти расплавление, обугливание и т. п. в зависимости от природы материала) и его собственная электрическая прочность снизится настолько, что произойдет пробой. При этом для возникновения пробоя достаточ- но, чтобы разогрелось какое-нибудь место ди- электрика, в котором теплоотдача хуже или удельные потери повышены, а средняя темпе- ратура всего объема диэлектрика может оста- ваться мало отличающейся от начальной, имев- шей место до приложения к диэлектрику на- пряжения. Если удельная активная проводимость [по формуле (2.7) в случае постоянного напряже- ния или же по формуле (2.72) в случае пере- менного напряжения] мала и ТК ее невелик, а условия отвода тепла в окружающую среду достаточно хороши, установится равновесие между выделяющимся в диэлектрике теплом и его отводом в окружающую среду и диэлек- трик будет длительно работать под напряже- нием, не пробиваясь. В этом случае пробой может произойти лишь при дальнейшем повы- шении напряжения. Если же отвод тепла в ок- ружающую среду затруднен, то даже незначи- тельное напряжение, приложенное к диэлектри- ку, через достаточно большое время должно вызвать пробой. Зависимость пробивного напряжения от времени приложения напряжения при электро- тепловом механизме пробоя показана на рис. 2.41. Если мы приложим к диэлектрику напря- жение (71 на промежуток времени меньший, чем (1, и затем напряжение снимем, то диэлек- трик еще не успеет разогреться и не будет пробит. Диэлектрик способен неограниченно долго выдерживать напряжение, меньшее £7оо, к которому асимптотически стремится Uas> прн увеличении t. При электротепловом пробое Uap зависит как от частоты приложенного напряжения, уменьшаясь при ее возрастании, так и от тем- пературы окружающей среды (начальной ра- бочей температуры диэлектрика), уменьшаясь при ее возрастании. Для одного и того же диэлектрика переход из области чисто электрического пробоя (с электрической прочностью, не зависящей или лишь мало зависящей от температуры и частоты) в область электротеплового пробоя (с отчетливо выраженной зависимостью как от температуры, так и от частоты) может произой- ти при возрастании начальной температуры (рис. 2.42), при переходе от постоянного на- пряжения к переменному и при дальнейшем повышении частоты, при ухудшении тем или иным образом условий охлаждения. Электромеханический пробой подготовляет-
Термические свойства электроизоляционных материалов ся механическим разрушением материала (об- разованием макроскопических трещин) силами электрического поля (давлением электродов). Электрохимический пробой — вид медлен- но развивающегося пробоя, связанного с хими- ческим изменением материала в электрическом поле (пример — прорастание металлических древовидных побегов — «дендритов» в резуль- тате электролиза, см. с. 20). Ионизационный пробой объясняется дейст- вием на диэлектрик химически агрессивных ве- ществ, образующихся в газовых порах ди- электрика при частичных разрядах, а также эрозией диэлектрика иа границе пор ионами газа. 2.6. ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Нагревостойкость, теплостойкость и термо- стойкость. Весьма важна способность электри- ческой изоляции выдерживать повышенную температуру без существенного ухудшения свойств, так как от этого зависит наивысшая допустимая рабочая температура изоляции. В электрических машинах и аппаратах повышение температуры, которое обычно ли- митируется именно материалами электрической изоляции, дает возможность для заданной мощ. ности достигнуть уменьшения габаритных раз- меров, массы и стоимости изделия. Повышение рабочей температуры особенно важно для тя- говых и крановых электродвигателей, само- летного электрооборудования и других пере- движных устройств, где вопросы уменьшения массы и габаритных размеров выступают на первый план. Для электрических печей и на- гревательных приборов, электросварочной ап- паратуры, источников света и многих электрон- ных и ионных приборов и т. п. высокая рабо- чая температура изоляции необходима. У аморфных материалов (стекла, смолы и пр.) резко выраженной температуры плавле- ния Тпл нет, и у них температура размягчения Гразм определяется при помощи различных ус- ловных приемов (см. разд. 29). Приближение к температуре размягчения в эксплуатационных условиях может вызвать сильное снижение механической прочности и постепенную дефор- мацию изделий, что ограничивает теплостой- кость электроизоляционных материалов. У ря- да материалов при нагреве могут наблюдаться химическое разложение, обугливание, интен- сивное окисление до явного горения включи- тельно. В ряде случаев, даже при сохранении механической прочности и целостности изоля- ции, диэлектрические свойства ее ухудшаются настолько, что делают работу изоляции при повышенной температуре уже невозможной. Такие изменения качества изоляции могут про- являться даже при кратковременном повыше- нии температуры. Рис. 2.43. Возникновение температурных на- пряжений в поверхностном слое стекла при термоударах: а — случай быстрого нагрева; б — случай быстрого охлаждения Помимо ухудшающих качество электриче- ской изоляции изменений, которые проявляют- ся уже в случае кратковременного повышения температуры, при длительном воздействии по- вышенной температуры (но меньшей, чем. дей- ствующая вредно в течение короткого времени) могут наблюдаться нежелательные изменения за счет медленно протекающих химических про- цессов: это так называемое термическое (теп- ловое) старение изоляции. У трансформаторно- го масла старение проявляется в образовании продуктов окисления (см. разд. 4), у лаковых пленок — в повышении жесткости и хрупкости, образовании трещин и отставании от подложки (разд. 6) и т. п. Помимо температуры, сущест- венное влияние на скорость старения могут оказать: повышение давления воздуха или кон- центрации кислорода, присутствие озона, яв- ляющегося еще более сильным окислителем, чем кислород, а также различных химических реагентов, ускоряющих или замедляющих ста- рение. Старение ускоряется освещением образ- ца ультрафиолетовыми лучами, воздействием электрического поля и т. п. Для ряда материалов, в особенности хруп- ких (стекла, керамика и т. д.), важна стойкость по отношению к резким сменам температуры (термоударам). При внезапном иагреве или охлаждении снаружи предмета из хрупкого материала, например стекла, вследствие нерав- номерного распределения температур в наруж- ном слое материала прежде всего возникают температурные напряжения, которые могут явиться причиной растрескивания. При быст- ром иагреве поверхностный слой стекла стре- мится расшириться, в то время как внутрен- ние слои еще ие успели прогреться и в мыслен- но выделяемых сечениях хх (рис. 2.43, а) соз- даются напряжения сжатия. Если же тепловой импульс имеет характер внезапного охлажде- ния поверхности стекла, то вследствие тепло- вого сокращения поверхностного слоя созда- ется тенденция к отрыву друг от друга сосед- них участков поверхностного слоя (рис. 2.43,6). Так как у стекол прочность при растяжении много меньше, чем прочность при сжатии, вне- запное внешнее охлаждение более опасно для стекла, чем быстрый нагрев. Таблица 2.2 Обозначение класса нагревостойкости Y А Е В F Н С Рабочая температура, °C 90 105 120 130 155 180 Выше 180
38 Общие свойства электроизоляционных материалов Разд. 2 Сравнительная стойкость к термоударам различных типов стекол определяется пара- метром К=-^1/’-А- = -£Е_уг7, (2.93) аЕ У De аЕ где <Тр — прочность при растяжении; а — ТК длины; Е — модуль упругости; X — коэффици- ент теплопроводности; D — плотность; с — удельная теплоемкость к у — коэффициент тем- пературопроводности [формула (2.98)] мате- риала. Для стекол особо большое влияние на К. оказывает а; стойкие к термоударам стекла об- ладают малым а. Допустимый для эксплуатации материала или изделия температурный режим может оп- ределяться различными факторами. В результа- те испытаний (см. разд. 29) устанавливается стойкость материала к тепловым воздействи- ям, причем стойкость эта в разных случаях может быть неодинаковой: например, матери- ал, легко выдерживающий кратковременный нагрев до некоторой температуры, может ока- заться неустойчивым по отношению к тепловому старению при длительном воздействии даже более низкой температуры, или же материал, могущий длительно выдерживать нагрев до высокой неизменной температуры, растрески- вается при быстром охлаждении и т. п. Со- гласно ГОСТ 21515-76 «Материалы диэлектри- ческие. Термины и определения» способность диэлектрика выдерживать воздействие высо- кой температуры в течение времени, сравнимо- го со сроком нормальной эксплуатации, без недопустимого ухудшения его свойств называ- ется нагревостойкостью. Материалы, применяемые для изоляции электрических устройств (при длительном воз- действии нагрева), часто разделяют на классы нагревостойкости, причем для каждого класса устанавливается определенная максимальная рабочая температура. Стандартом ГОСТ 8865-78 «Материалы электроизоляционные для электрических ма- шин, трансформаторов и аппаратов. Классифи- кация по нагревостойкости» и рекомендацией СЭВ PC 96467 в соответствии с Публикацией МЭК 85 (1957 г.) были предусмотрены классы нагревостойкости, указанные в табл. 2.2. Так, к классу Y относятся волокнистые материалы на основе целлюлозы, хлопка и на- турального шелка, иепропитаниые и непогру- женные в жидкий электроизоляционный мате- риал; те же волокнистые материалы, в рабо- чем состоянии пропитанные. или погруженные в жидкий электроизоляционный материал, от- носятся уже к классу А. К классам В, F и Н относятся неорганические материалы — слюда, стекловолокно и асбест в сочетании с органи- ческими (или для класса Н — с кремиийорга- ническими) связующими или пропитываю- щими составами в зависимости от иагревостой- кости этих составов. К классу С принадлежат неорганические электроизоляционные материа- лы — слюда, электротехническая керамика, бес- щелочиое стекло, кварц, применяемые без свя- зующих или же в сочетании с составами особо высокой нагревостойкости — неорганическими или элементооргаиическими. Температура, указанная в табл. 2.2, уста- новлена как максимальная для электроизоля- ционных материалов при их использовании в электрических машинах, трансформаторах и аппаратах общего применения, длительно (в те- чение ряда лет) работающих в нормальных для данного вида электрооборудования эксплуата- ционных условиях. Отнесение электроизоляционных материа- лов или их сочетаний (систем изоляции) к оп- ределенному классу нагревостойкости произ- водится на основе опыта эксплуатации или определенных испытаний, показывающих при- годность этих материалов для работы при температуре, соответствующей данному классу. В 1984 г. выпущено 2-е издание Публика- ции МЭК-85. В этом документе сохранены все прежние классы нагревостойкости от Y до Н (табл. 2.2), причем допускается обозначение классов не буквами, а числами, соответствую- щими допустимой рабочей температуре в гра- дусах Цельсия (т. е. 90; 105; 120; 130; 155 и 180 соответственно); класс С отменен, ио для повышенных рабочих температур введены клас- сы 200; 220 и 250 (рабочие температуры 200, 220 и 250 °C соответственно); для еще более высоких рабочих температур допускается ана- логично вышесказанному введение классов 275, 300 и т. д. (через каждые 25°C). В последнее время оценка классом нагре- востойкости преимущественно применяется не для отдельных электроизоляционных материа- лов, а для систем изоляции электрических ма- шин и т. п.; нагревостойкость материалов оце- нивается в соответствии с рекомендацией Меж- дународной электротехнической комиссии «тем- пературным индексом» и «профилем нагрево- стойкости» (см. разд. 29). К числу важнейших тепловых параметров многих электроизоляционных материалов, со- стоящих целиком или частично из полимеров, кроме нагревостойкости и температурных ин- дексов, определяющих рабочую температуру, относятся также теплостойкость и термостой- кость. Значения теплостойкости и термостойкости зависят от способа их определения. В поли- мерной химии теплостойкость часто определя- ют температурой стеклования и температурой размягчения, которую в электроизоляционной технике обычно измеряют по степени деформа- ции образца при нагревании под той или иной механической нагрузкой. Под термостойкостью понимают темпера- туру, при которой начинается химическое из- менение материала, в частности полимера, за счет термоокислительиой или термической де- струкции, связанной с выделением летучих про- дуктов. Как правило, для большинства полимеров, применяемых в электроизоляционной технике, между значениями теплостойкости и термо- стойкости существует большая разница. Под- робнее о теплостойкости и термостойкости см. в разд. 29. Холодостойкость. Во многих случаях, на- пример для самолетного электро- и радиообо- рудования, линий электропередачи и связи, открытых подстанций и т. п., важна холодо- стойкость изоляции, т. е. способность ее рабо- тать без ухудшения эксплуатационной надеж- ности при низких температурах, например
§ 2.6. Термические свойства электроизоляционных материалов 39 —(60-г-70)°С или даже еще более низких (крио- генных). При низких температурах, как пра- вило, электрические свойства электроизоляци- онных материалов улучшаются; однако многие материалы, гибкие и эластичные в нормальных условиях, при низких температурах становятся весьма хрупкими и жесткими, что создает за- труднения для работы изоляции. Проверка стойкости электроизоляционных материалов и изделий из них к действию низких температур нередко проводится при одновременном воздей- ствии вибраций. Теплопроводность, Практическое значение теплопроводности объясняется тем, что тепло потерь в окруженных изоляцией проводниках н магнитопроводах электрических машин, ап- паратов, кабелей и т. п. должно переходить в окружающую среду через слой изоляции (за исключением некоторых новых конструкций электрических машин, в которых отвод тепла от проводников осуществляется пропусканием охлаждающего вещества через канал внутри самого проводника). Термическое сопротивление электрической изоляции влияет на нагрев проводников и маг- иитопроводов. Особо большое значение имеет теплопроводность сравнительно толстой изо- ляции в устройствах высокого напряжения. Теплопроводность влияет иа электрическую прочность при электротепловом пробое (см. § 2.5) и на стойкость материала к термоударам [формула (2.93)]. Формальное определение полной и удель- ной теплопроводности и полного и удельного термического сопротивления аналогично оп- ределению полной и удельной электрической проводимости и полного и удельного объемно- го электрического сопротивления. Уравнение установившегося процесса передачи тепла че- рез тело с полным термическим сопротивле- нием при разности температур на горячей и холодной поверхностях АГ: Р=А7//?Т, (2.94) (где Р — мощность теплового потока, т. е. ко- личество тепла, проходящего через тело за единицу времени) аналогично закону Ома для электрической цепи, причем Р играет роль то- ка, а Д71 ~ разности потенциалов. При выра- жении Р в ваттах и ДГ — в кельвинах или в градусах Цельсия, единицей для /?т является K/Вт или °С/Вт. Расчет термического сопротивления тел производится по формулам, аналогичным фор- мулам для расчета электрического сопротив- ления: например, для движения тепла через участок тела между двумя параллельными друг другу плоскостями — горячей и холодной, которые в свою очередь перпендикулярны теп- ловому потоку, при обозначениях согласно рис. 2.2 /?т = ртй/5 (2.95) аналогично формуле (2.4); для цилиндриче- ского слоя (см. рис. 2.3) (2-9в> аналогично формуле (2.5) и т. п. Здесь рт — удельное термическое сопротивление материа- ла, которое выражается в м-К/Вт. Обратная рт Таблица 2.3. Теплопроводность некоторых материалов Вещество Коэффициент теплопровод- ности, Вт/(м-к) Воздух (в малых зазорах) 0,05 Битум 0,07 Целлюлозная бумага 0,10 Лакоткань 0,13 Гетинакс 0,35 Плавленый кварц SiO2 1,25 Фарфор 1,6 Стеатит 2,2 Двуокись титана TiO2 6,5 Кристаллический кварц 12 Графит С 18 Окись алюминия А12О3 30 Окись магния MgO 36 Германий Ge 58 Железо Fe 68 Кремний Si 109 Окись бериллия ВеО 218 Алюминий А1 226 Медь Си 390 величина X, аналогичная у [формула (2.11)], называется коэффициентом теплопроводности материала: Х=1/рт; (2.97) X выражается в Вт/(мК) или Вт/(м°С). Большие значения рт имеют пористые ма- териалы (с газовыми включениями). При про- питке и увлажнении материалов, а также при их уплотнении внешним давлением Рт умень- шается. Ориентировочные значения коэффициента теплопроводности X ряда электроизоляционных (и, для сопоставления, проводниковых и полу- проводниковых) материалов приведены в табл 2.3. Величина »—S'' <2-98’ где с — удельная теплоемкость [формула (2.100)] и D — плотность материала, называ- ется коэффициентом температуропроводности; знание этого параметра важно при расчете не- установившихся тепловых процессов в различ- ных устройствах. Теплоемкость. При сообщении телу, имею- щему теплоемкость Ст, количества теплоты Q его температура поднимается на Д7=(?/Ст. (2.99) В СИ теплоемкость тела выражается в Дж/К. Для тела из однородного материала, имеющего массу Л4, теплоемкость равна: Ст = с7И, (2.100) где с параметр материала — его удельная теп- лоемкость, Дж/(кг-К). В некоторых случаях удельную теплоем- кость относят не к единице массы, а к единице
40 Общие свойства электроизоляционных материалов Разд. 2 объема вещества. В этом случае единицей теплоемкости будет Дж/(м3-К). Для газов различают две удельные тепло- емкости — удельную теплоемкость при неизмен- ном давлении ср и удельную теплоемкость при неизменном объеме с„. Очевидно, что ср>с„, так как при расширении нагревающийся газ совершает механическую работу. Для твердых й жидких тел; различие между ср и с„ прак- тически отсутствует. Ориентировочные значения удельной теп- лоемкости с некоторых материалов при нор- мальной температуре: электротехнический фар- фор — 900, органические полимеры 1200— 2200, нефтяные электроизоляционные масла 1800—2500, германий — 350, кремний — 700, медь — 385, алюминий — 920 Дж/(кг-К). Весь- ма высокую удельную теплоемкость — около 4200 Дж/ (кг К) — имеет вода. 2.7. РАЗЛИЧНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Растворимость и растворяемость. Эти об- щие физико-химические свойства материалов важны для подбора подходящих растворите- лей лаков и пр., а также для прогнозирования стойкости твердых материалов к действию раз- личных жидкостей, с которыми этим материа- лам приходится соприкасаться как в процессе изготовления электрической изоляции (напри- мер, при пропитке изоляции лаками), так и в эксплуатации (пример — изоляция маслонапол- ненных трансформаторов). Растворимость твердых материалов обычно оценивается количеством материала, переходящего в раствор за единицу времени с единицы поверхности материала, соприкасаю- щейся с растворителем. Кроме того, нередко определяют наибольшее количество материала, которое может быть растворено в единице объема данного растворителя (т. е. концентра- цию насыщенного раствора). Как правило, легче всего растворяются ве- щества, близкие к растворителю по химической природе и содержащие в молекулах сходные группировки атомов; полярные вещества легче растворяются в полярных жидкостях, неполяр- ные— в иеполяриых. Так, неполярные или сла- бо полярные углеводороды (например, пара- фин, каучук) растворяются в жидких углево- дородах; полярные смолы, содержащие гид- роксильные группы (фенолоформальдегидные и другие смолы), растворяются в спирте и иных полярных растворителях. Растворимость уменьшается с повышением степени полимери- зации (молекулярной массы); высокомолеку- лярные вещества с линейной структурой моле- кул растворяются сравнительно легко, а с пространственной структурой — трудно. При повышении температуры растворимость увели- чивается. Химостойкость. Стойкость к разъеданию (коррозии) различными соприкасающимися ве- ществами (газами, водой, кислотами, щелоч- ными и солевыми растворами и т. п.) электро- изоляционных материалов весьма разнообраз- но. При определении химостойкости образцы материалов иа длительное время помещают в условия, по возможности более близкие к экс- плуатационным (или еще более суровые) с точ- ки зрения выбора концентрации химически активной среды, температуры (при повышении температуры интенсивность коррозии сильно увеличивается) и т. д., после чего определяют изменение внешнего вида образцов, их массы и других параметров. Для масел и т. п. измеряют кислотное число, характеризующее содержание в мате- риале свободных кислот. Эта величина опреде- ляет технологические особенности материала, а также способность материала вызывать кор- розию соприкасающихся с иим тел, например металлов. В трансформаторном масле высокое кислотное число является важным признаком плохой очистки при изготовлении или далеко зашедшего процесса старения масла (см. разд. 4). Кислотное число есть количество граммов едкого кали, требующееся для того, чтобы нейтрализовать все свободные кислоты, содержащиеся в 1 кг испытуемого материала (пример обозначения: 0,4 мг КОН иа 1 г или, что то же самое, 0,4 г КОН на 1 кг). Гигроскопичность. Многие электроизоля- ционные материалы в той или иной степени гигроскопичны, т. е. способны сорбировать вла- гу из окружающей среды, и влагопроницаемы, т. е. способны пропускать сквозь себя влагу. Образец электроизоляционного материала, помещенный в определенные условия влажно- сти и температуры окружающей среды, через неограниченно большое время достигает неко- торого «равновесного» состояния влажности. Сравнительно сухой образец материала, поме- щенный во влажный воздух с относительной влажностью <р, будет постепенно поглощать влагу из воздуха, и влажность материала ф (т. е. содержание влаги иа единицу массы ма- териала) с течением времени I будет повы- шаться, асимптотически приближаясь к значе- нию равновесной влажности фр, соответствую- щей данному значению <р (рис. 2.44, кривая а). Наоборот, если в воздух с той же относитель- ной влажностью <р будет помещен образец того же материала с высокой начальной влаж- ностью, то влажность образца будет умень- шаться, асимптотически приближаясь к равно- весной влажности фр; в этом случае происхо- дит сушка материала (кривая б). Для различных материалов значения рав- новесной влажности при одном и том же зна- чении относительной влажности воздуха весь- ма различны (рис. 2.45). При повышении температуры равновесная влажность, соответствующая тому же значе- нию <р, понижается (рис. 2.46). Таким образом, сушке благоприятствует не только пониженная влажность окружающей среды и смена возду- ха (вентиляция), но и повышение температуры. Под влагопоглощаемостью подразумева- ется равновесная влажность данного материа- ла при нормальной температуре в воздухе, от- носительная влажность <р которого близка к 100 %. Иногда электрической изоляции приходил- ся работать в условиях соприкосновения не только с воздухом, содержащим пары воды, но и с водой (изоляторы открытых установок, подвергающиеся действию атмосферных осад- ков; изоляция электрических машин и аппаратов на кораблях, в погружных насосах и т.п.).
§ 2.6 Термические свойства электроизоляционных материалов и Рис. 2.44. Изменения влажности ф образца гигроскопичного материала при увлажнении (кривая а) и при сушке (кривая б) Рис. 2.45. Зависимость равновесной влажности фр от относительной влажности ср окружаю- щего воздуха для различных материалов (при 20 °C): / — дерево; 2 — кабельная бумага; 3 — фенолофор- мальдегидная пластмасса; 4 — пористая керамика Рис. 2.46. Кривые зависимости равновесной влажности грр древесины от относительной влажности ср окружающего воздуха для раз- личных значений температуры В таких случаях представляет интерес опреде- ление водопоглощаемости (см. разд. 29). Анизотропные материалы впитывают вла- гу в различных направлениях с различной ско- ростью. Так, дерево скорее впитывает влагу в направлении вдоль волокон, т. е. с торцевого спила ствола, слоистые пластики — вдоль сло- ев и т. д. На гигроскопичность материала существен- ное влияние оказывает его строение. Большую роль играют наличие и размер капиллярных промежутков внутри материала, в которые проникает влага. Сильно пористые материалы, в частности волокнистые, более гигроскопичны, чем материалы плотного сплошного строения. Гигроскопичность материалов, практически ли- шенных пор (например, стекол), может быть только поверхностной: поглощаемая из окру- жающей среды влага накапливается в виде тонкой пленки на поверхности материала, но не проникает вглубь. Влагопоглощаемость и водопоглощаемость не полностью отражают степень возможных изменений электрических свойств материала при увлажнении. В том случае, если поглощен- ная влага способна образовывать внутри изо- ляции нити или пленки, которые могут прони- зывать весь промежуток между электродами (или значительную область этого промежутка), уже весьма малые количества поглощаемой влаги приводят к чрезвычайно резкому ухуд- шению электрических свойств изоляции. Если же влага распределяется по объему материа- ла в виде отдельных, не соединенных между собой малых включений, то влияние влаги на электрические свойства материала менее су- щественно. Аналогично Для несмачиваемых ма- териалов уменьшение удельного поверхностно- го сопротивления при выдержке во влажной среде незначительно, так как влага, даже в случае выпадения в виде росы, образует от- дельные капли, а не сплошную водяную пленку. Влагопроницаемость. Кроме гигроскопич- ности, большое практическое значение имеет влагопроницаемость, т. е. способность мате- риалов пропускать сквозь себя пары воды. Эта характеристика чрезвычайно важна для оценки качества материалов, применяемых для защитных покровов (оболочки кабелей, ком- паундные заливки, лаковые покрытия изоля- ции электрических машии и т.п.). Для того чтобы уяснить себе возмож- ность проникновения влаги через мельчайшие поры, надо иметь в виду, что молекула воды обладает весьма малыми размерами — ее диа- метр равен примерно 2,5-IO-10 м. Коэффициент влагопроницаемости П мате- риалов входит в основное уравнение влагопро- ницаемости: количество воды М, кг, проходя- щее при стационарном режиме за время t, с, сквозь участок площадью S, м2, слоя рас- сматриваемого материала толщиной h, м, ес- ли с двух сторон пленки существуют парци- альные давления водяного пара в воздухе Pi и соответственно р2, Па: М = П (Р1~ Р2-- t. (2.101) h Это уравнение формально аналогично за- кону Ома для прохождения через тело элект- рического тока (причем разность давлений Pi — р2 аналогична разности потенциалов, от- ношение M/t — току, a h/IlS — электрическому сопротивлению тела) или же уравнению теп- лопроводности (2.94). Единица СИ для коэф- фициента влагопроницаемости кг/(мс-Па) или с (секунда). Важным влажностным параметром элект- роизоляционных материалов является также коэффициент влагорастворимости а. Это — ко- эффициент пропорциональности закона Геири: С=ар, (2.102) где С — равновесная влажность, отнесенная к единице объема материала, кг/м3; р, как и ра- нее, — упругость водяных паров в воздухе, с которым соприкасается материал. Так как С=фР, (2.103) где, как и выше, ф— массовая влажность, а D — плотность материала, закон Генри может быть записан в виде фП = ар. (2.Ю4) Единица СИ для а — кг/(м3-Па) или с:/м2.
42 Общие свойства электроизоляционных материалов Разд. 2 Таблица 2.4. Влажностные параметры полимеров Материал П, с К. м2/с а, с2/м2 Политрифтор- хлорэтилен 1,5-10-18 6-10-13 2,5-10—4 Политетра- фторэтилен 3,8- 10-1в 3,8-10—12 1-10—4 Полиэтилеи- терефталат 2,8-10—14 7-10-12 4-Ю—з Поливинилхло- 2,8-10—18 2,8'10-п 110-» рид Полиметилме- такрилат 8-10-1* 8-10—10 1-Ю—з Триацетат цел- люлозы 2,2-10—12 1,6-10-« 1,4-10—3 Коэффициент диффузии К материала — отношение величин П и а: К = П/а. (2.105) Единица СИ для К — м2/с. В табл. 2.4 приведена сводка ориентиро- вочных значений П, К и а для некоторых ор- ганических полимеров. Из уравнений, аналогичных уравнению (2.101), определяется также водопроницае- мость (для просачивания сквозь материал жид- кой воды), воздухопроницаемость и т. д. Способность твердого тела смачиваться водой (или другой жидкостью) характеризу- ется краевым углом смачивания 0 капли жид- кости, нанесенной на поверхность тела (рис. 2,47). Чем меньше 0, тем сильнее выражена смачиваемость материала; для смачиваемых поверхностей 0<9О° (рис. 2.47, а), для несма- чиваемых 0>9О° (рис. 2.47,6). Для уменьшения гигроскопичности и вла- гопроницаемости пористых электроизоляцион- ных материалов широко применяется их про- питка и покрытие соответствующими малогнг- роскопичными и маловлагопроницаемыми элек- троизоляционными материалами (лаками, компаундами и т.п.); с той же целью изделия из фарфора и некоторых других керамических электроизоляционных материалов покрывают глазурями (см. разд. 23). Вязкость. Важным показателем качества жидких, а также аморфных вязких материа- лов (смолы, компаунды, стекла при темпера- туре, приближающейся к температуре плавле- ния или размягчения) является вязкость. Вяз- кость имеет большое значение в технологии Рис. 2.47. Краевые углы смачивания поверхно- сти твердых тел водой (схематически): а — смачиваемая поверхность; б — несмачиваемая поверхность электрической изоляции (процессы пропитки, опрессовки и т.п.); вязкость также непосред- ственно связана с электрическими свойствами электроизоляционных материалов. Различают два основных вида вязкости— динамическую (иначе, абсолютную, или коэф- фициент внутреннего трения), и кинематичес- кую. Кроме того, в электроизоляционной тех- нике часто приходится иметь дело с условной вязкостью. Условная вязкость масел, лаков и т. п. связывается с имеющими более строгий физический смысл динамической вязкостью и кинематической вязкостью эмпирическими фор- мулами. Динамическая вязкость г, — сила сопротив- ления двух слоев жидкости площадью, рав- ной единице, находящихся на расстоянии друг от друга, равном единице, и перемещающихся друг от друга со скоростью, равной единице. Кинематическая вязкость v — отношение ди- намической вязкости г] к плотности D вещест- ва (при той же температуре): v = T]/D. (2.106) Единица СИ динамической вязкости — паскаль-секунда (Па-с), а кинематической вязкости — метр в квадрате на секунду (м2/с). Более подробно о единицах вязкости — см. с. 10. Отметим, как одно из наглядных опреде- лений динамической вязкости закон Стокса, согласно которому скорость о движения шара радиусом г в вязкой среде под действием по- стоянной силы F равна о = Е/6лгт|, (2.107) где т) — динамическая вязкость среды. Закон Стокса действителен для малой скорости v движения шара в неограниченном объеме жид- кости. Как правило (если только при нагреве не имеют место полимеризация или другие по- добные процессы), вязкость при повышении температуры сильно уменьшается. Так, для иа- триево-силикатного стекла г) при 500 °C равна примерно 1012, а при 1200 °C — всего 102 Па-с. Значение г) воды при 0 °C около 0,0018, а при 20°С — 0,0010 Па-с (следовательно, v воды при этих температурах близка соответственно к 1,8-10—° и 1,0-10-8 м2/с, так как плотность D воды около 103 кг/м3). Общее название приборов для измерения вязкости — вискозиметры (см. разд. 29). В разд. 29 даны также определения и описаны способы измерения различных механических свойств твердых электроизоляционных мате- риалов (прочность при растяжении и сжатии; относительное удлинение при разрыве; удар- ная вязкость; твердость). Список литературы Авакян Ю. В., Казанчяи Г. П. Светостойкость электроизоляционных материалов. М.: Энергия, 1978. ИЗ с. Бернштейн Л. М. Изоляция электрических ма- шин общего назначения. М.: Энергоиздат, 1981. 376 с. Бернштейн Л. М. Изоляция электрических ма- шин. М.: ВИНИТИ, 1983. 108 с. Борисова М. Э., Койков С. Н. Физика диэлект- риков. Л.: ЛГУ, 1979. 240 с. Варденбург А. К., Пнлнпосян П. М. Электричес- кая напыленная изоляция. М.: Энергоатомиздат, 1984. 136 с.
§ 3.2 Диэлектрическая проницаемость 43 Гроднев И. И., Ларин Ю. Т„ Теумии И. И. Оп- тические кабели. Конструкции, характеристики, про- изводство и применение. М.: Энергоатомиздат. 1985. -176 с. Варшавский Д. С. Силовые кондеисаторы/Под ред. Б. М. Тареева. М.: ВИНИТИ, 1980. 128 с. Воробьев Г. А. Физика диэлектриков (область сильных полей). Томск: ТГУ, 1971. 200 с. Герметизация полимерными материалами в ра- диоэлектронике/Б. М. Тареев, Л. В. Яманова, В. А. Волков. Н. Н. Ивлиев. М.: Энергия, 1974. 304 с. Губкин А. Н. Физика диэлектриков. Т. 1. М.: Высшая школа, 1981. 272 с. Дмитревский В. С. Конструирование и расчет электрической изоляции. М.: Энергоатомиздат, 1981. 392 с. Иоссель Ю. Я., Кочанов Э. См Струнский М. Г. Расчет электрической емкости. Л.: Эиергоиздат, 1981. 288 с. Казарновский Д. М., Тареев Б. М. Испытание электроизоляционных материалов н изделий. Изд. 3-е. Л.: Эиергоиздат, 1980. 214 с. Каи М. М., Николаевич А. Ф., Славяиннова Е. Л. Проектирование и технология герметизирую- щей изоляции элементов электротехнической и элект- ронной аппаратуры. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд., 1983. 128 с. Корицкий Ю. В. Основы физики диэлектриков. М.: Энергия, 1979. 248 с. Ларина Э. Т. Силовые кабели н высоковольтные кабельные линии. М.: Энергоатомиздат, 1984. 368 с. Маслов В. В. Влагостойкость электрической изо- ляции. М.: Энергия. 1973. 208 с. . * ГОСТ 2155-76 (переиздание с изменением 1980 г.). Материалы диэлектрические. Термины и определе- ния. ГОСТ 4.73-81. Материалы электроизоляционные. Номенклатура показателей. Паркшеяи X. Р., Хайкии А. М. Экономика при- менения полимерных материалов в электротехнике. М.: Энергия, 1972. 136 с. Пешков И. Б. Эмалированные провода/Под ред. Б. М. Тареева. М.: ВИНИТИ, 1981. 112 с. Пешков И. Б. Обмоточные провода. М.: Эиерго- атомиздат, 1983. 351 с. • Поплавко Ю. М. Физика диэлектриков. Киев: Вища школа, 1980. 398 с. Производство кабелей и проводов/Под ред. Н. И. Белоруссова и И. Б. Пешкова. М.: Энергоиз- дат, 1981. 632 с. Справочник по электрическим коденсаторам/ Под ред. В. В. Ермуратского. Кишинев: Штиннца, 1982. 311 с. Тареев Б. М. Физика диэлектрических материа- лов. М.: Эиергоиздат, 1982. 320 с. Электрические изоляторы/Н. С. Костюков, Н. В. Минаков, В. А. Князев н др. М.: Энергоатомиздат, 1985 . 296 с. Электрические свойства полимеров/Б. И. Сажнн, А. М. Лобанов, О. С. Романовская, М. П. Эйдель- нант, С. Н. Койков; Под ред. Б. И. Сажина. Л.: Химия, Ленингр. отд., 1977. 192 с. Электроизоляционные материалы высокой нагре- востойкости/Э. 3. Аснович, К. И. Забырина. В. А. Колганова, Б. М. Тареев. М.: Энергия, 1979. 240 с. РАЗДЕЛ 3 ГАЗООБРАЗНЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИ М. И. Сысоев 3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Газообразные диэлектрики при атмосфер- ном давлении обладают небольшой электриче- ской прочностью по сравнению с жидкими и твердыми диэлектриками. Например, электри- ческая прочность воздуха и азота при рас- стоянии между электродами 1 см и более при- мерно 3 МВ/м, элегаза (SF6) — 7,5 МВ/м, т. е. на порядок меньше, чем у твердых диэлектри- ков. Тем не менее газообразные диэлектрики широко применяются в электротехнике благо- даря другим своим ценным свойствам, а так- же в силу того, что в ряде случаев их присут- ствие неизбежно. Например, воздух окружает большинство электротехнических установок, а в линиях электропередачи высокого напряже- ния является основной изолирующей средой. В тех случаях, когда высокая электричес- кая прочность является одним из определяю- щих критериев для выбора диэлектрика, она может быть достигнута применением сжатого газа, например воздуха при давлении 2—3 МПа или высокопрочного газа SF6 при давлении 0,4 МПа. Наиболее ценным свойством газов, широ- ко используемым при изготовлении высоко- вольтных аппаратов, является их способность восстанавливать электрическую прочность пос- ле разряда, в том числе при определенных ус- ловиях после дугового разряда. Это свойство наряду с другими используется для изготовле- ния воздушных и элегазовых выключателей, разрядников и ряда других аппаратов. Другими характерными свойствами газов являются: малая плотность, низкое значение диэлектрической проницаемости, высокое зна- чение удельного сопротивления, очень малый угол диэлектрических потерь, отсутствие старения, т. е. ухудшения свойств с течением времени. Из очень большого количества газов, кото- рые разработаны или существуют в природе, только небольшое количество нашло примене- ние в электротехнике. Это связано с тем, что при применении к ним предъявляются следую- щие требования, ограничивающие их выбор: химическая инертность по отношению к твер- дым и жидким материалам, нетоксичность как самого газа в исходном состоянии, так и про- дуктов его разложения при электрическом раз- ряде, низкая температура сжижения, позво- ляющая использовать их при повышенных дав- лениях, невысокая стоимость, негорючесть. В табл. 3.1 приведены наиболее важные свой- ства некоторых газов. 3.2. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ Под действием внешнего электрического поля происходят упругие деформации элект- ронных оболочек атомов газа и смещение их относительно своих ядер. В случае ионного строения молекул газа происходит также сме- щение ионов относительно друг друга. В ре- зультате возникают так называемые электрон-
.44 Газообразные диэлектрики Разд; 3 Таблица 3.1. Основные свойства газов Газ Химический состав Плотность при 0°Си 0,1 МПа. кг/м8 Коэффициент теплопровод- ности, Вт/(м«°С) Молекулярная масса Температура плавления, °C Температура кнпення, °C Отношение элект- рической проч- ности к прочнос- ти азота Удельная теплоемкость, кДж/(кг°С) Воспламеняе- мость Воздух см. с. 16 1,2929 0,0257 28,952 —213,0 — 194,0 0,94 1,01 Нет Водород н2 0,08988 0,175 2,0156 —259,14 —252,8 0,51 1 14,5 Есть Азот n2 1,2506 0,0269 28,016 —209,86 —195,8 1,06 Нет Гексафторид се- ры (элегаз) SF„ 6,700 0,0146 146,06 — —63,8 2,9 0,652 » Дихлордифтор- метан (хладон-12) CC12F2 6,33* — 120,93 —158 —29,79 2,46 — » Перфторпропан C3F s — — 188,02 — 160 —36,7 2,2 — » Октафторцикло- бутан C4F8 9,62* — 200,04 —41,4 —5,85 2,6 — Хлорпентафторэтан С2С1И5 8,37* — 154,48 — 106 —38,7 2,54 — Днхлортетрафтор- этан C2C12F4 7,83* — 170,94 —94 —3,77 2,8 — » Гексафторэтан c2f6 9,01* — 138,02 — 100,6 —78,2 2,02 — Тетрафторметан cf4 7,62* — 88,01 — 184 — 127,96 1,06 — » —. 27,85* — 624 —— — 9,4 — Гелий He 0,1785 0,1423 4,0026 —. —268,78 0,24 5,27 Метан CH4 0,7168 0,0325 16,04 — 172,3 — 161,33 — 2,22 Есть • Плотность насыщенных паров при температуре кипения. ная и ионная поляризации. Кроме того, если газ состоит из полярных молекул, наблюдает- ся дипольная поляризация. Степень поляризуе- мости атомов и молекул газа находит отраже- ние в значении диэлектрической проницаемо- сти газа. Относительна я диэлектрическа я проницае- мость газов ег вычисляется по формуле п / ц2 \ 8Г=1+ ---- «э + ^т- , (3.1) е0 \ 3kT ) 1“де п — число молекул в 1 м3 газа; е0=8,85Х ХЮ12 Ф/м — электрическая постоянная; аэ — электронная поляризуемость молекулы, Ф-м2; ц — электрический момент дипольной молеку- лы, Кл-м; k — постоянная Больцмана, Дж/К; Т — термодинамическая температура, К- В свя- зи с малой плотностью газообразных диэлек- триков по сравнению с плотностью жидких и твердых диэлектриков их диэлектрическая про- ницаемость значительно меньше проницаемости последних и близка к 1. Большинство газообразных диэлектриков, применяемых в электротехнике, неполярно, и их ег может быть определена по формуле пая Ег = 1 +-----(3.2) во где обозначения те же, что и в (3.1). Таблица 3.2. Относительная диэлектрическая проницаемость газов при 20°С и 101 325 Па (760 мм рт. ст.) Газ Химичес- кий состав Радиус молекулы, 10—10 м Ег ПрН низких частотах ег прн длине волны 30 мм Показа- тель пре- ломления света п п* Полярность газа Гелий . Не 1,12 1,000072 1,00035 1,000070 Неполярный Водород н2 1,35 1,00027 1,00036 1,00014 1,00028 » Кислород о2 1,82 1,00055 1,00053 1,00027 1,00054 > Аргон Аг 1,83 1,00056 —- 1,00028 1,00055 > Азот n2 1,91 1,00058 1,00059 1,00030 1,00060 > Углекислый газ со2 2,30 1,00096 1,00099 1,00050 1,00100 » Метан сн4 — 1,00095 — 1,00044 1,00088 » Аммиак nh8 — 1,0066 — 1,000375 1,00075 Полярный Элегаз SF„ 3,07 1,00191 — 1,000783 1,00157 Неполярный Воздух — 1,00059 1,00058 — » Хладон-12 CC12F2 — 1,0016* — — —- » Тетрафторметан cf4 — 1,0006** — — > Окта фторциклобута н c4f8 — 1,0034* — — — » • При О °C. *• При 24,6 °C и 0,05 МПа.
§ 3.3. Электропроводность и диэлектрические потери 45 Таблица 3.3. Относительная диэлектрическая проницаемость газов при различных давлениях Газ 0,1 МПа 2 МПа 4 МПа 10 МПа Воздух 1,00058 1,0108 1,0218 1,0549 Азот 1,00058 1,0109 — 1,055 Углекислый 1,00098 1,020 1,050 — газ Элегаз 1,0021 1,0622 — ’— Из (3.2) следует, что изменение е, при изменении температуры Т и давления р для неполярных газов связано с изменением числа молекул или атомов газа в единице объема и, следовательно, может быть определено с по- мощью основного газового закона п= p/kT. (3.3) Относительная диэлектрическая проницае- мость неполярных газов очень близка к квад- рату показателя преломления света и увели- чивается с увеличением радиуса молекулы (табл. 3.2). В связи с тем, что ег водяных паров име- ет высокое значение, е, газов с примесью во- дяных паров может заметно отличаться от ег при отсутствии последних. Определение ег воз- духа при различной его влажности может быть выполнено по формуле Р Г 8г=! + ~Г рн ФРн Р ' 135 -----— 0,0039 Г (3.4) где р — давление воздуха, Па; ри — упругость насыщенных водяных паров при данной тем- пературе, Па, определяемая по формуле 3816,44 lg№ = 23’19-TZ^TT: (3-5> <р — относительная влажность воздуха, %; Т— термодинамическая температура, К- В табл. 3.3 приведены в качестве иллюст- рации значения относительной диэлектрической проницаемости воздуха, углекислого газа и азота при 20 °C и различных давлениях. 3.3. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ Под воздействием ультрафиолетовых и космических лучей, радиоактивного излучения Земли н ряда других внешних факторов про- исходит ионизация нейтральных молекул газа с образованием электронов, положительных и отрицательных ионов. Газ приобретает хотя и очень малую, но определенную электрическую проводимость. Когда электрическое поле зна- чительно, возникает ударная ионизация элек- тронами, приобретающими под действием поля кинетическую энергию, достаточную для иони- зации нейтральной молекулы при их соударе- нии. Одновременно с ионизацией газа проис- ходит и рекомбинация положительных и отри- цательных ионов с образованием нейтральных молекул. В случае образования электропроводности под действием внешних факторов прн малой напряженности электрического поля плотность тока очень мала н баланс процессов образова- ния ионов н их рекомбинации сохраняется при прохождении тока. При этом плотность тока, созданная движением положительных и отри- цательных ионов, будет равна J = (qn+ k+ + qn— k~) E — yE = yU/h, (3 .’6) где n+ н n~ — соответственно концентрации положительных и отрицательных нонов; q—за- ряд иона; k+ и k~ — подвижности положи- тельных и отрицательных ионов; у — удельная проводимость; h — расстояние между электро- дами; U — напряжение на промежутке. Таким образом, в рассматриваемом режи- ме соблюдается закон Ома. В вольт-амперной характеристике этот участок отображается ее линейной частью О А на рис. 3.1. Прн дальней- шем росте напряжения упомянутый баланс процессов образования ионов и их рекомбина- ции нарушается за счет уноса ионов током. Ток начинает расти медленнее, чем напряже- ние, и вольт-амперная характеристика начина- ет загибаться (участок АВ иа рнс. 3.1). Про- цесс обеднения концентрации нонов продол- жается с ростом напряжения и прн опреде- ленном его значении наступает насыщение тока, что соответствует горизонтальной части ВС кривой на рис. 3.1. Все ионы, создаваемые под воздействием внешних ионизаторов,. уно- сятся к электродам, н плотность тока опреде- ляется числом ионов, создаваемых за секун- ду, и зарядом иоиа: J = Nqh, (3.7) где N — числа положительных и отрицатель- ных ионов, создаваемых в секунду в единице объема; q — заряд иона; h—длина проме- жутка между электродами. При оценке значений тока насыщения в наиболее распространенном газовом диэлект- рике — воздухе следует иметь в виду, что # в зависимости от условий и времени может ши- роко меняться: от 10е до 108 м~3-с-1, то же самое относится и к значению п, которое мо- жет меняться от 109 до 1010 м"3. Подвижность положительных нонов равна 1,3-10~4 и отри- цательных 1,8-10~4 м/(с-В). Подставляя средние значения п и N в (3.6) и (3.7), полу- чаем, что удельная проводимость равна 2,4Х ХЮ-13 См/м, а плотность тока насыщения для промежутка 1 см равна 10-14 А/мг. Прн дальнейшем увеличении напряжения плотность тока начинает вновь возрастать. Рнс. 3.1. Вольт-амперная характеристика га- зового промежутка
46 Газообразные диэлектрики Разд. 3 Этот рост ускоряется с увеличением напря- жения (участок СЕ иа кривой рис. 3.1), воз- никает ударная ионизация в объеме газа, о которой говорилось ранее. Прн этом проводи- мость газа резко возрастает. Отметим, что в сжатых газах плотность предпробивиых токов может достигать 10~7 А/м! и более за счег ударной ионизации в газе вблизи микронеод- нородиостей на поверхности электродов. Од- нако удельная проводимость будет того же порядка, что н в открытом воздухе, т. е. 10-13 См/м. Диэлектрические потери в газах при на- пряженности поля ниже значения, соответст- вующего появлению ударной ионизации, во всех случаях практически определяются толь- ко их электрической проводимостью, так как ориентация дипольных молекул, если таковые имеются, не сопровождается сколько-нибудь заметными потерями энергии вследствие малой вязкости газов. Так как газы отличаются ни- чтожной проводимостью, то и угол диэлектри- ческих потерь будет очень мал. Принимая приведенное выше значение удельной прово- димости газа 10~13 См/м, вг=1 и частоту f= =50 Гц, получаем по формуле (2.75) 1,8-ЮВ * 10 * * ег 1,8- 1010-10—13 „ „ . = ----’-------------= 3,6- 10—$. 1-50 С диэлектрическими потерями в газах приходится считаться в линиях электропере- дачи высокого напряжения, где вследствие ударной ионизации вблизи проводов возника- ет ток короны. Потери энергии, связанные с прохождением этого тока между проводами и землей, могут иметь значение, соизмеримое с потерями в активных сопротивлениях прово- дов при прохождении рабочего тока. 3.4. РАЗВИТИЕ РАЗРЯДОВ В ГАЗАХ В процессе ударной ионизации, иниции- руемой внешними начальными электронами, возникшие электроны участвуют в дальнейшем процессе такой ионизации, создавая еще но- вые электроны. Образуется электронная лави- на, плотность зарядов в которой быстро рас- тет и достигает своего максимума в головке лавины у анода. С увеличением напряжения несамостоя- тельный разряд, которому на кривой рис. 3.1 соответствует участок вольт-амперной характе- ристики до точки Е, переходит в самостоя- тельный, при котором разряд может сущест- вовать и при отсутствии внешних ионизаторов. Увеличение концентрации ионов н электронов происходит при этом за счет новых элементар- ных процессов, связанных с самим разрядом: электронные лавины создают электроны благо- даря ударам положительных ионов о катод в одних видах разряда и фотоионизации на ка- тоде или в газе — в других. В зависимости от давления газа, сопро- тивления внешней цепи, степени неоднородно- сти электрического поля и ряда других факто- ров возможны различные формы разряда. При низких давлениях и большом сопро- тивлении внешней цепи возникает тлеющий разряд, характеризующийся чередованием све- тящихся и темных участков разрядного про- межутка, малой плотностью тока и большим катодным падением потенциала. При давлениях газа, близких к атмосфер- ному, сравнительно большом расстоянии, но маломощном источнике тока возникает искро- вой разряд. При этом виде разряда вблизи анода в головку лавины, в которой после ухо- да на анод электронов создается положитель- ный избыточный заряд, вливаются дочерние лавины, создаваемые фотоэлектронами, обра- зованными фотоионизацией в объеме газа. Создается разрядный канал в виде плазмы с избыточным положительным зарядом в его головке. Этот канал продвигается в направле- нии катода благодаря вливанию все новых и новых дочерних лавин в головку канала. Этот процесс носит название образования стримера. Когда стример замыкает весь промежуток, происходит образование главного канала иск- ры. По внешнему виду искровой разряд ха- рактеризуется узким ярко светящимся зигза- гообразным каналом. Когда один из электродов или оба имеют радиус кривизны, малый по сравнению с рас- стоянием между ними, а давление газа при- мерно атмосферное, может возникать корон- ный разряд со светящейся областью вблизи электрода с малым радиусом кривизны. При больших напряжениях, иногда весьма значи- тельных, возникает искровой разряд, который называют также полным разрядом, просто раз- рядом или пробоем. При достаточной мощно- сти источника тока искровой разряд может перейти в дуговой. При приложении к газовому промежутку импульсного напряжения его пробивное зна- чение зависит от длительности приложения этого напряжения (рис. 3.2). Эту зависимость Рис. 3.2. Вольт-секундные характеристики га- зовых промежутков: / однородное поле; 2 •— сильионеоднородиое поле Рис. 3.3. Составляющие предразрядного вре- мени
Электрическая прочность газовых промежутков 47 называют вольт-секундной характеристикой промежутка. Предзарядное время fp, т. е. вре- мя, протекшее от момента появления напря- жения до момента разряда (пробоя), состоит из трех составляющих (рис. 3.3): 1) времени достижения напряжения значения 17«, рав- ного напряжению самостоятельного разряда при его длительном воздействии; 2) времени /с появления эффективного начального элект- рона, т. е. электрона, способного привести к разряду; 3) времени формирования разряда /ф. Обе последние составляющие времени под- вержены статистическому разбросу. Среднее время тем меньше, чем выше приложенное на- пряжение. По международным нормам и ГОСТ 1516.2-76 регламентируются две основные фор- мы испытательных импульсов: 1) грозовой им- пульс с длительностью фронта 1,2 и длитель- ностью импульса 50 мкс; 2) коммутационный импульс с временем подъема импульса 250 я длительностью импульса 2500 мкс. Грозовой импульс условно обозначается символом 1,2/50, а коммутационный — 250/2500. Отношение значения пробивного напряже- ния при импульсном напряжении к пробивно- му напряжению при напряжении 50 Гц назы- вается коэффициентом импульса. Для проме- жутков с однородным и слабонеоднородным полями предразрядное время очень мало, а коэффициент импульса для стандартных им- пульсов равен единице (см. рис. 3.2). Для про- межутков с сильнонеоднородным полем коэф- фициент импульса зависит от полярности им- гульса, степени неоднородности, длины про- межутка и для грозового импульса может су- щественно превышать единицу. О коэффициен- те импульса в случае сжатых газов — см. § 3.7. Предразрядное время даже для длинных газовых промежутков с сильно неоднородным полем составляет несколько десятков микросе- кунд, т. е. очень мало по сравнению с дли- тельностью полупериода напряжения 50 Гц, поэтому пробой прн этом напряжении проис- ходит на амплитуде напряжения. Все приве- денные в этом разделе численные значения пробивных напряжений и напряженностей да- ны в амплитудных значениях. 3.5. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ГАЗОВЫХ ПРОМЕЖУТКОВ. ЗАКОН ПОДОБИЯ РАЗРЯДОВ Электрическая прочность газа зависит от его природы, строения его молекулы. Эта за- висимость сложная. При прочих равных усло- виях прочность тем выше, чем больше потен- циал ионизации. В табл. 3.4 приведены значе- ния потенциалов ионизации различных газов. Скорость и соответственно энергия электро- нов, приобретаемые ими при движении в элек- Рис. 3.4. Зависимость пробивных напряжений различных газов от произведения давления на расстояние между плоскопараллельными элек- тродами трическом поле, определяются в основном ха- рактером столкновений электронов с молеку- лами данного газа. Если электроны в газе при своих столкновениях с молекулами или атома- ми испытывают относительно большое число неупругих столкновений, что характерно для сложных молекул газа, то для достижения ими энергии, необходимой для ионизации, тре- буется большая напряженность электрическо- го поля и прочность такого газа будет выше. Поэтому часто газу с малым ионизационным потенциалом соответствует большая электри- ческая прочность и наоборот. Так, одноатом- ные благородные газы Ne, Не, в которых ука- занные потери малы, хотя и обладают высо- ким ионизационным потенциалом, но имеют низкую электрическую прочность. При неизменной температуре пробивное напряжение газа в однородном поле 17пр яв- ляется функцией произведения давления р на расстояние между электродами h (закон Пашена) UBp = f(ph). (3.8) Установленный экспериментально закон Пашена затем был обобщен и для неоднород- ных полей и получил название закона подобия разрядов, который формулируется следующим образом: при неизменной температуре пробив- ное напряжение 1/пр является функцией произ- ведения давления газа р на одни из геометри- ческих размеров промежутка (например, ради- ус внутреннего цилиндра г коаксиальных ци- линдров) и отношений к этому размеру всех остальных определяющих геометрических раз- меров (например, радиуса наружного цилинд- ра R) Unp = f(pr, R/r). (3.8') В однородном поле кривые зависимости пробивного напряжения от произведения дав- Таблица 3.4. Потенциалы ионизации газов Газ н, N, о, С1, со, н,о Хе КГ Аг Ne Не . Потенциал иониза- ции, В 15,4 15,6 12,1 11,5 13,8 12,6 12,1 14 15,8 21,6. 24,6
48 Газообразные диэлектрики Разд. 3 Таблица 3.5. Минимальные пробивные напряжения для азота и водорода Газ Катод p h, Па «см "пр- B N2 Pt 100 275 n2 Na 80 200 Н2 Pt 166 295 Н2 Na 133 175 Ионизационные процессы прн коронном разряде имеют место только в зоне повышен- ной напряженности поля. При дальнейшем повышении напряжения коронный разряд при повышенных давлениях обычно переходит в стримерную, а в длинных промежутках лидер- ную стадии разряда, которые и завершают про- цесс прохождения разрядным каналом всего промежутка между электродами. Определение пробивного напряжения, которое может быть существенно больше напряжения появления ко- ронного разряда, в этих случаях выполняется Таблица 3.6. Значения постоянных коэффициентов в формуле (3.6) Постоянные коэффициенты Воздух О, N, H, Ar He Ne SF« e0, МВ/м 2,45 2,60 2,35 1,26 0,57 0,57 0,201 8,93 fc0, MB/m1/2 0,064 0,0635 0,0955 0,0437 0,226 0,0153 0,0157 0 ления на расстояние между электродами (кри- вые Пашена) имеют U-образную форму (рис. 3.4). Минимальные значения пробивного на- пряжения зависят от материала катода. Чис- ленные значения этих напряжений и соответ- ствующих нм произведений ph для азота и во- дорода даны в табл. 3.5. Наиболее низкие значения минимальных пробивных напряжений наблюдаются в случае инертных газов и особен- но их смеси с аргоном или парами ртути. Газы применяются в качестве изолирую- щих сред при значениях ph, которые намного больше значений, соответствующих минимуму в кривых Пашена, т. е. обычно расчеты ведут- ся при использовании правой ветви этих кри- вых. При ph около 1000 Па-см и более в опре- деленных пределах по давлению, различному для различных газов (см. § 3.7), можно поль- зоваться расчетной формулой Unp = До— h+ »о 1/ — . (3.9) Ро Г Ро где ро — давление при нормальных атмосфер- ных условиях (ро— 101,3 кПа, температура 7’о=293 К). Значения постоянных а0 и &0 Для различных газов приведены в табл. 3.6. При отклонении температуры от нормаль- ной Го=293 К пробивное напряжение можно определить по формуле Unp = а0М + Ьо УНГ, (3.10) где 6=(р/р0)(70/Т). (3.11) Из (3.9) следует, что электрическая прочность газа £пр определяется выражением F — ^пР — „ Р I h 1 f Р Ьдр — — “г I/ , л Ро V М (3.12) Следовательно, электрическая прочность Гвэа при неизменном давлении увеличивается с уменьшением расстояния между электродами. по имеющимся многочисленным эксперимен- тальным кривым (см. § 3.11). Однако напря- жение появления коронного разряда, которое обычно называется начальным, может быть рассчитано по полуэмпирической формуле a„tih с 1 Uh--7— 1+ Ш.38 h (3-13) «н L (of) J где h — расстояние между электродами; г— радиус кривизны электрода с большей кривиз- ной; kB — коэффициент неоднородности поля (отношение максимальной напряженности к средней): для коаксиальных цилиндров (7?/г)-1 н Ш R/r (3.14) для концентрических сфер kH — R/r; (3.15 с — коэффициент, зависящий от рода газа и геометрии электродов; для воздуха в случае коаксиальных цилиндров с=0,113 м°-38, для концентрических сфер с=0,155 м0’38; а0 берет- ся из табл. 3.6. > Формула (3.13) в общем случае справед- лива для отрицательной полярности напряже- ния. В сильнонеоднородных полях при положи- тельной полярности наблюдаются несколько большие значения. Характер изменения зависимости разряд- ного напряжения от степени неоднородности поля хорошо иллюстрируется кривыми рис. 3.5, где представлены зависимости начального и пробивного напряжения от расстояния меж- ду электродами для системы шар — плоскость. Из рисунка видно, что с ростом степени неод- нородности поля, которая возникает благода- ря увеличению расстояния между электродами при неизменном диаметре шара, повышение разрядного напряжения замедляется. При не- котором отношении диаметра шара к расстоя- нию между ним и плоскостью пробою предше- ствует коронный разряд, а пробивное напряже- ние становится примерно равным сооТВЁтству-
§ 3.6 Газы с высокой электрической прочностью 49 Рис. 3.5, Зависимость на- чального и пробивного на- пряжений (50 Гц) воздуш- ного промежутка от рас- стояния между электродами шар—плоскость: ——-— — пробивные напряже- ния: --------напряжения по- явления короны; /, 2, 3 и 4 — соответственно диаметры ша- ров 75; 50; 25 и 12,5 см; 5 — острие-—плоскость ющему напряжению для стержень — плоскость и сит от диаметра шара. системы электродов практически не зави- 3.6. ГАЗЫ С ВЫСОКОЙ электрической ПРОЧНОСТЬЮ Сравнительно высокой электрической проч- ностью обладают электроотрицательные га- зы. Обычно их электрическая прочность тем выше, чем выше их молекулярная масса. Одна- ко с увеличением молекулярной массы в боль- шинстве случаев повышается также температу- ра кипения, что ведет к тому, что эти газы переходят в жидкость даже при комнатной температуре. Следует также отметить недоста- точную химическую стойкость высокомолеку- лярных газов, а также токсичность их продук- Т а б л и ц а 3.7. Электрическая прочность и температура кипеиия высокомолекулярных электроотрицательных газов тов разложения, например хлора, если послед- ний имеется в соединении. В табл. 3.7 приве- дены температуры кипения некоторых газов и электрические прочности по отношению к прочности воздуха. Обращает на себя внима- ние очень высокая электрическая прочность высокомолекулярного соединения CI4F24, кото- рая достигает десятикратного значения по от- ношению к прочности воздуха. На рис. 3.6 представлена зависимость электрической прочности, деленной на давле- ние, от произведения давления на междуэлект- родное расстояние в однородном поле для эле- газа и хладона. Здесь же для сравнения дана аналогичная зависимость для воздуха. Как ви- дим, электрическая прочность элегаза и хла- дона по отношению к воздуху хотя и снижает- ся с уменьшением ph, но все же остается до- статочно высокой. Высокая электрическая прочность электро- отрицательных высокомолекулярных газов свя- зана, с одной стороны, с тем, что усложнение структуры молекулы приводит к появлению Газ Химический состав Молекулярная масса Температура кипения. °C 1 Отношение элект- | рнческой проч- ности газа к ; прочности возду- ха Гексафторид SF„ 146 —63,8 2,9 серы (элегаз) Дифтордихлор- CF2C12 129 —30 2,4 метан (хладон- 12) Гексафторцик- C4F„ 162 —5 3,9 лобутан Гексафторбу- C3F,CN 195 1 5,8 тиронитрил Декафторци- C5F io 250 22 4,3 клопеитан Октафторцнк- c5F8 212 25 5,5 лопентан Перфторбутил- c8f leO 416 101 6,3 тетрагидрофу- ран 624 — 10,0 Рис. 3.6. Зависимость £Лр/р от произведения ph в однородном поле: 1 — CFsCU; 2 — SFe; 3 — воздух
50 Газообразные диэлектрики Разд. 3 большего числа степеней свободы, а с другой стороны, с тем, что эти газы способны к обра- зованию отрицательных ионов за счет прили- пания электронов к нейтральным молекулам, что снижает интенсивность ударной ионизации. Электроны при своем столкновении со сложной молекулой тратят большую долю своей энер- гии на возбуждение колебательных или вра- щательных уровней. Если при упругих столк- новениях электрон теряет около 10~4 своей энергии, то при неупругих ударах даже с про- стыми по структуре молекулами 0,1—0,4 сво- ей энергии. Образование отрицательных ионов проис- ходит в результате протекания следующих ре- акций: 1) радиационный захват An Вт + е~ An Вт + ftv> т. е. для элегаза SF6 + е~ -+• SF6~ + hv; 2) диссоциативный захват AnBm+e"-*AnB^ + *B. где k = 1, 2, 3, ..., m— 1, т. е. для элегаза SF6 + е~-*SF^“ F или SF6+ e“->SF7 + 2F; или Ад Вт + -* Ап Вт—й—1 + (k — 1) В 4- В-, т. е. для элегаза SFe + е— -> SF4 + F + F—; 3) захват со стабилизацией в соударении с третьим телом A»Bm + e~-*(AnB^)*+AnBm- -*AnB^+(AnBm)*’ т. е. для элегаза SF6 + е -> (SF^)* + + SF6 SI7 + (SF„)’, где молекулы, отмеченные звездочкой, нахо- дятся в возбужденном состоянии. Для развития разряда в газе основное зна- чение имеет ионизация молекул. В молекуляр- ных тяжелых газах, в частности в элегазе, воз- можны разные процессы ионизации. Наиболь- шее значение имеют следующие реакции: 1) ионизация электронным ударом АПВт + *~^АХ+ *“+*“ ИЛИ An Вт+ 6 -* Ап В«-. + В~ + е~> 2) диссоциативная ионизация Ад Вт + е~ Ап Вт— h + £В + е— е—, где k—l, 2, 3.m—1. Из высокопрочных газов наиболее широ- кое распространение к настоящему времени нашел газ SFe (элегаз), основные свойства ко- торого будут приведены ниже. Из других вы- сокопрочных газов следует отметить перфтори- рованные углеводороды, т. е. углеводороды, в которых все атомы водорода заменены атома- ми фтора. Эти газы отличаются повышенной иагревостойкостью, негорючи, малотоксичны, химически стойки, слабо взаимодействуют с твердыми материалами. Однако, как отмеча- лось в начале этого параграфа, их температу- ра кипения достаточна высока, что препятству- ет их использованию в сжатом состоянии даже при умеренных температурах, не говоря уже об отрицательных, которые всегда имеют место для открытых установок. В то же время имен- но применение газов под давлением позволяет им как электроизоляционным средам конкури- ровать с традиционными жидкими н твердыми диэлектриками. Об электрической прочности сжатых газов—см. § 3.7. Кроме того, содержа- щийся в этих соединениях углерод при разло- жении газа в условиях электрического разря- да может выпасть в виде свободного углеро- да, оседая на поверхности твердых электроизо- ляционных элементов конструкции, что делает их проводящими. Как уже отмечалось выше, по комплексу свойств, необходимому для применения газа в сильноточной электротехнике, наиболее ценным является элегаз. Молекула элегаза содержит шесть атомов фтора, расположенных в верши- нах правильного октаэдра, и атом серы, нахо- дящийся в центре молекулы. Симметричное строение молекулы, ковалентная связь между атомами, оптимальное соотношение между ра- диусами фтора и серы обеспечивают высокую стабильность и химическую инертность этого соединения, исключают гидролиз элегаза водой или щелочными растворами. Элегаз получается в результате прямой реакции между расплавленной серой и газооб- разным фтором, который образуется прн элект- ролизе раствора фтористого калня во фтори- стоводородной кислоте. Прн образовании эле- газа наряду с ним образуется достаточно боль- шое количество низших фторидов, поэтому тре- буется специальная очистка, в процессе кото- рой происходит также очистка от других при- месей; влаги, воздуха, азота, кислорода. В чис- том техническом SF6 содержится до 0,3 % указанных примесей. Чистый элегаз является химически и фи- зиологически инертным. В сосудах из кварца он не разлагается до 500 °C, однако реагиру- ет с щелочными металлами при температу- рах выше 150 °C. Он не горит, не имеет ни за- паха, ни цвета. Под действием искрового и ко- ронного электрического разряда элегаз разла- гается на низшие легко гидролизующие фтори- ды серы SFz, SF4. При той высокой температуре, которая возникает в процессе горения дуги, в результате разложения газа образуются атомы фтора и серы. Но при снижении температуры дуги в процессе ее охлаждения атомы серы и фтора воссоединяются, образуя исходный про- дукт— элегаз. Однако восстановительные реак- ции идут в полной мере только в чистом элега- зе. Наличие примесей, особенно водяных паров, приводит к образованию таких высококуфози- онных продуктов, как HF, а также SOF2, SO2 н ряда других соединений. Поэтому в тех ап- паратах, в которых в процессе работы возни- кает дуга, применяют поглотители, например активированный глинозем и цеолиты. Стой- кость конструктивных материалов к про- дуктам разложения элегаза возрастает в сле- дующем порядке: пластики, обладающие боль-
Электрическая прочность сжатых газов Рнс. 3.7. Зависимость давления насыщенных паров элегаза от температуры шой абсорбцией галоидов, сера и серосодержа- щие соединения, селен, кремнистая сталь, сталь, латунь, медь, нержавеющая сталь, алюминий, серебро, платина, никель. В табл. 3.8 приведены значения теплоемко- сти элегаза при разных температурах и давле- нии, а на рнс. 3.7 дана зависимость давления насыщенных паров от температуры. Зависимость удельной теплопроводности элегаза, Вт/(м-К), от температуры определяет- ся формулой X = 6,446-IO"5 Т0'942. (3.16) Динамическая вязкость элегаза при раз- ных температурах имеет следующие значения прн р=0,1 МПа: t, °C . . . 2,11 31,16 40,64 51,38 66,15 1J, МПа-с . 0,0145 0,0157 0,0165 0,0170 0,0179 3.7. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ СЖАТЫХ ГАЗОВ Пробивные напряжения большинства газов прн атмосферном давлении и ниже подчиняют- ся закону Пашена, т. е. эти напряжения явля- ются функцией произведения давления (плот- ности) газа на расстояние между электрода- ми. С увеличением давления наблюдаются от- клонения от этого закона. Давление, прн ко- тором наблюдается это отклонение, зависит от рода газа, а также качества обработки поверх- ности электродов н чистоты газа в отношении твердых, особенно проводящих, микрочастиц, находящихся на поверхности электрода илн в газе. В электроотрицательных высокомолекуляр- ных газах прн электродах, приготовленных по обычной лабораторной технологии, этн откло- нения могут наблюдаться уже при атмосфер- ном давлении (рис. 3.8), тогда как в воздухе (рис. 3.9) и особенно в водороде это давление существенно выше. Отметим, что прн особо тщательных условиях подготовки электродов н чистоты всей камеры, в которой проводятся испытания, закон Пашена для элегаза соблю- дается даже прн давлении 1,3 МПа. Отклонения от закона Пашена являются функцией произведения давления газа р на вы- соту выступа (неровности) Л на поверхности электрода. Для элегаза отклонения начинают- ся прн ph, равном 4 кПа-мм, а в воздухе — прн значении ph на порядок больше. Данные, приведенные на рнс. 3.10, позво- ляют сделать количественную оценку сниже- ния пробивного напряжения или появления коронного разряда (начального напряжения) в случае элегаза в зависимости от радиуса н высоты выступа на поверхности электродов. Прямая 1 соответствует вычисленной электри- ческой прочности, отнесенной к давлению, в ус- ловиях отсутствия выступов на поверхности электродов. Кривым 2—6 соответствуют сле- дующие коэффициенты неоднородности поля f, радиусы кривизны выступа г н высоты вы- ступа h: Кривая , . . , 2 3 4 5 6 f........... 3,0 4,1 5,8 9,2 13,2 г, мкм ... 500 345 250 167 125 h, мкм ... . 500 725 1000 1500 2000 При повышенных давлениях газа наблю- дается эффект кондиционирования промежут- ка искровой обработкой или длительным при- ложением напряжения, прн которых пробивные напряжения заметно повышаются. В первом случае это повышение растет с увеличением числа разрядов, предшествующих данному, а во втором — с увеличением длительности при- ложения напряжения, которое повышается сту- пенями с определенной выдержкой на каждой ступени. Повышение пробивного напряжения искро- вой обработкой, по-внднмому, связано с раз- рушением выступов искрой, а также сгорани- ем микрочастиц илн нх удалением из областей с повышенной напряженностью. Прн кондици- онировании длительным приложением напря- жения разрушение микровыступов связано с нх бомбардировкой ионами, образованными в про- Таблнца 3.8. Теплоемкость элегаза, кДж/(кг-°С), при разных температурах и давлениях газа X. t. °C р, МПа\. 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0,1 0,654 0,695 0,725 0,754 0,775 0,796 0,812 0,830 0,838 0,855 0,5 0,670 0,708 0,733 0,762 0,783 0,800 0,812 0,830 0,846 0,855 1,0 0,691 0,729 0,750 0,771 0,792 0,808 0,825 0,834 0,846 0,855 2,0 — — — — 0,821 — — — — 0,876
52 Газообразные дизлектрики Разд. 3 Рис. 3.8. Зависимость пробивного напряжения элегаза от произведения давления на расстоя- ние между электродами. Однородное поле, 50 Гц Рис. 3.9. Зависимость среднего значения элек- трической прочности воздуха от давления для площади электродов 100 см2. Однородное поле: / — по закону подобия разрядов; 2 — напряжение 50 Гц, воздух и камера очищены и высушены с по- мощью длительной продувки через фильтр, электро- ды полированы; 3 и 5 — соответственно напряжения грозового импульса 1,5/40 мкс и 50 Гц, воздух очи- щен с помощью фильтра, электроды шлифованы; 4 и 6 — соответственно напряжения грозового импуль- са и 50 Гц, воздух ие очищался, электроды шлифо- ваны цессе коронного разряда с мнкровыступов. Кро- ме того, в ходе этого процесса благодаря за- рядке микрочастиц, что ведет к нх интенсивно- му движению в электрическом поле, происхо- дит удаление их из областей сильного поля в области с ослабленным полем. Последнее яв- ление используется прн предварительных ис- пытаниях промышленного оборудования прн пониженном напряжении. Для кондиционированных газовых проме- жутков пробивные напряжения несколько по- вышаются в зависимости от рода материала электродов в следующей последовательности: никель, алюминий, цинк, серебро, латунь, угле- родистая сталь, железо, медь, нержавеющая сталь. Для некондиционированных электродов зависимость пробивного напряжения от рода их материала практически отсутствует. Вероятность появления больших выступов на поверхности электродов, а также проводя- щих посторонних микрочастиц на этой поверх- ности или вблизи нее зависит от площади электродов, поэтому наблюдается зависимость пробивных напряжений от площади поверхно- сти электродов. В целях снижения эффекта от мнкровы- ступов на поверхности электродов и проводя- щих микрочастиц иногда применяют покрытие электродов изоляционными пленками, что дает повышение пробивного напряжения на 20— 30 %. Прн разработке электротехнического оборудования с изоляцией сжатыми газами ко- нечно нельзя ориентироваться на многочислен- ные данные, полученные прн тщательной подго- товке электродов и испытательной камеры в ла- бораторных условиях. В связи с тем, что разряд в газах повышен- ного давления возникает благодаря ударной ионизации в поле, усиленном мнкровыступом нлн микрочастицей, лежащей на поверхности электрода нлн вблизи нее, объем пространства, в котором он формируется, очень мал и поэто- му усиленное поле является функцией только напряженности, которая существовала бы в этом месте при отсутствии этого мнкровысту- па нли микрочастицы. Эту напряженность на- зывают начальной напряженностью коронного разряда вблизи микронеоднородностн и пробив- ной напряженностью прн пробое всего проме- жутка. Обычно размеры и форма мнкронеодно- родностей таковы, что в сжатых газах в слу- чае однородных и слабонеоднородных полей разрядный канал, сформировавшийся вблизи мнкровыступа нли микрочастицы, может сразу Рис. 3.10. Зависимость Епр/р от рг в элегазе при различной форме выступа на поверхности электрода: — - — пробивные напряжения; —«-"^ — началь- ные
Электрическая прочность сжатых газов 53 Ряс. 3.11. Зависимость средних значений элек- трической прочности элегаза от давления при различной площади поверхности электродов: 2 н 4 — 50 Гц, площади поверхности электродов соответственно 10 и 1000 см2; 1 и 3 —напряжение грозового импульса 1,2/50 мкс, площади поверхности электродов соответственно 10 и 1000 см2 Рнс. 3.12. Зависимость отношения пробивного напряжения смесн азота с элегазом t/пр.см к £/Пр азота от объемной доли элегаза Рнс. 3.13. Зависимость пробивного напряжения н напряжения появления короны в различных газах от давления газа для электродов ост- рие — плоскость. Острие заряжено положи- тельно. Расстояние между электродами 1 см: ——— — пробивные напряжения; — — — — началь- ные распространяться без повышения напряжения через весь промежуток, несмотря на то что по- ле в остальной части промежутка существенно меньше, чем поле вблизи мнкровыступа или микрочастицы. Поэтому пробивная напряжен- ность не зависит от длины промежутка и рас- пределения поля по нему. Все определяется напряженностью в месте расположения мнкро- выступа или микрочастицы, т. е. на поверхно- сти электрода нлн вблизи нее. На этом и осно- вана методика расчета пробивных напряжений оборудования с изоляцией сжатым газом. Зная из экспериментальных данных электри- ческую прочность н вычислив распределение поля по расчетному промежутку, определяют пробивное напряжение данной изоляционной конструкции. Данные, представленные на рнс. 3.11 для элегаза, а на рис. 3.9 для воздуха, дают воз- можность определить пробивные напряжения изоляционных промежутков по указанной методике прн напряжении промышлен- ной частоты 50 Гц и грозовом им- пульсе для промышленного электрооборудова- ния с изоляцией сжатыми газами. Для опреде- ления выдерживаемого напряжения с той нлн иной вероятностью пробоя необходимо знать среднеквадратичное отклонение а. При давле- нии элегаза, равном 0,3—0,4 МПа, можно ори- ентироваться на значения а, равные: при на- пряжении промышленной частоты — 0,03, а при напряжении грозового импульса — 0,05. Добавление к азоту, воздуху или другому газу с невысокой электрической прочностью даже небольшого количества элегаза позволяет получить смесь с существенно большей проч- ностью по сравнению с прочностью исходного газа. В качестве примера на рис. 3.12 показано повышение прочности азота прн добавлении к нему элегаза. В электроотрицательных газах в случае электродов с снльнонеоднородным электричес- ким полем прн положительной полярности электрода с малым радиусом кривизны в за- висимости пробивного напряжения от давле- ния наблюдается максимум, а в случае возду- ха при малых расстояниях и два. Давление, соответствующее максимуму пробивного напря- жения (критическое давление), зависит от ро- да газа. В элегазе оно существенно меньше, чем в воздухе (рис. 3.13), При давлениях вы- ше критического напряжение снижается до на- пряжения, соответствующего начальному на- пряжению (напряжению начала коронного разряда). Отношение значений пробивных на- пряжений элегаза и воздуха в области давле- ний, где пробою предшествует коронный разряд, существенно больше, чем в случае однородных и слабонеоднородных полей. В этой же обла- сти, начиная с некоторого давления, наблюда- ется коэффициент импульса меньше единицы, т.е. пробивное напряжение при грозовом им- пульсе меньше пробивного напряжения при на- пряжении промышленной частоты (рис. 3.14). В воздухе при небольших его давлениях в снльнонеоднородном поле рост пробивного на- пряжения с увеличением давления довольно значительный. Однако потом наблюдается Рис. 3.14. Зависимость пробивных напряжений в воздухе от давления для электродов острие— плоскость. Расстояние между электродами 6 см: ------ — максимальные значения пробивных напря- жений прн 50 Гц:---------минимальные:---------- 50 %*ные напряжения грозового импульса 1,2/50 мкс
54 Газообразные дизлектрики Разд. 3 Рнс. 3.15. Зависимость пробивного напряжения от давления воздуха для электродов острие — плоскость при 50 Гц: ------ — максимальные значения;-----------мини- мальные; /, 2, 3, 4 н 5 — соответственно расстояния между электродами 24, 12, 6, 3 и 1 см сильный разброс пробивных напряжений, а за- тем они снижаются до коронного (рнс. 3.15). Пробивные напряжения в электродных уст- ройствах с сильнонеоднородиым электрическим полем существенно меньше, чем в устройствах с однородным илн слабонеоднородиым полем, даже прн давлениях, в которых наблюдается повышенное пробивное напряжение за счет стабилизации разряда в результате короннро- вания и выравнивания тем самым поля. По- этому обычно стремятся создавать конструкции, в которых отсутствуют сильнонеоднородные поля. 3.8. РАЗРЯД В ГАЗЕ ВДОЛЬ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ДИЭЛЕКТРИКА Разряд вдоль поверхности днэлектрнка, расположенного в газовой среде, является ти- пичным разрядом в газе, находящемся в элект- рическом поле, искаженном диэлектриком. Ис- кажение — усиление поля в отдельных местах происходит вследствие разницы в диэлектри- ческих проницаемостях диэлектрика и газа, а также повышенной проводимости диэлектрика, вызванной наличием влаги на поверхности ди- диэлектрнка и в нем самом. Это уси- ление поля приводит к снижению разрядных напряжений (начала разряда н поверхностно- го пробоя — перекрытия). Снижение напряже- ния перекрытия особенно сильно проявляется, когда диэлектрик находится в среде сжатого газа. В этом случае напряжение перекрытия может быть в 2—3 раза меньше, чем пробив- ное напряжение соответствующего чистого га- зового промежутка (промежутка в отсутствие диэлектрика), тогда как при атмосферном дав- лении воздуха соответствующее снижение обычно равно примерно 30 % и менее. Характер завнсимостн напряжения пере- крытия от параметров днэлектрнка, расстояния между электродами, давления газа, влажности соответствует трем основным характерным рас- положениям днэлектрнка в электрическом по- ле (рис. 3.16): а) однородное поле между плоскими электродами нли слабонеоднородное поле, об- разованное коаксиальными цилиндрами, в ко- торых поверхность раздела Днэлектрнка н га- за расположена вдоль силовых линий (рнс. 3.16, а-) б) сильнонеоднородное поле с нормальной составляющей напряженности поля больше тангенциальной (рис. 3.16,6); в) сильнонеоднородное поле с тангенци- альной составляющей напряженности поля больше нормальной (рнс. 3.16, в). При расположении диэлектрика в электри- ческом поле по рис. 3.16, а силовые лниин по- ля расположены вдоль поверхности диэлект- рика и, следовательно, диэлектрик, казалось бы, не должен влиять на распределение элект- рического поля. Однако наличие газовых про- слоек между диэлектриком и электродами при- водит к резкому перераспределению поля с уси- лением поля в газовых прослойках по причинам, указанным выше. Вследствие этого возни- кают частичные разряды в газовых прослойках, их дальнейшее развитие приводит к перекры- тию при заметно пониженном напряжении. Для того чтобы получить напряжение пе- рекрытия, близкое к пробивному напряжению соответствующего газового промежутка, необ- ходимо обеспечить хорошее прилегание поверх- ности днэлектрнка к электродам и сушку ди- электрика под вакуумом, а в диэлектрике с большой поверхностной гигроскопичностью, (сте- кле), эта сушка должна выполняться, кроме того, с прогревом прн 350 °C. В обычных ком- натных условиях снижение напряжения пере- крытия по сравнению с напряжением пробоя соответствующего воздушного промежутка ил- люстрируются данными рис. 3.17. Данные это- го же рисунка хорошо иллюстрируют вредное влияние плохого контакта. Напряжение перекрытия зависит также от рода воздействующего напряжения. Наиболее низкие значения напряжений наблюдаются прн напряжении промышленной частоты н длитель- ном воздействии постоянного напряжения (рис. 3.18). При импульсных напряжениях, особенно при диэлектриках с малой диэлектрической Рнс. 3.16. Характерные расположения диэлектрика в электрическом поле: а — равномерное поле; б н в — неравномерные поля; 1 — электроды; 2 — твердый диэлектрик
§ 3.8 Разряд в газе вдоль поверхности твердого диэлектрика 55 Рис. 3.17. Зависимость напряжения перекрытия в воздухе от расстояния для различных мате- риалов в сравнении с пробивным напряжением соответствующего воздушного промежутка. Однородное поле, 50 Гц: / — пробой воздушного промежутка: 2—парафин; 3 — фарфор; 4 — фарфор, стекло при плохом контакте Рис. 3.18. Зависимость 1/пр и напряжения пе- рекрытия в воздухе от расстояния между электродами прн разных видах напряжения. Однородное поле. Диэлектрик — стекло: 1 — пробой воздушного промежутка при 50 Гц; 2 — перекрытие при импульсном напряжении; 3—пере- крытие при постоянном напряжении; 4 — перекрытие при 50 Гц Рис. 3.19. Напряжения перекрытия и 1/пр в зависимости от давления элегаза. Однородное поле, 50 Гц. Расстояние между электродами 20 мм: 1 — пробивное напряжение газового промежутка; 2 н 3 — напряжения перекрытия и появления короны соответственно при фторопласте, газовый зазор 0,45 мм у электрода; 4 и 5 —то же, что и 2 и 3, но прн эпоксидном компаунде, а газовый зазор 0,97 мм в середине диэлектрика проницаемостью, напряжения перекрытия при* блнжаются к пробивному напряжению соот- ветствующего газового промежутка. Эффект выравнивания электрического по- ля благодаря коронированню в газовых про- слойках, наблюдаемый прн атмосферном дав- лении газа, с повышением давления уменьша- ется (рис. 3.19) соответственно н рост повы- шения напряжения перекрытия прн этом силь- но снижается. При давлениях, при которых пе- рекрытие происходит без предварительного ко- роннрования, на значение напряжения перекры- тия особенно сильно влияет численное значение диэлектрической проницаемости диэлектрика. Напряжение перекрытия прн диэлектрике из фторопласта, у которого ег=2, существенно выше, чем при диэлектрике из эпоксидного компаунда, у которого ег=4 (рнс. 3.19). Ес- ли газовые полости, находящиеся у края ди- электрика, снижают напряжение перекрытия, то полости закрытые и полости, находящиеся в средней части контактной поверхности, явля- ются источниками частичных разрядов, разру- шающих материал диэлектрика. В промышленных конструкциях электро- оборудования с изоляцией сжатыми газами для снижения эффекта газовых полостей в обла- сти контактной поверхности (краевого эффек- та) применяют внутренние и наружные экра- ны у электродов или изоляторы конусной фор- мы. Внутренние н наружные экраны (рис. 3.20, а н б) снижают напряженности поля в газовых полостях в месте прилегания изоля- тора (диэлектрика) к электродам. Предпочти- тельна внутренняя экранировка, выполненная в процессе отливки изолятора. В этом случае при хорошей заливке отсутствуют газовые по- лости между поверхностями диэлектрика н эк- рана. В случае применения конусных изо- ляторов (рис. 3.20, в) силовые ли- нии поля проходят через диэлектрик только на коротком отрезке, поэтому поле в газовых полостях возрастает незначительно по сравнению с полем в газе вблизи диэлектрика в остальной его части. Если указанными меро- приятиями удается влияние краевого эффекта свести к нулю, то расчет напряжения перекры- тия можно вести исходя из разрядных напря- женностей на поверхности диэлектрика, чис- Рис. 3.20. Примеры выполнения экранов н формы изоляторов с повышенным напряжением перекрытия в конструкциях с коаксиальными электродами: / токопровод; 2 —оболочка; 3 — внутренний экран; 4 — дисковый изолятор; 5 — стержневой изолятор: 6 — наружный экран; 7 — конусный изолятор
56 Газообразные диэлектрики Разд. 3 Рис. 3.21. Напряжение перекрытия в зависи- мости от температуры при различной абсолют- ной влажности элегаза. Однородное поле, 50 Гц. Расстояние между электродами 10 мм. Цифры у кривых обозначают давление паров воды при /=0°С. Давление элегаза 0,24 МПа. Диэлектрик — эпоксидный компаунд: — — — — напряжение перекрытия в сухом состоянии; * — точка росы Рис. 3.22. Импульсные напряжения перекры- тия в элегазе при 0,39 МПа в зависимости от температуры при различной абсолютной влаж- ности. Однородное поле. Грозовой импульс 1,2/50 мкс. Расстояние между электродами 10 мм. Цифры у кривых обозначают давление паров воды при /=0°С: — —-----напряжение перекрытия в сухом состоянии; * — точка росы ленно равных значениям, приведенным на рис. 3.11 для чисто газовых промежутков. Количественную оценку влияния влажно- сти на напряжение перекрытия можно выпол- нить, используя данные, представленные на рис. 3.21—3.23. Из этих данных следует, что снижение напряжения перекрытия при нали- чии влаги в газе зависит не только от относи- тельной, но и от абсолютной влажности газа. При абсолютной влажности, соответствующей давлению паров 0,96 кПа, напряжение пере- крытия ненамного отличается от напряжения перекрытия в сухом состоянии даже прн ус- ловиях, соответствующих влажности 100 %, т. е. в точке росы (рис. 3.21), тогда как прн влажности, соответствующей давлению паров 1,87 кПа, это напряжение составляет 27 °/о на- пряжения перекрытия в сухом состоянии. Сильное влияние влажности на напряжение пе- рекрытия наблюдается не только при напря- жении промышленной частоты, но н при им- пульсных напряжениях (рис. 3.22). Влияние влажности на напряжение перекрытия растет с увеличением давления,. Снижение напряже- ния перекрытия с повышением давления особен- но значительно при повышенной влажности, что характеризуется соотношением напряжений, соответствующих кривым 3 и 2 рис. 3.23. При расположении диэлектрика в электри- ческом поле по рис. 3.16, б относительно не- большое расстояние между верхним и нижним электродами в вертикальном направлении, а также наличие диэлектрика между ними с ди- электрической проницаемостью, которая за- метно больше проницаемости газа, приводит к резкому усилению поля в газе вблизи края верхнего электрода. Это же явление имеет место вблизи головки стримера и скользящего разряда, возникающих после того, как корон- ная стадия развития разряда с повышением напряжения переходит в следующие фазы раз- ряда. Поэтому напряжения начала разряда (короны) и перекрытия в этом типе располо- жения диэлектрика в электрическом поле яв- ляются наиболее низкими. Влияние влаги в рассматриваемом случае значительно меньше, чем в однородном поле, так как поле и так является снльнонеоднород- ным. Распределение поля в нем определяется в основном объемными зарядами коронного раз- ряда и последующих фаз развития разряда. Для ориентировочных расчетов напряже- ния появления скользящих разрядов прн про- мышленной частоте, кВ, можно воспользовать- ся эмпирической формулой 1 92 1/СВ = -^4Г -10-4. <3-17) где С — удельная поверхностная емкость (на Рис. 3.23. Напряжения перекрытия в зависимо- сти от давления элегаза. Однородное поле, 50 Гц. Расстояние между электродами 20 мм. Материал диэлектрика — эпоксидный компаунд: / — в сухом состоянии; 2— давление водяных паров 1.2 кПа. /«2.5-г5°С, точка росы 9.5 °C; 3 — давление водяных паров 2,07 кПа, / = 5-г9,5’С, точка росы 18 °C
§ 3.9 Электрическая прочность при высокой частоте 57 единицу поверхности электрода), Ф/см2. Эга формула дает хорошее совпадение с опытом при С>0,25-10-12 Ф/см2. Характер зависимости напряжения пере- крытия от длины промежутка, удельной по- верхностной емкости, скорости изменения на- пряжения определяется формулой 5/ “ j ~ V ~k& ’ (3' 18) r VdUldt где I — расстояние между электродами по по- поверхности диэлектрика; С — удельная по- верхностная емкость; k — опытный коэффи- циент; dU/dt — скорость изменения напряже- ния. Из формулы (3.18) следует, что напряже- ние перекрытия увеличивается весьма медлен- но с ростом расстояния между электродами. Поэтому в тех видах электрооборудования, где встречается такой тип электродного устройст- ва, для повышения напряжения перекрытия применяют выравнивание распределения напря- жения по поверхности днэлектрнка с помощью проводящих нлн полупроводящих обкладок. Для электродного устройства с преоблада- ющей нормальной составляющей поля характер влияния давления зависит от формы электро- да с повышенной напряженностью поля (элект- род А на рнс. 3.24). Когда электрод А пред- ставляет собой очень тонкий цилиндр с остры- ми краями, с ростом давления напряжение пе- рекрытия может не только не увеличиваться, но и снижаться (кривая 1, рнс. 3.24). Наоборот, когда этот электрод имеет закругленные края, напряжение перекрытия растет с увеличением давления (кривая 2, рнс. 3.24). Однако и в этом случае напряжение перекрытия очень сла- бо растет с увеличением расстояния между электродами. В случае преобладающей тангенциальной составляющей электрического поля по сравне- нию с нормальной (рис. 3.16, в) влияние ди- электрика на напряжения перекрытия сущест- венно меньше по сравнению с вышерассмотрен- ными случаями. Характерные зависимости на- пряжения перекрытия от расстояния между электродами для различных электроизоляци- онных материалов представлены на рис. 3.25. Загрязнение сухой пылью поверхности ди- электрика не приводит к заметному снижению напряжения перекрытия. Однако если происхо- дит увлажнение слоя пыли (грязи) при дож- де, росе или иным способом, это приводит к существенному снижению напряжения пере- крытия. Образующаяся неоднородная пленка из водорастворимых составляющих загрязня- ющего вещества имеет малое удельное сопро- тивление, токи утечки по поверхности диэлект- рика возрастают и на отдельных участках по- верхности вследствие неоднородности пленки происходит подсушка. На подсушенном участ- ке увеличивается напряжение и происходит об- разование частичной дуги. При дальнейшем повышении напряжения дуга растягивается на весь промежуток. Аналогичные явления наблю- даются и при смачивании чистой поверхности дождем. Рассматриваемый процесс инерцион- ный, поэтому напряжение перекрытия при им- пульсных напряжениях выше. Характер наблю- даемых зависимостей напряжения перекрытия Рис. 3.24. Зависимость напряжения перекрытия вдоль фарфоровой трубки от давления воздуха при 50 Гц; / — электрод А сделан нз фольги; 2 — электрод А— цилиндрическая обойма с закругленными краями Рис. 3.25. Зависимость напряжения перекрытия по поверхности различных материалов от рас- стояния между электродами при 50 Гц: / — пробой воздушного промежутка; 2 — перекрытие парафина н дерева; 3 — перекрытие бумажно-баке- литового цилиндра; 4 — перекрытие фарфора н стекла от удельного сопротивления р, толщины плен- ки А, диаметра изолятора D и длины пути утечки L определяется формулой UneP~*(p/W-4 L, (3.19) где k — экспериментально определяемый коэф- фициент. 3.9. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ГАЗОВЫХ ПРОМЕЖУТКОВ ПРИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЕ В зависимости пробивного напряжения от частоты наблюдаются две критические часто- ты: fKpt и /кР2 (рнс. 3.26). При этих частотах начинается уменьшение пробивного напряже- ния с увеличением частоты. Наличие критичес- ких частот связано с особенностями образова- ния объемного заряда в газовом промежутке при высоких частотах. При напряжении про- мышленной частоты 50 Гц и выше вплоть до определенного значения амплитудные значения пробивных напряжений газовых промежутков практически равны пробивным напряжениям при постоянном напряжении (горизонтальный
58 Газообразные диэлектрики Разд. 3 Рис. 3.26. Характер зависимое™ пробивного напряжения газов от частоты Рис. 3.27. Пробивные напряжения воздушного промежутка в зависимости от его длины при различных частотах. Однородное поле, атмос- ферное давление Рис. 3.28, Пробивные напряжения воздушно- го промежутка в зависимости от его длины в диапазоне сверхвысоких частот. Однородное поле, атмосферное давление участок 1 на рис. 3.26). Ионы, образовавшиеся благодаря ударной ионизации в один из полу- периодов напряжения, в течение этого же по- лупернода успевают дойти до электродов н в следующий полупериод процесс начинается прн отсутствии объемных зарядов. С увеличением частоты часть нонов уже не успевает пройти весь промежуток н их количество с каждым полупернодом возрастает, что ведет к усиле- нию поля и, следовательно, к снижению про- бивного напряжения при частоте fKpi. При дальнейшем увеличении частоты механизм раз- ряда еще более усложняется. Прн определен- ной частоте не только ноны, но и электроны не успевают пересечь весь газовый промежу- ток, создается возможность кумулятивной ио- низации электронами при их колебательном движении в промежутке, что ведет к дальней- шему снижению пробивного напряжения при частоте fKp2- Прн первой критической частоте н более высокой происходит накопление положитель- ных ионов, так как подвижность электронов существенно выше нонов, а количество отрица- тельных нонов меньше, чем положительных. Наряду с процессом накопления объемного за- ряда происходит и процесс его диффузии. При уменьшении пробивного напряжения увеличи- вается время, необходимое для накопления за- ряда, что способствует его диффузии. При оп- ределенной частоте наступает равновесие меж- ду этими процессами. Поэтому с увеличением частоты выше критической снижение пробив- ного напряжения происходит до определенной частоты, начиная с которой пробивное напря- жение не зависит от нее вплоть до наступле- ния второй критической частоты, соответству- ющей кумулятивной ионизации электронами. На рнс. 3.26 этой частоте соответствует гори- зонтальный участок 2. Снижение пробивного напряжения прн частотах выше второй крити- ческой также происходит до определенной час- тоты, выше которой происходит рост пробив- ного напряжения с повышением частоты. В этом диапазоне частот длительность полупе- риода напряжения настолько мала, что некото- рые электроны за это время не успевают осу- ществить ни одного акта ноннзацни. Для повы- шения вероятности ионизации необходимо по- высить напряжение и тем самым увеличить скорость электронов, чтобы они успевали прой- Рнс. 3.29. Пробивные напряжения воздушного промежутка в завнснмостн от его длины при 200 МГц н различных давлениях воздуха. Од- нородное поле. Цифры у кривых указывают давление воздуха
§ 3.10. Электрическая прочность в сильнонеоднородном поле 59 Рнс. 3.30. Пробивные напряжения промежутка стержень — плоскость в воздухе в зависимости от длины промежутка при разных частотах (а) и в зависимости от частоты (б) ти расстояние, необходимое для ударной иони- зации. Из рис. 3.27 н 3.28 следует, что в однород- ном электрическом поле значения первой и вто- рой критических частот (точки излома кривых на рисунках) уменьшаются с увеличением дли- ны разрядного промежутка. Длина разрядного промежутка, начиная с которой происходит уменьшение пробивного напряжения, называ- ется критической. Снижение пробивного напряжения при сверхвысоких частотах наблюдается в широком диапазоне давлений (рнс. 3.29). При этом при уменьшении давления газа критическая длина промежутка остается примерно постоянной. В снльнонеоднородных полях, где пробою предшествует коронный разряд, а затем воз- никновение стримерного канала с образовани- ем интенсивных объемных зарядов, критичес- кие частоты существенно меньше, а пробивное напряжение снижается значительнее по срав- нению с соответствующим напряжением про- мышленной частоты 50 Гц (рис. 3.30). 3.10. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ВОЗДУШНЫХ ПРОМЕЖУТКОВ В СИЛЬНОНЕОДНОРОДНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ Обычно при разработке электроизоляцион- ных конструкций, находящихся в среде окру- жающего их атмосферного воздуха, ориентиру- ются на пробивные напряжения так называе- мых типовых электродных устройств: стер- жень — плоскость или стержень — стержень. Это относится как к конструкциям, предназна- ченным для эксплуатации вне помещения, так и внутри него. Считается, что в обоих случаях возможно оседание на поверхность металли- ческих электродов достаточно крупных частиц, которые сильно искажают электрическое поле и оно становится достаточно неоднородным, а пробивные напряжения становятся близкими к соответствующим напряжениям электродных устройств стержень — стержень нлн стер- жень — плоскость. Кроме того, создание отно- сительно однородных электрических полей свя- зано с применением технологически сложных н громоздких экранов, обеспечивающих вырав- нивание поля. И только при очень высоких напряжениях, когда в условиях помещений со- ответствующие расстояния трудно обеспечить, прибегают к применению экранов. Но и в этом случае допустимые напряженности поля н про- бивные напряжения существенно ниже соот- ветствующих идеальному случаю. Некоторые рекомендации по выбору допустимых напря- женностей в подобных случаях будут даны ниже. Пробивные напряжения воздушных стерж- невых промежутков прн нормальных атмосфер- ных условиях, т. е. при температуре воздуха 20 °C, давлении 101,3 кПа и абсолютной влаж- ности 11 г/м3, для разных видов напряжения н длин промежутков даны на рис. 3.31—3.33. Зависимость пробивных напряжений воздуш- ных промежутков от давления, температуры и влажности является в общем случае слож- ной, и соответствующие поправки на атмос- ферные условия определяются по ГОСТ 1516.2-76. Однако для промежутков длиной менее 1 м можно воспользоваться формулой _ р-293 1 UnP~ U° Po(273 + Z) ’ где Uo — пробивное напряжение промежутка при нормальных атмосферных условиях; р и р0—атмосферное давление в условиях опы- та и нормальное атмосферное давление; t — температура воздуха, °C; ky — поправочный коэффициент, определяемый по рис. 3.34. Для более длинных промежутков указанные поправ- ки несколько меньше, чем для промежутков длиной 1 м и менее. Из рис. 3.33 видно, что для очень длинных промежутков рост пробивного напряжения с увеличением длины промежутка очень слабый при напряжении промышленной частоты и по- ложительной полярности коммутационного им- пульса. В связи с указанным обстоятельством при разработке электроизоляционных конструкций объектов, предназначенных для установки внутри помещения, стараются применять лег- кие металлические экраны для выравнивания распределения поля. К такому же мероприятию прибегают при желании резко повысить на- чальные напряжения разрабатываемого обору- дования в случае коротких промежутков. В длинных промежутках напряжения опреде- ляют на основании расчета электрического по- ля для определенной допустимой напряженно- сти поля, полученной путем экспериментальных исследований. Этн допустимые напряженности существенно ниже расчетных напряженностей в идеальном случае, т. е. прн очень гладкой поверхности и очень чистом воздухе. Допусти- мые напряженности зависят от рода напряже-
60 Газообразные диэлектрики Разд. 3 длинных воздушных промежутков: / — пробивное напряжение 50 Гц, промежуток стер- жень-плоскость; 2 — напряжение перекрытия при коммутационном импульсе положительной полярности с фронтом 100—250 мкс, фарфоровая опорная изоля- ция; 3 — пробивное напряжение при коммутационном импульсе положительной полярности с фронтом 100— 300 мкс, промежуток стержень—плоскость воздушных промежутков при грозовом импуль- се и электродных устройствах стержень — стержень и стержень — плоскость: 1 — отрицательный стержень—плоскость: 2 — отрица- тельный стержень—положительный заземленный стержень; 3 — положительный стержень — отрица- тельный заземленный стержень; 4 — положительный стержень—плоскость тродах стержень — плоскость: грозовой (1,2/50 мкс) и коммутационный. (250/2500 мкс) импульсы отрицательной полярности; 2 — грозовой импульс (1,2/50 мкс) положительной полярности; 3 — коммутационный импульс (250/2500 мкс) положительной полярности Рис. 3.34. Поправочный коэффициент на влажность в зависнмостн от абсолютной влажно- сти для стержневых промежутков длиной менее 1 м: 1 — 50 Гц; 2 — грозовой импульс положительной полярности, постоянное напряжение положительной полярно- сти для промежутков стержень — стержень и стержень—плоскость; 3—грозовой импульс отрицательной поляр- ности и постоянное напряжение отрицательной полярности для промежутка стержень—плоскость. Рис. 3.35. Зависимость допустимой напряженности электрического поля от радиуса экрана: / — коммутационный импульс (250/2500 мкс); 2 — 50 Гц; 3 — постоянное напряжение ния н радиуса экрана (рис. 3.35). Наиболее низкие допустимые напряженности соответст- вуют постоянному напряжению, в чем отража- ется известный факт втягивания и оседания на поверхности электродов пыли. При больших ра- диусах электродов допустимые напряженно- ностн поля равны: а) в случае коммутацион- ного импульса — 22 кВ/см; б) пря переменном напряжении промышленной частоты- 15 кВ/см (амплитудное значение); в) при по- стоянном напряжении — 13 кВ/см. 3.11. электрическая прочность ВАКУУМНЫХ ПРОМЕЖУТКОВ В левой ветвн кривой Пашена в противо- положность тому, что имеет место в правой ветви с уменьшением произведения давления на расстояние ph, пробивное напряжение уве- личивается. При дальнейшем снижении ph наконец на- ступает такой момент, когда пробивное напря-
§ 3.11 Электрическая прочность вакуумных промежутков 61 жение практически перестает зависеть от дав- ления газа. Для расстояния между электрода- ми 10 см ph, при котором происходит переход от пробоя разреженного газа к вакуумному равно 2,5—5,0 Па-см. Электрическая проч- ность вакуумного промежутка ограничивается особым механизмом разряда. Он определяется в первую очередь процессами на электродах. Об этом свидетельствует сильная зависимость пробивного напряжения от материала электро- дов и состояния их поверхности. В зависимости от условий могут домини- ровать различные механизмы пробоя в вакууме. При нетренированных или малотренированных пробоями электродах пробой может вызываться пылью или частицами вещества электродов, оторванными от основной структуры электро- статическими силами. В результате ударов этих частиц или пыли, приобретавших большую ско- рость при полете в электрическом поле, о про- тивоположный электрод возможно их испаре- ние, приводящее к пробою. Возможен также разряд между электродом и подлетающей час- тицей, вызванный многократным усилением электрического поля в зазоре между частицей и электродом, когда этот зазор составляет до- ли радиуса частицы. При очень коротких им- пульсах напряжения вероятны пробои, вызван- ные разогревом микровыступов на катоде то- ком холодной эмиссии. Возможны и другие процессы, а также их комбинация. Для получения приемлемой электрической прочности вакуумного промежутка необходима тщательная очистка всех элементов разрядной камеры, достижение хорошей ровной поверх- ности электродов, предварительная тренировка, например тлеющим разрядом и пробоями. Вли- яние на электрическую прочность вакуумного промежутка большого числа подчас трудно контролируемых факторов приводит к тому, что данные различных авторов могут заметно отличаться друг от друга. С этим же явлением связан большой разброс пробивных напряже- ний, полученных в одном и том же экспери- менте. Пробивное напряжение вакуумного промежутка, кВ, прн электродах из различных материалов в пересчете на зазор 1 мм. Постоянное напряжение. Однородное поле Вольфрам..................... 96—102 Молибден......................... 92* Инвар........................ 192* Нержавеющая сталь............ 109—179 Медь, раскисленная фосфором (коммерческая медь) ..... 29,5—98 Алюминий..................... 29—88 Медь, переплавленная в вакууме 54—73 * По данным Херда. В остальных случаях — по данным нескольких авторов (5]. Высокая электрическая прочность вакуу- ма наблюдается при электродах, изготовлен- ных из сплава титана с добавкой 7 % А1 и 4 % Мо. Она больше, чем при электродах из не- ржавеющей стали. Электрическая прочность вакуумного про- межутка сильно зависит от его длины и пло- щади электродов. Прн хорошей подготовке Таблица 3.9. Влияние площади плоских электродов иа пробивное напряжение, кВ Материал катода I Проме- ! жуток, мм Давление, Па Площадь электродов, см® 7 10 50 300 700 Оксиди- 6 0,7-10—4 215 195 185 175 рованный 6 0,7-10-1 280 265 250 240 240 алюминий 10 0,7-10-1 450 480 415 375 360 Нержа- 10 0,7-10—4 235 — 200 170 180 веющая сталь 10 0,7-10-1 290 290 250 200 185 электродов могут быть получены напряжен- ности 100 МВ/м для промежутка 1 мм при площади электродов примерно 20 см2 и 13 МВ/м при длине 6 см и площади примерно 600 см2. Влияние площади электродов на пробив- ное напряжение для тренированных плоских электродов видно из табл. 3.9. Данные, приведенные на рис. 3.36 и 3.37, иллюстрируют зависимость пробивного и раз- рядного напряжений от длины вакуумного про- межутка. Под разрядным напряжением здесь понимается напряжение, при котором ток между электродами достигает примерно 10-’ А. В тех случаях, когда пробой возникает в результате ударов микрочастиц, зависимость пробивного напряжения от межэлектродиого расстояния h достаточно хорошо выражается формулой Uav = kh°'625 . (3.21) При межэлектродных расстояниях менее 1 мм зависимость пробивного напряжения в грубом приближении является линейной функ- цией расстояния. В связи с относительно малыми предраз- Рис. 3.36. Зависимость пробивного напряжения вакуумного промежутка от его длины: 1 — электроды из стали, анод—сфера диаметром 25,4 мм, катод — диск диаметром 51 мм, тренировка тлеющим разрядом в водороде; 2 — электроды из ти- тана, полированные диски диаметром 200 мм, трени- ровка слабым током в вакууме; 3 — электроды из меди, полированные диски диаметром 100 мм, трени- ровка пробоями; 4— тс же, что и 3, но без трени- ровки
62 Газообразные диэлектрики Разд. 3 Рис, 3.37. Зависимость разрядного напряже- ния между титановыми электродами от длины вакуумного промежутка. Постоянное напряже- ние, площадь электродов примерно 600 см2: 1 — вакуумная камера с гладким сильфоном после тренировки; 2 — то же, что и 1, но без тренировки; 3 — вакуумная камера с ребристым сильфоном без тренировки иым механизмам пробоя в вакууме, амплитуд- ное значение пробивного напряжения при на- пряжении промышленной частоты только слег- ка выше или равно пробивному напряжению при постоянном напряжевии. Существенное повышение прочности ваку- умной изоляции при относительно больших длинах промежутков, порядка нескольких мил- лиметров и более, достигается покрытием ка- тода тонкими электроизоляционными пленка- ми. Максимальное увеличение длительно вы- держиваемого напряжения, примерно иа 70 %, наблюдается при покрытии алюминиевого ка- тода эпоксидной пленкой толщиной 25 мкм. При этом резко (на несколько порядков) уменьшается значение предпробойных токов. Однако такая пленка под воздействием разря- дов быстро разрушается, что ограничивает возможности тренировки. В этом отношении существенно более благоприятные результаты дает оксидирование электродов, в частности алюминиевых, и наполнение при этом камеры благородными газами до давлений примерно 10-2—10-1 Па. Сказанное иллюстрируется данными, приведенными в табл. 3.10. Напряжение перекрытия вдоль диэлектри- ка, расположенного в вакуумном промежутке. Таблица 3.10. Пробивное напряжение, кВ, промежутка длиной 50 мм при аиоде из нержавеющей стали и различных материалов катода Материал катода Остаточное давление, Па 0,7-10”4 0,7-10—2 Полированный титан 530 650 Оксидированный ти- тан 540 750 Полированный цирко- ний 520 650 Оксидированный цир- коний 540 830 Оксидированный алю- миний 540 840 всегда меньше, чем пробивное напряжение со- ответствующего вакуумного промежутка, даже если твердый диэлектрик расположен так, что ои не искажает электрическое поле, т. е. в случае, когда силовые линии расположены вдоль поверхности диэлектрика, а само элект- рическое поле, образованное электродами, од- нородное. Как и в случае газообразных и жид- ких диэлектриков, для получения высокого на- пряжения необходимы, во-первых, хороший контакт в месте сочленения твердого диэлект- рика и металлического электрода, во-вторых, применение внутренних металлических экра- нов или наружных экранов, существенно ос- лабляющих электрическое поле в месте сочле- нения. Выполнение этих мероприятий дает су- щественно больший эффект, если оии осуще- ствляются у катодного конца. Не менее важ- ным средством является также тренировка напряжением или пробоями с малой энерги- ей. Они позволяют в некоторых случаях под- нять выдерживаемое или пробивное напря- жение в несколько раз. Определенную роль играет также род диэлектрика и состояние его поверхности. Хорошие результаты дает также изготовление изолятора специальной формы, при которой он образует коническую форму с широким основанием у катода, а сама по- верхность имеет ступеньки. На рис. 3.38 приведена зависимость на- пряжения перекрытия от длины изоляторов, изготовленных из различных материалов. Здесь же иллюстрируется эффект экранировки (кривые 1 и 2), а также длительности при- ложения напряжения (кривые 4, 5 и 6). Уменьшение пробивной напряженности с уве- личением длины изолятора, по-видимому,'свя- зано с искажением распределения напряжения вдоль изолятора. Поэтому изоляторы на боль- шое напряжение изготовляются из нескольких секций, распределение напряжения между ко- торыми задается принудительно. Рис. 3.38. Зависимость напряжения перекрытия от длины цилиндрических изоляторов, распо- ложенных между плоскими электродами: 1 и 2 — изоляторы из окиси алюминия диаметром 12 мм с экраном и без экрана соответственно при постоянном напряжении; 3 — из фарфора диаметром 18 мм при 50 Гц; 4, 5 и 6 — из фторопласта диамет- ром 15 мм при импульсных напряжениях длительно- стью 0,2 и 2,6 мкс и постоянном напряжении соот- ветственно; 7 — из стекла диаметром 20 мм при по- стоянном напряжении
§ 3.12 Применение газов в качестве электрической изоляции 63 3.12. ПРИМЕНЕНИЕ ГАЗОВ В КАЧЕСТВЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИИ Генерирование, преобразование, передача и распределение электроэнергии пока произво- дятся с помощью электроустановок, которые находятся в среде окружающего их атмосфер- ного воздуха, поэтому воздух пока самый рас- пространенный из газообразных диэлектрикоз. Однако проблема повышения напряжения в настоящее время остается актуальной. В этих условиях низкая электрическая прочность воз- духа является серьезным препятствием к даль- нейшему развитию высоковольтной электро- техники. Поэтому уже давно существует тенденция к замене воздушной изоляции атмосферного давления более прочной газовой изоляцией путем размещения всех элементов электрообо- рудования или ее части в металлических обо- лочках, заполненных сжатыми газами, в осо- бенности высокопрочными. При применении газов с повышенной электрической прочностью, например элегаза, для создания необходимой прочности требуется более низкое давление примерно 0,4 МПа, а при применении азота, не обладающего этим свойством, — более вы- сокое давление, примерно 2 МПа. Однако сле- дует иметь в виду, что выбор газа для тех или иных целей определяется не только его электрической прочностью, но и совокупностью целого ряда других свойств, в том числе его охлаждающей и дугогасящей способностью, стоимостью и т. п. Как уже отмечалось в § 3.1, способность некоторых газов полностью восстанавливать свою электрическую прочность после дугового разряда широко используется в воздушных и элегазовых выключателях. Элегаз обладает не только более высокой электрической проч- ностью, но н существенно более высокой дуго- гасящей способностью, чем воздух. Таким об- разом, в элегазовых выключателях удачно со- четаются два основных свойства газа, необхо- димые для создания простых и экономичных выключателей. Наряду с широким использо- ванием элегазовых выключателей за рубежом, а также в Советском Союзе нарастающими темпами идет внедрение элегазовых распреде- лительных устройств, в которые наряду с вы- ключателем входят разъединители, коротко- замыкатели, трансформаторы тока и напряже- ния. В этих аппаратах используется вся гамма ценных свойств элегаза, о которой подробно сказано в § 3.6. В последнее время как за рубежом, так и в Советском Союзе наметилась тенденция прак- тического использования элегаза в высоко- вольтных кабелях, созданы опытные образцы. За рубежом находятся в эксплуатации кабели длиной несколько сотен метров. В этом виде электрооборудования вместе с другими цепны- ми свойствами элегаза используется его более высокая, чем азота, теплопередающая способ- ность. В кабеле преобладает теплопередача путем конвекции, а ее эффективность сущест- венно зависит от плотности среды и ее удель- ной теплоемкости. Роль конвективного типа теплопередачи увеличивается с увеличением ширины газовой прослойки, поэтому коэффициент кратности обмена — отношение коэффициентов теплопе- редачи одной среды к другой — может суще- ственно меняться в зависимости от ширины и геометрии прослойки, через которую происхо- дит теплообмен. В трансформаторах с его уз- кими каналами между катушками и слоями обмоток коэффициент кратности теплообмена элегаза по отношению к воздуху небольшой— примерно 1,2, в то время как в широких ци- линдрических прослойках, свойственных кабе- лям, он может достигать 1,5 и более. Лучшей теплопередающей средой, чем эле- газ, является газ C3F8. Однако его темпера- тура кипения равна —38 °C и область его при- менения в наружных установках в Советском Союзе весьма ограничена. Кроме того, он су- щественно дороже элегаза, а его необходимое количество в кабелях очень велико. В связи с тем, что стоимость элегаза в кабелях составляет существенную долю в его полной стоимости, имеется тенденция запол- нения кабеля не чистым элегазом, а его смесью с азотом, который намного дешевле элегаза. В § 3.7 отмечалось, что уже небольшие до- бавки элегаза к азоту заметно повышают его электрическую прочность. Однако надо иметь в виду, что такая добавка отнюдь ие ведет к заметному увеличению охлаждающей способ- ности азота. Преимуществами элегазового кабеля по сравнению с бумажно-масляным являются: ма- лые электрическая емкость и диэлектрические потери, хорошее охлаждение. Указанные свой- ства позволяют передавать по таким линиям очень большие мощности. Конструктивно эле- газовый кабель представляет собой металличе- скую оболочку, в которой при помощи элект- роизоляционных распорок укреплена проводя- щая жила. В последнее время были разрабо- таны гибкие элегазовые кабели с гофрирован- ной оболочкой, что существенно повышает их конкурентоспособность. В силовых трансформаторах интенсивность охлаждения играет определяющую роль даже при небольшой их мощности. Как отмечалось выше, применение в трансформаторах элегаза не приводит к существенному повышению ин- тенсивности охлаждения по сравнению с воз- душным и тем более по сравнению с масляным. Поэтому элегазовые трансформаторы пока не нашли широкого применения. Они использу- ются в ряде случаев вместо воздушных, когда предъявляются особые требования пожаро- безопасности. Такие трансформаторы эксплуа- тируются в небольшом количестве в Японии. Одним из возможных направлений интен- сификации охлаждения в трансформаторах яв- ляется применение принудительной циркуляции элегаза. В таком типе охлаждения его интен- сивность существенным образом зависит от численного значения массовой скорости, т. е. произведения плотности газа на скорость его циркуляции. Благодаря большой плотности элегаза необходимое значение этой величины достигается при относительно небольших ско- ростях. Так как мощность, расходуемая на создание необходимой скорости циркуляции газа, пропорциональна квадрату ее значения, то преимущество элегаза с его большой плот- ностью по сравнению, например, с азотом весьма существенно. Вместе с тем следует
64 Жидкие диэлектрики Разд, 4 иметь в виду, что применение принудительной циркуляции усложняет конструкцию транс- форматора и снижает надежность его работы. Отдельные образцы таких трансформаторов были созданы в США. Независимость диэлектрической проницае- мости азота, элегаза и других газов от час- тоты напряжения в очень широких пределах ее изменения, а также неизменность диэлект- рической проницаемости при постоянной плот- ности газа при изменении температуры исполь- зуются в эталонных (измерительных) конден- саторах. Фактор малых диэлектрических по- терь газов при высоких частотах используется при создании высокочастотных конденсаторов. Водород, имеющий весьма высокий коэф- фициент теплопроводности, несмотря на мень- шую электрическую прочность по сравнению с воздухом, используется в качестве электроизо- ляционной и охлаждающей среды в крупных турбогенераторах. Применение водорода в этом случае приводит к снижению вентиляционных потерь и потерь на трение о газ примерно в 10 раз по сравнению с потерями при приме- нении воздуха и, следовательно, заметно по- вышает КПД генератора. Одновременно при этом происходит снижение вентиляционных шумов и, что особенно важно, удлиняется срок службы твердой изоляции генератора вследствие отсутствия процессов окисления и образования азотистых соединений. Инертные газы: аргон, неон, гелий и др.— ипользуются в основном в технике слабых токов. Аргон, обладающий малой теплопро- водностью, а также инертностью к твердым материалам применяется в газотронах и ти- ратронах, а также в газонаполненных фото- элементах. Неон используется в газонаполнен- ных разрядниках для защиты приборов в це- пи слабого тока, например телеграфа от слу- чайных перенапряжений, вызванных грозовыми разрядами. Газоразрядные приборы также ис- пользуются во многих импульсных электриче- ских схемах. В высоковольтной технике инертные газы, например гелий, иногда могут использоваться как добавка к высокопрочным сжатым газам для повышения нх дугогасительной способно- сти. Широко известно использование инертных газов в газосветных трубках. Список литературы 1. Капцов Н. А. Электроника. М.: Гостехнздат, 1956. 459 с. 2. Мик Дж. и Крэге Дж. Электрический пробой в газах/Пер. с англ.; Под ред. В. С. Комелькова. М.: Изд-во иностр, лит., 1960. 605 с. 3. Техника высоких напряженнй/Под общей ред. Д. В. Разевига. М.: Энергия, 1976 488 с. 4. Полте. А. И. Конструкции и расчет элегазо- вых аппаратов высокого напряжения. Л.: Энергия, 1979. 238 с. 5. Сливков И. Н. Электроизоляция и разряд в вакууме. М.: Атомиздат, 1972. 304 с. 6. Александров Г. Н„ Иванов В. Л. Изоляция электрических аппаратов высокого напряжения. Л.: Энергоатомиздат, 1984. 207 с. РАЗДЕЛ 4 ЖИДКИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ Д. С. Варшавский, Г. Д. Головань 4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Жидкие диэлектрики можно классифици- ровать по различным признакам. I. По химической природе: а) нефтяные масла; б) синтетические жидкости (хлориро- ванные и фторированные углеводороды, крем- ний- или фторорганические жидкости, различ- ного рода производные на ароматической ос- нове, сложные эфиры различных типов, поли- изобутилены). II. По специфике применения для: а) трансформаторов, б) выключателей и кон- такторных устройств регулирования напряже- ния под нагрузкой; в) конденсаторов; г) ка- белей; д) систем циркуляционного охлажде- ния и изоляции установок высокого напряже- ния. III. По верхнему пределу допустимой ра- бочей температуры: а) до 70 °C (нефтяные масла в конденсаторах); б) до 95 °C (нефтя- ные масла в трансформаторах, хлорированные углеводороды в конденсаторах); в) до 135 °C (некоторые синтетические и хлорированные углеводороды, некоторые эфиры кремниевой, фосфорной, органической кислот, полиоргано- силоксаны); г) до 200 °C [некоторые типы фторуглеродов, хлор (фтор)органосилоксаны]; д) до 250 °C (полифеиилэфнры и специальные полиорганосилоксаны). Классификация по верхнему пределу допустимой температуры зависит также , от особенностей эксплуатации жидкого диэлектрика и требуемого срока службы. IV. По степени горючести: а) горючие; б) негорючие. Конкретные требования к жидкому ди- электрику определяются конструкцией и ус- ловиями применения оборудования, в котором ои применяется, степенью экологической опас- ности. Общие требования можно сформулиро- вать следующим образом: 1) высокая элект- рическая прочность, 2) высокое р, 3) низкий tg б, 4) высокая стабильность в условиях экс- плуатации, хранения и технологической обра- ботки, 5) высокая стойкость к воздействию электрического и теплового полей, 6) высокая стойкость против окисления, 7) определенное значение ег с учетом особенностей электро- изоляционной конструкции, 3) совместимость с
§ 4.2. Основные свойства электроизоляционных жидкостей 65 применяемыми материалами, 9) пожаробез- опасность, 10) экономичность, 11) экологиче- ская безопасность, 12) низкая вязкость в диа- пазоне рабочих температур. Современная техника изготовления сило- гых конденсаторов привела к изменению тре- бований к пропитывающему веществу: оно обязательно изготавливается на основе аро- матических соединений и должно иметь низ- кую вязкость, хорошую смачиваемость поли- пропиленовой пленки, незначительные ее раст- ворение и набухание в пропитывающем веществе, наперед заданное значение взаим- ной растворимости пропитывающего вещества и полипропиленовой пленки, удовлетворитель- ' ную стабильность при низких температурах, в том числе низкую температуру застывания; высокую газостойкость; нетоксичность, эколо- гическую безопасность и хорошее биоразложе- нне. Жидкие диэлектрики, например, в транс- форматорах выполняют дополнительную функ- цию, являясь охлаждающим агентом и обес- печивая отвод теплоты, выделяющейся внутри электрооборудования, что требует высокой теплоемкости и низкой вязкости при наимень- ших рабочих температурах. Часто отказы электрооборудования сопро- вождаются искрением, дугообразованием, ко- торые могут воспламенить жидкость, газооб- разные продукты ее испарения или разложе- ния. Важно, чтобы диэлектрическая жидкость, ее пары или газообразные продукты разложе- ния не воспламенялись при отказе электрообо- рудования; о ее сопротивлении воспламенению судят по степени ее негорючести. Ни один жидкий диэлектрик не соответст- вует всем этим требованиям одновременно. Приходится ориентироваться на важнейшие для данного конкретного случая применения требования, компенсируя отдельные недостат- ки ограничениями в условиях эксплуатации либо внося соответствующие изменения в кон- струкцию электрооборудования. Например, обеспечение экологической без- опасности привело сначала к снижению степе- ни хлорирования и соответственному увеличе- нию пожароопасности, а затем к почти повсе- местному запрещению производства и приме- нения полихлорированных дифенилов (ПХД). Практически все существующие их заменители горючи. Этот недостаток удалось в значитель- ной степени компенсировать пересмотром кон- струкции корпуса электрооборудования в сто- рону снижения вероятности опасного его по- вреждения в аварийной ситуации. Однако до сего времени в эксплуатации все еще находится большое количество элект- рооборудования, содержащего экологически опасные ПХД. Эксплуатация такого электро- оборудования требует строгого соблюдения специальных инструкций. Принимаются меры к постепенной замене ПХД в трансформаторах экологически безопасными жидкостями. Содер- жащие ПХД остатки и вышедшее из строя оборудование уничтожаются. Требование высокой ег для конденсатор- ных жидких диэлектриков удается компенси- ровать за счет повышения их стойкости к воз- действию электрического поля и соответствую- щего увеличения рабочей напряженности элек- трического поля. 3 -232 4.2. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ ЖИДКОСТЕЙ Набор стандартизованных методов испы- тания жидких диэлектриков непрерывно изме- няется и.о мере накопления опыта эксплуата- ции и появления новых жидких диэлектриков. В табл. 4.1 приведен перечень основных пара- метров жидких диэлектриков и стандартов иа методы и?; определения. Электрическая прочность £пр технических жидких диэлектриков зависит от наличия за- грязнителей, обнаруживая тенденцию к сни- жению по мере увеличения полярности жидко- сти и соответствующего возрастания ее диссо- циирующей способности. На пробой жидких диэлектриков влияет форма электродов: с уве- личением степени неоднородности электричес- кого поля, при прочих равных условиях, про- бивное напряжение жидкого диэлектрика име- ет тенденцию к снижению. Поэтому разрядные промежутки для определения пробивного на- пряжения жидких диэлектриков стандартизо- ваны по форме электродов и расстоянию меж- ду ними. Развитие пробоя технических жид- ких диэлектриков, всегда содержащих раство- ренные и нерастворенные примеси, подчиняется теории экстремальных значений (теории слабо- го звена). С ростом объема и площади жид- кого диэлектрика, находящегося в электриче- ском поле, его пробивное напряжение снижа- ется. Для оценки рассеяния его величии ис- пользуют распределение Вейбулла. В тонких зазорах Епр жидких диэлектриков существен- но возрастает. При частотах до 103 Гц Епр чистых жид- костей не должна зависеть от частоты, однако в технических жидких диэлектриках Дпр при низкой частоте оказывается выше, чем при по- стоянном напряжении. Эта разница достигает 30 %. В области частот 103-—10’ Гц Еар жид- ких диэлектриков, как правило, снижается с увеличением частоты и во всяком случае оно значительно ниже, чем при частоте 50 Гц. При перемешивании жидкого диэлектрика его Епр, как правило, ниже, чем в статическом состоянии. Однако при направленном потоке жидкости между электродами ее Еир выше, чем в тех же условиях при отсутствии движения. Часто наблюдают изменение ЕРр по мере увеличения числа пробоев в одном и том же объеме жидкости. Рост Епр наблюдают при удалении из жидкости в процессе пробоя за- грязняющих примесей, например влаги, а ее снижение — при дополнительном загрязнении жидкости продуктами разложения в месте про- боя, например сажей. В таком случае для обес- печения удовлетворительной воспроизводимос- ти необходимо после каждого пробоя менять пробу испытуемой жидкости, ограничивать в процессе пробоя ток и время его протекания. Диэлектрические потери в жидких диэлек- триках обусловлены токами проводимости и явлениями поляризации. Носителями зарядов в технических жидких диэлектриках могут быть ионы, образующиеся вследствие диссоциации молекул данной жидкости или молекул приме- сей, а также более крупные коллоидные части- цы, которые могут упорядоченно двигаться в электрическом поле.
66 Жидкие диэлектрики Разд. 4 Таблица 4.1. Стандартные методы испытания жидких диэлектриков Параметры Отечественные стандарты Международные стандарты и зарубежные национал ьные Процедура отбора проб ГОСТ 2255-71 ГОСТ 6581-75 (СТ СЭВ 3166-81) ГОСТ 2517-80 (СТ СЭВ 1248-78) Ст. ИСО 3170 Публикация МЭК 475 ANSI/ASTM D1809 и D923 Диэлектрическая проница- ГОСТ 6581-75 Публикация МЭК 247 емость (СТ СЭВ 3166-81) ANSI/ASTM D924, JIS С2320 Электрическая прочность ГОСТ 6581-75 (СТ СЭВ 3166-81) Публикация МЭК 156 ANSI/ASTM D877, D1816, D3300 JIS С2320 и 2330 VDE 0370/4 BSS 923 и 148 Удельное объемное сопро- ГОСТ 6581-75 Публикации МЭК 93 и 247 тивлеиие (СТ СЭВ 3166-81) ANSI/ASTM D1169, D1189, D924 JIS С2330 tg6 ГОСТ 6581-75 (СТ СЭВ 3166-81) Публикация МЭК 247 и 250 ANSI/ASTM D924 JIS С2330 Плотность ГОСТ 3900-47 ГОСТ 18995.1-73 Ст. ИСО R-649; ИСО 3675 Публикации МЭК 296 и 588-2 ANSI/ASTM D1481, D1810 JISZ8804 Показатель преломления Отсутствует Публикация МЭК 588-2 ANSI/ASTM D1807, D1218, D1810 JIS К 0062 Молекулярная масса > ANSI/ASTM D2224 Г азостойкость, воздействие электрического поля ГОСТ 13003-67 Публикация МЭК 628 ANSI/ASTM D2298, D2300 Кинематическая вязкость ГОСТ 33-82 (СТ СЭВ 1494-79) Ст. ИСО 2909; ИСО 3104; ИСО 3448 Публикации МЭК 296А и 588-2 ANSI/ASTM D445 JIS Z8803 Горючесть Отсутствует Рекомендации Технического комите- та 10В (Япония) МЭК, 1977 Температура вспышки в за- ГОСТ 6356-75 Ст. ИСО 2719 крытом тигле (СТ СЭВ 1495-79) Публикация МЭК 296А ANSI/ASTM D93 JIS К2274 Температура вспышки в от- крытом тигле Отсутствует Ст. ИСО 2719 ANSI/ASTM D92 JIS ZK2269 Температура воспламенения > Публикация МЭК 465 ANSI/ASTM D92 Ст. ИСО 2592 Температура самовоспламе- нения > ANSI/ASTM D2155 JIS ZK2269 Ст. ИСО 3016; ИСО 2592 Температура застывания ГОСТ 20287-74 Публикация МЭК 296А и 588-2 Ст. ИСО 3016 ANSI/ASTM D17, D97 Удельная теплоемкость Отсутствует ANSI/ASTM D2766 Коэффициент теплопровод- » ANSJ/ASTM D92, D2717 иости Температурный коэффици- ент объемного расширения » Публикация МЭК 588-2 ASTM D1903 Испаряемость Отсутствует ANSI/ASTM D972 Давление насыщенных паров ГОСТ 15283-70 — Пределы кипения (фракци- ГОСТ 2177-82 ANSI/ASTM D20 оиный состав) Поверхностное натяжение Отсутствует ANSI/ASTM D971, D1902 Кислотное число ГОСТ 5985-79 ГОСТ 11362-76 Ст. ИСО 6618 Публикация МЭК 296 ANSI/ASTM D664, D974, D1045, D1534 ANSI С59.107 JIS С2330
§ 4.2 Основные свойства электроизоляционных жидкостей 67 Продолжение табл. 4.1 Параметры Отечественные стандарты Международные стандарты и зарубежные национальные Содержание неорганических хлоридов Содержание ароматических углеводородов (для неф- тяных масел) Содержание водораствори- мых кислот и щелочей (для нефтяных масел) Зольность (для нефтяных масел) Содержание гидролизуемых хлоридов Содержание серы Способность вызывать кор- розию Содержание влаги Содержание газа (воздуха) Содержание механических примесей Термическая и окислитель- ная стабильность Нагревостойкость хлоругле- водородов Совместимость с твердыми материалами Цвет Содержание присадок: ионол антиокислительная эпоксидная раскислительная Отсутствует ГОСТ 6307-75 ГОСТ 1461-75 Публикация МЭК 588-2 ANSI/ASTM D878, D1821 Публикация МЭК 590 ANSI/ASTM D611 Отсутствует Отсутствует ГОСТ 1771-48 ГОСТ 19121-73 ГОСТ 2917-76 ГОСТ 7822-75 ГОСТ 14870-77 Отсутствует ГОСТ 6370-83 (СТ СЭВ 2876-81) ГОСТ 10577-78 ГОСТ 981-75 ГОСТ 11257-65 ГОСТ 12497-78 Отсутствует ГОСТ 2667-82 ГОСТ 20284-74 Отсутствует Публикация МЭК 588-2 ANSI/ASTM D1820 Публикация МЭК 296А ANSI/ASTM D129, D989, D1275 Ст. ИСО 2160 ANSI/ASTM D1275 ANSI/ASTM D1315, D1533 Публикация МЭК 567 ANSI/ASTM D831, D1827, D2945, D3612 Анализаторы содержания микрочас- тиц Ст. ИСО 4263 Публикации МЭК 74 и 474 ANSI/ASTM D924, D943, D1313, D1904, D1934, D1936-a, D2112, D2440 ANSI/ASTM D1936 Публикации МЭК 588-5 ANSI/ASTM D1500, D1524, D2129 ANSI/ASTM D1701, D1473, D2668 Публикация МЭК 588-7 П р И м е ч а и и е. Обозначения стандартов: ГОСТ — СССР, ANSI/ASTM — США, BSS — Великобритании, JIS Япония, VDE — ФРГ, ИСО — Международный, МЭК —Международной электротехнической комиссии. В маловязкнх жидких диэлектриках при частоте 50 Гц и положительной температуре потери в основном обусловлены токами прово- димости. Электрическая проводимость жидкого ди- электрика увеличивается с ростом температуры. Согласно закону Вальдена произведение удельной проводимости жидкого диэлектрика на его вязкость является величиной постоянной и не зависит от температуры. Закон Вальдена оправдывается лучше для чистых жидкостей и хуже при наличии в них примесей. Для непо- лярных жидкостей отступление от закона Валь- дена более заметно, чем для полярных. Проводимость жидкого диэлектрика в со- ответствии с ее природой уменьшается с уве- личением времени воздействия постоянного на- пряжения. Наличие загрязняющих примесей оказывает влияние на эту зависимость. По ха- рактеру изменения проводимости жидкого ди- электрика от времени воздействия напряжения можно примерно оценить природу загрязняю- щих примесей. В частности, при быстром (в те- чение нескольких минут) снижении проводимо- 8* сти наблюдаются коллоидные примеси, при мед- ленном — ионные. Стабильность жидких диэлектриков явля- ется одним из показателей для прогнозирова- ния и оценки их работоспособности в эксплуа- тации, возможности хранения перед техниче- ской обработкой, устойчивости при технологи- ческой обработке и заливке в электротехниче- ское оборудование. Стабильность определяют по степени изменения свойств в эксплуатации, при хранении, технологической обработке или в условиях испытания, их моделирующих. Оценка стабильности в эксплуатации жид- кого диэлектрика для оборудования, рассчи- танного на многолетний срок службы, дорога и производится в опытной эксплуатации реаль- ного оборудования, конструкция которого, в том числе и жидкий диэлектрик, в основном выбрана. В настоящее время имеется большое и все увеличивающееся количество жидких ди- электриков, надежный выбор которых необхо- димо осуществлять на стадии разработки элек- троизоляционной конструкции. В этом случае проводят ускоренные испытания на стабиль-
68 Жидкие диэлектрики Разд. 4 иость в специальных устройствах либо маке- тах электроизоляционных конструкций, для ко- торых предназначен испытуемый жидкий ди- электрик, с воспроизведением основных влия- ющих факторов, в первую очередь электричес- кого и теплового полей. На основе испытания на стабильность оп- ределяют параметры физико-математических одно- или многофакторных моделей, описы- вающих поведение жидкого диэлектрика в диа- пазоне измеиеиия интересующих влияющих факторов. С помощью такой модели можно прогнозировать поведение жидкого диэлектри- ка в рабочих условиях. При технологической обработке жидкий диэлектрик может подвергаться более жестко- му воздействию различных факторов по срав- нению с эксплуатацией. Например, конденса- торные жидкие диэлектрики в процессе техно- логической обработки могут быть подвергнуты более интенсивному термоокислительному воз- действию, чем за весь срок службы в герме- тичном конденсаторе. Важна также и стабильность при хране- нии жидкого диэлектрика, особенно предназна- ченного для герметичного оборудования. Неко- торые жидкости, высокостабильные в таком оборудовании, разлагаются под влиянием све- та (некоторые хлоруглеводороды) или облада- ют низкой гидролитической устойчивостью и разлагаются под влиянием поглощенной из воз- духа влаги (большинство жидких диэлектри- ков на основе сложных эфиров). Стабильность современных синтетических жидких диэлектриков, работающих в высоко- нагружениых конструкциях, зависит от содер- жания в жидкости растворенных и нераство- реииых металлов. При увеличении их концен- трации стабильность резко снижается, В тех- нически чистом диэлектрике содержится до двадцати различных металлов, резкое увеличе- ние концентрации которых может также сви- детельствовать о появлении опасных процес- сов разрушения жидкого диэлектрика По устойчивости против воздействия окис- ления, электрического и теплового поля опре- деляют интенсивность старения жидкого ди- электрика в эксплуатации. Термоокислительная устойчивость жидких диэлектриков, работаю- щих в герметичных конденсаторах, важна для их стойкости в процессе технологической очистки и сушки, а также в эксплуатации, ес- ли под влиянием процессов теплового и элек- трического старения других компонентов элек- троизоляционной конструкции возможно выде- ление влаги и кислых продуктов, это например, характерно для разложения целлюлозосо- держащих материалов. Газостойкость (способность выделять или поглощать газ) позволяет оценивать устойчи- вость жидких диэлектриков к воздействию электрического поля в специальных реакторах коронного, искрового или тлеющего разряда. Наиболее распространенные типы реакторов представлены на рис. 4.1. Газопоглощение про- питывающего вещества в электрическом поле — необходимое условие для стойкости к воздейст- вию частичных разрядов в пропитанных элек- троизоляционных системах. Известны случаи обнаружения корреляции между газостойко- стью и устойчивостью конденсаторов к воздей- ствию перенапряжений. Результаты оценки газостойкости тесно связаны с конструкцией реактора (рис. 4.1). Непосредственная корреляция данных, полу- ченных на установках, различающихся конст- рукцией и методикой, по существу невозможна. Воздействие частичных разрядов на жид- кие диэлектрики и соприкасающиеся с ними твердые компоненты электроизоляционной кон- струкции сопровождается выделением продук- тов их разложения, ухудшающих электроизо- ляционные параметры: tg б, сопротивление изо- ляции, характеристики частичных разрядов (о характеристиках частичных разрядов — см. разд. 2). Обычно выделяются также кислые продукты, разрушающие твердую изоляцию и даже металлические части и электроды, что Рис. 4.1. Наиболее распространенные реакторы для испытания жидких диэлектриков на газо- стойкость: При коронном разряде: а — по ГОСТ 13003-67 с наружным электродом из водного раствора хлористого ка- лия; б —с малым объемом газового пространства и наружным металлическим электродом; в — с наружным металлическим электродом; при темном разряде: г —с внутренним электродом из водного раствора хлористого кальция и внешним металлическим электродом; 1 — электрод (подвод) высокого напряжения; 2 —камера; <3—электрод из водного раствора хлористого кальция; 4 — заземленный электрод
§ 4.2 Основные свойства электроизоляционных жидкостей 69 сопровождается дополнительным газовыделе- нием. При малой толщине электродов, напри- мер металлизированных, кислые продукты и частичные разряды могут полностью их разру- шить. В области положительных температур при воздействии частичных разрядов на три- хлордифенил увеличивается его газостойкость вследствие снижения вязкости, возрастают кис- лотное число и количество выделившегося кар- бонизированного продукта, С ростом газостой- кости увеличивается скорость затухания час- тичных разрядов после их возникновения, а с ростом кислотного числа и содержания карбо- низированного продукта возрастает tg 6 и снижается сопротивление изоляции. Результи- рующее поведение изоляции зависит от того, какое из этих влияний преобладает. В частно- сти, при температуре ниже 70 °C интенсивность выделения продуктов, ухудшающих качество изоляции, значительно ниже, чем при темпера- туре выше 80 °C, в то время как скорость уве- личения газостойкости с температурой с рос- том температуры изменяется сравнительно ма- ло. В этих условиях результирующая скорость старения и срок службы подобных жидких ди- электриков с температурой изменяются соот- ветственно по U-образному и горбовидному за- конам. В подобных жидких диэлектриках срок службы с температурой сначала возрастает, достигает максимума при 70—80 °C и только затем падает в соответствии с законом Арре- ниуса. Совместимость с применяемыми материа- лами имеет в ряде случаев решающее значение для выбора жидкого диэлектрика. Твердые материалы не должны выделять в жидкость ве- ществ, ухудшающие ее электроизоляционные свойства или вызывающих ускоренное старе- ние; с другой стороны, сами материалы ие должны разрушаться и ухудшать свои свойст- ва в среде жидкости, как новой, так и соста- рившейся. Например, хлоруглеродные жидкие диэлектрики быстро разрушают металлизиро- ванные обкладки, разрушают при приложении постоянного напряжения фольговые алюми- ниевые обкладки, а поэтому не используются в металлизированных конденсаторах и фольго- вых конденсаторах постоянного тока. Многие материалы набухают в жидком ди- электрике и теряют свои рабочие свойства. Особенно большое значение приобрела совме- стимость синтетических жидких диэлектриков с синтетическими пленками, в частности набу- хание пленок может привести к неполной про- питке и ухудшению стойкости к воздействию электрического поля и снижению срока службы. Горючесть жидких диэлектриков и взры- воопасность их паров с воздухом определяют опасность возникновения пожара. Под показа- телем горючести и взрывоопасности жидкого диэлектрика понимают его способность в усло- виях хранения и применения воспламеняться (или не воспламеняться), распространять (или не распространять) пламя, образовывать (или не образовывать) при горении газы, являющие- ся в смеси с воздухом взрывоопасными. Пока- затель горючести является условным, завися- щим от метода его оценки. Общепринятые методы оценки этой харак- теристики пока отсутствуют. Обычно имити- руют источники и условия воспламенения, ха- рактерные для конкретного электрического обо- рудования, используют методы определения температур вспышки, воспламенения, самовос- пламенения и скорости горения (распростране- ния пламени). Температурой вспышки считают ту мини- мальную температуру, при которой смесь па- ров нагретого в стандартных условиях жидко- го диэлектрика с воздухом вспыхивает при внесении в нее пламени. Хлорированные и фто- рированные углеводороды дают вспышку при высоких температурах, но негорючи. Поэтому в ряде случаев определение температуры вспышки для них не производят. Температурой воспламенения считают ми- нимальную температуру воспламенения жид- кого диэлектрика в стандартных условиях при внесении в него пламени. Температурой самовоспламенения считают температуру самовозгорания жидкого диэлек- трика при постепенном его нагреве. Скорость горения жидкости для конденса- торов определяют поджиганием с одного кон- ца стандартной ленты, например, из стеклотка- ни, пропитанной испытуемым жидким диэлек- триком, и измерением времени распространения пламени иа определенную длину ленты, напри- мер 30 см. Скорость горения трансформаторных жид- костей количественно измеряют испытанием горением в больших резервуарах. Испытание проводят столько времени, сколько нужно пос- ле загорания жидкости, чтобы дать пламени полностью вырасти по высоте, скорости тепло- выделения и скорости сгорания массы. Дым и газы, образующиеся при горении и содержащие твердые и жидкие частицы, уве- личивают пожароопасность. Вдыхание дыма и газов вызывает гораздо больше смертей и травм в закрытых помещениях, чем прямой контакт с пламенем. Концентрация кислорода в атмосфере может уменьшиться при сгорании жидкого диэлектрика в закрытых объемах с ограниченным доступом воздуха. Минималь- ной концентрацией кислорода в воздухе, необ- ходимой для выживания, считают 10 °/0. Часто при возгораниях концентрация кислорода ста- новится ниже 10 %. Жидкие диэлектрики с низ- кой скоростью горения обеспечивают более низкую скорость истощения кислорода. Содержание влаги влияет на поведение жидкости. Растворимость воды или гигроско- пичность жидкости зависит от ее химической природы, относительной влажности воздуха и температуры (рис. 4.2, а и б). У углеводород- ных жидкостей она весьма мала, у полярных жидкостей выше. Растворенная вода диссоци- ирует на ионы тем сильнее, чем выше ег рас- творителя — жидкого диэлектрика, и способ- ствует соответственному увеличению проводи- мости и tg 6. При наличии полярных и особенно гигроскопичных примесей возможно образо- вание заряженных микропримесей, способст- вующих еще большему возрастанию проводи- мости и потерь, снижению электрической проч- ности. При повышении температуры до некоторо- го предела растворимость влаги в жидких ди- электриках повышается. В зависимости от содержания влаги в жид- ком диэлектрике вода может находиться в растворенном, эмульсионном и свободном со-
70 Жидкие дизлектрики Разд. 4 Рис. 4.2. Растворимость воды в различных ви- дах жидких диэлектриков: а — в зависимости от температуры [/ — масло ТКп: 2 — масло Т-1500; 3 — масло Пт; 4 —масло «Шелл Диала Дх> (Shell Diala Dx, BSJ 148—1978, Англия); 5 — масло «Детройт Эдисон Компани» (Detroit Edi- son Company, США); 6 — масло «Эссо-Юнивольт-84» (Esso-Univolt-84, Франция); 7 — масло № 2 (J1S C-2320-1978R, Япония); 8 — совтол-10; 9 — кремнийор- ганическая жидкость «Родорсил ойл» (Rhodorsil oil 604V50. Франция)]; б —в зависимости от относи- тельной влажности воздуха при различных темпера- турах (---------в трансформаторных маслах ТКп; ------ в гексоле) стоянии. В последнем случае капли влаги то- нут в жидкости, плотность которой меньше плотности воды, или могут собираться и пла- вать на поверхности, если плотность жидкости выше. Вода в жидком диэлектрике может пе- реходить из одного состояния в другое. Пере- ход влаги из растворенного состояния в сво- бодное снижает электрическую прочность, уве- личивает tg 6 и проводимость. Наличие влаги в масле ухудшает характеристики частичных разрядов, способствует более активному окис- лению масла, усиливает корродирующее воз- действие продуктов его окисления, сокращает срок службы. При пропитке гигроскопичных материалов происходит большей частью необ- ратимое поглощение влаги из жидкого диэлек- трика, что сопровождается соответственно не- обратимым ухудшением его рабочих парамет- ров. Поэтому перед использованием масло под- вергают глубокой очистке с использованием вакуумных обсадных колони или вакуумного распыления на конечных стадиях сушки и конт- ролем остаточного влагосодержания. В услов- но открытых, т. е, невакуумио-плотиых герме- тичных системах, например в трансформато- рах, масло подсушивается периодически или не- прерывно с помощью специальных устройств. Газосодержание жидкого диэлектрика пу- тем дегазации под вакуумом обеспечивают иа достаточно низком уровне. С ростом газосодер- жания жидкого диэлектрика ухудшаются ха- рактеристики частичных разрядов, снижается срок службы изделия. Газ в жидкий диэлек- трик может попадать при соприкосновении с воздушной или другой атмосферой или обра- зовываться в результате электрохимического или термоокислительиого разложения. Для ха- рактеристики растворимости данного газа в жидкости служит коэффициент адсорбции, ко- торый равен объему газа (при нормальных ус- ловиях) в единице объема масла. Раствори- мость газа в жидких диэлектриках зависит от их вязкости, температуры и парциального дав- ления газа. На скорость насыщения жидкости газом или, наоборот, дегазации влияет пло- щадь поверхности соприкосновения газа с жид- костью. Содержание твердых механических приме- сей и растворенных металлов оказывает боль- шое влияние на стабильность жидкого диэлек- трика в эксплуатации. Металлы попадают в жидкий диэлектрик при его изготовлении, транспортировке, хранении или в производстве электрооборудования. В свободном и в растворенном состоянии многие металлы оказывают большое влияние на термоокислительное старение, что требует защиты свободных металлических частей и точного определения содержания металлов, на- пример, с помощью беспламенной атомной аб- сорбционной спектроскопии. В товарных жидких диэлектриках, в част- ности, перед заливкой в электрооборудование содержатся микрочастицы (до 105—10е част./ /см3), 94 % которых обычно представляют со- бой волокна целлюлозы и углеродные частицы, а остальные — металлы: железо, алюминий и т. д., а также песчинки. Напряженность электрического поля меж- ду соседними, расположенными вдоль поля проводящими включениями, разделенными тон- ким слоем жидкого диэлектрика, возрастает обратно пропорционально расстоянию между ними и при достаточно малых расстояниях до- стигает огромных значений, приводя к локаль- ному разрушению диэлектрика и выделению большей частью опасных продуктов его разло- жения. Подобные включения существенно сни- жают электрическую прочность и срок служ-
§ 4.2 Основные свойства электроизоляционных жидкостей 71 бы, причем в большей степени частицы разме- ром 2—10 мкм. В качестве примера можно от- метить такое явление, как увеличение срока службы силовых конденсаторов до 50 раз при полной очистке пропитывающего вещества от микрочастиц. В высококачественных технических жид- ких диэлектриках содержание микрочастиц всех размеров перед заливкой в электрообо- рудование доведено до 102 частиц/см3. По дан- ным японской фирмы «Хитачи» (Hitachi Ltd) при дальнейшем его снижении на порядок £пр при переменном напряжении увеличивается в 2 раза и в 1,5 раза при импульсах. Аналогич- ная картина наблюдается при переменном на- пряжении для бумажной маслобарьерной изо- ляции, а при импульсах влияние содержания микрочастиц снижается с толщиной барьера. Вязкость является одним из показателей, важных для оценки теплоотводящей способно- сти и поведения жидкого диэлектрика в элек- трическом поле. В маловязких жидкостях лег- че производится конвективный теплообмен и быстрее рассасываются продукты разложения жидкости частичными разрядами. В вязких жидкостях при охлаждении возможно появле- ние газовых полостей и растрескивание, сни- жающие стойкость к воздействию электриче- ского поля. Низкотемпературные свойства жидких ди- электриков оценивают иа основании сопостав- ления значений ряда параметров, например температуры застывания, е, и tg б жидкости при низких температурах, низкотемпературной стабильности, в том числе изменения £пр и характеристик частичных разрядов при низких температурах, критической температуры пла- вучести льда и др. Температурой застывания считают темпе- ратуру, при которой жидкость, охлаждаемая в испытательном приборе в стандартных услови- ях, остается неподвижной в течение ие менее 30 с. Причины потери подвижности жидкого диэлектрика могут быть различными и опреде- ляются особенностями его химической природы. В нефтяных маслах она может вызываться кри- сталлизацией твердых парафинов, в синтетиче- ских многокомпонентных жидкостях — выпаде- нием компонентов в осадок. В жидких диэлек- триках, представляющих собой индивидуаль- ные химические соединения, она может быть связана со значительным повышением вязкости жидкости или переходом ее в твердое состоя- ние. Для жидких диэлектриков плотностью ни- же 1000 кг/м3, предназначенных для работы в иевакуумно-плотных конструкциях, имеет зна- чение показатель — критическая температура плавучести льда, т. е. та минимальная темпе- ратура, ниже которой кристаллы льда воды будут плавать в среде жидкого диэлектрика, снижая его Дпр. Это произойдет, когда плот- ность жидкого диэлектрика при данной отри- цательной температуре будет больше, чем плот- ность льда. На рис. 4.3 приведены данные, ру- ководствуясь которыми можно подобрать жид- кий диэлектрик с такой плотностью, при которой будет исключена возможность плава- ния льда в диапазоне рабочих температур, или оценить допустимую с этой точки зрения тем- пературу применения данной жидкости. Температура кипения, упругость паров и Рис. 4.3. Зависимость плотности воды, льда и различных видов жидких диэлектриков от тем- пературы: трансформаторные масла: / — масло ТКп; 2— масло Т-750; 3 — масло Т-1500; 4 — масло ПТ; кремнийор- ганические жидкости: 5 — ПЭС-3; 6 — ПМС-10; Z — ФМ-1322; 3 — ХС-2-1 испаряемость в совокупности позволяют оце- нивать летучесть жидких диэлектриков, что важно при расчете технологических режимов термовакуумной обработки и пропитки при вы- боре режимов работы систем циркуляционного и испарительного охлаждения. За температуру кипения жидких диэлек- триков принимают температуру термодинами- ческого равновесного состояния между жид- кой и газообразной фазами при данном дав- лении (например, при 0,1 МПа). Часто опре- деляют ие температуру кипения, а пределы выкипания сложных по составу жидкостей. Для ориентировочной оценки упругости паров данного жидкого диэлектрика при различных температурах могут быть использованы дан- ные о температурах кипения при различных давлениях — менее 0,1 МПа. Плотность жидких диэлектриков снижает- ся с температурой и характеризует класс хи- мических соединений, к которому относится данная жидкость. Температурная зависимость плотности характерна для каждого типа жид- костей. Оиа определяется по уравнению DT^Dw-a{t-20), (4.1) где Пи •— плотность жидкого диэлектрика, кг/м3, при 20 °C; t — температура, °C, при ко- торой вычисляется плотность; а — температур- ный коэффициент плотности, °C-1. Показатель преломления света п применя- ется для идентификации и анализа жидких ди- электриков; ои изменяется как прн переходе от соединений одного типа к другому, так и в пределах отдельных гомологических рядов. При повышении температуры п уменьшает- ся. Температурный коэффициент изменения п специфичен для каждого типа жидкого диэлек- трика и определяется экспериментально, обыч- но при 20 °C. Показатель преломления света является аддитивной функцией концентрации (выраженной в объемных процентах) отдель- ных компонентов смеси.
72 Жидкие диэлектрики Разд. 4 Молекулярная масса характеризует осо- бенности химической структуры данного вида жидкого диэлектрика. Для жидкостей иа ос- нове хлордифеиила повышение молекулярной массы свидетельствует об увеличении степени хлорирования. Для других полимерных жид- костей переход к более высокомолекулярным соединениям указывает иа преобладание поли- меров с большим числом мономерных единиц. Для смесей отдельных соединений, гомоло- гов и т. д. молекулярная масса аддитивно оп- ределяется молекулярными массами отдельных компонентов. Технические жидкие диэлектрики обычно представляют собой не индивидуальные соеди- нения или их простые смеси, а сложные кон- гломераты большого числа различных изомер- ных и полимерных соединений, для которых рассчитать молекулярную массу не представ- ляется возможным и ее определяют экспери- ментально. Удельная теплоемкость и коэффициент теп- лопроводности — важные параметры жидких диэлектриков для тепловых расчетов и опреде- ления вместимости охлаждающей системы. Чем выше теплоемкость и теплопроводность, тем лучше охлаждающая способность жидкого ди- электрика. Коэффициент теплопроводности X, Вт/(м-°С), линейно зависит от температуры t в соответствии с выражением Z = a + W, (4.2) где а и b — постоянные. Для трихлордифени- ла, например, а = 0,0974; 6 = 0,00018, а для конденсаторного масла а—0,114, Ь = —0,00022. Экологическая безопасность является од- ним из решающих факторов при выборе синте- тических жидких диэлектриков. Под показате- лем экологической безопасности жидкого ди- электрика понимают его способность не ока- зывать опасного биологического воздействия на организм человека и живую природу вообще и их наследственные признаки, не накапливать- ся в окружающей среде и в организме живот- ных, подвергаться так называемому биоразло- жению (биодеградации), под которой пони- мают разложение до безопасного химического состава при воздействии окружающих клима- тических факторов, ферментов, энзимов и мик- роорганизмов. Степень воздействия зависит от химической природы жидкостей и условий кон- тактирования с ними. Соприкасающийся с жидкими диэлектриками персонал должен со- блюдать предусмотренные санитарно-гигиени- ческими правилами для данной жидкости и электрооборудования, ее содержащего, нормы и правила по технике безопасности. Обязатель- но предварительное определение так называе- мой ПДК (предельно допустимой концентра- ции) данного вещества в воздухе, воде и ок- ружающей природе. ПДК вредных веществ в воздухе, воде и т. д. — это такие концентрации, которые при ежедневной работе длительностью не более 8 ч в течение всего рабочего стажа не вызывают у работающих заболеваний или не- нормальных отклонений в состоянии здоровья. Общеобязательным санитарным требованием является обеспечение таких условий примене- ния, при которых не превышаются ПДК дан- ного вещества, за счет соответствующей орга- низации технологического процесса и эксплуа- тации, принятия действенных мер по охране труда. Близким к ПДК является показатель БУВ, характеризующий ориентировочный безо- пасный уровень воздействия. Следует отметить, что при одних и тех же значениях ПДК у различных жидкостей БУВ, т. е. переносимость их живыми организмами, может быть разная, как и различными могут быть степень и характер переносимости одного и того же жидкого диэлектрика разными людьми. Одним из показателей для сравнительной оценки степени вредного воздействия данного соединения на живой организм служит услов- ный критерий LD^' численно равный дозе ве- щества в миллиграммах иа 1 кг живого веса, вызывающий смерть половины подопытных жи- вотных в стандартных условиях испытания. Показатель экологической безопасности — биоразложение (биодеградация) выражается во времени естественного разложения данного вещества в окружающей среде в стандартных условиях испытания. Важным показателем яв- ляется также токсичность. Экономичность жидких диэлектриков опре- деляется их ценой, удельной массой и расхо- дом для обеспечения требуемых рабочих пара- метров. Цена диэлектрика определяется многими факторами: стоимостью исходного сырья, из- держками производства при изготовлении, объ- емом выпуска, конъюнктурой и др., а поэтому колеблется в очень больших пределах. По имеющимся литературным данным цены на раз- личные синтетические жидкие диэлектрики по отношению к цене на трансформаторное масло, принятой за единицу, составляют: для конден- саторных и трансформаторных полихлордифе- нилов 4—10; для полиметил (полиэтил) силокса- нов 25—80; для полифенилсилоксанов '150'— 370; фтороргаиических жидкостей с температу- рой кипения свыше 150 °C 750—1150; для кон- денсаторных сложных эфиров и диарилалка- иов 4—10. 4.3. НЕФТЯНЫЕ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАСЛА Общие сведения. Нефтяные масла приме- няют в трансформаторах, кабелях, высоковольт- ных вводах, конденсаторах, выключателях и контакторных устройствах для регулирования напряжения под нагрузкой. Из-за горючести, неоднородности свойств, определяемых неоднородностью состава, недо- статочно высокой, с учетом современных тре- бований высоковольтного оборудования, стой- костью в электрическом поле, истощения тра- диционных источников нефтей, пригодных для изготовления электроизоляционных масел, на- метилась тенденция замены нефтяных масел в некоторых областях применения синтетически- ми углеводородами. Трансформаторы, кабели и конденсаторы с высокоочищенными (переочищенными) масла- ми выходят из строя чаще, чем с маслами, ме- нее очищенными (оптимально), содержащими большой процент естественных антиокислите- лей и компонентов, устойчивых в электрическом поле. Масла с повышенным содержанием аро- матических углеводородов имеют повышенные окислительную и электрическую стойкости,
§ 4.3 Нефтяные электроизоляционные масла 78 меиьшую склонность к выделению газов при воздействии иа них электрических разрядов и обладает большей способностью к их погло- щению. Нефтяные масла представляют собой слож- ную смесь углеводородов парафинового, наф- тенового, ароматического и нафтеново-арома- тических рядов с небольшой (до 1 %) приме- сью других компонентов, содержащих атомы серы, кислорода и азота, а также в ряде слу- чаев присадками, улучшающими их термоокис- лительную и электрическую стойкости, темпе- ратурно-вязкостные характеристики. Нефтяные масла содержат 75—80 %, реже 50—60 % наф- теновых углеводородов с пяти- или шести-, мо- но- и полициклической структурой с числом атомов углерода 6, 10, 14 (одно- и трехкольча- тые углеводороды); при этом в боковые цепи входит 20—25 атомов и более углеводородов, что ближе соответствует нафтеново-парафино- вым углеводородам. До 10—40 % состава неф- тяных масел — моно- и полициклические аро- матические углеводороды. Часть из них содер- жит в молекуле также и нафтеновые кольца, и поэтому их относят к иафтеиово-ароматическим углеводородам. Ароматические и иафтеново- ароматические кольца имеют парафиновые бо- ковые разветвления и неразветвленные цепи, количество и строение которых влияют иа свойства нефтяных масел, например стойкость к окислению, газостойкость, вязкостно-темпера- турные характеристики и др. Ароматические углеводороды являются не- обходимой составной частью электроизоляци- онных нефтяных масел. Их количественный и структурный состав во многом определяет фи- зико-химические и электрические характерис- тики масел. Полное удаление ароматических углеводородов из масла в процессе очистки приводит к снижению стойкости масла против окисления (особенно при повышенной темпера- туре), каталитического воздействия металлов, света и повышению склонности к газовыделе- нию при воздействии электрических разрядов. Излишнее количество ароматических углеводо- родов, особенно полициклических, ухудшает tg б масел. Для каждого типа масел добива- ются оптимального соотношения нафтеновых и ароматических углеводородов. Нефтяные масла получают очисткой дис- тиллятных или остаточных фракций нефти от компонентов, ухудшающих физико-химические и электрические свойства (непредельные угле- водороды, полярные соединения, некоторые се- ро- и азотсодержащие соединения, смолы, твер- дые углеводороды и др.). Распространенные способы очистки масел: а) кислотио-щелочной (используется концен- трированная серная кислота в количестве 5— 15 % по массе и водный раствор едкого натра); б) селективный (применяют растворители, на- пример, фенол, фурфурол, избирательно рас- творяющие нежелательные компоненты и при- меси); в) адсорбционный (с применением ад- сорбентов для поглощения нежелательных ком- понентов); г) гидрирование (процесс, заклю- чающийся в изменении химической структуры углеводороров масла, азотистых соединений). Заключительной стадией очистки масел при ис- пользовании способов «а», «б», «г» является доочистка адсорбентом (путем контактирова- ния или перколяции). В связи с этим различа- ют масла кислотио-щелочной, адсорбционной, селективной и гидроочистки. Физико-химические свойства. Плотность масел обычно варьирует в довольно узких пре- делах, а температурный коэффициент плотно- сти составляет в среднем 0,00066 °C-1. Чем выше содержание в масле ароматических угле- водородов, тем выше его плотность, а также показатель преломления. Теплопроводность X, Вт/(м-°С), и удель- ная теплоемкость с, Дж/(кг-°С), нефтяных ма- сел зависят от температуры и связаны с плот- ностью: 117,2-103 = -----т-------(1 — 0,00054/); (4.3) 015 с = 4,19(0,345 + 0,000886/) (2,10 — 0,001О16), (4.4) где 015 — плотность масла при 15 °C, кг/м3; / — температура, °C. Характер зависимости вязкости от темпе- ратуры (табл. 4.2) определяется химической структурой масла. Удаление из масла высоко- застывающих парафиновых углеводородов при- водит к снижению их вязкости при низких тем- пературах. Масла для холодного климата с низкой температурой застывания и хорошими показа- телями текучести получают из нафтеновых или малопарафинистых нефтей. Запасы некоторых из них уже исчерпаны. Приходится использо- вать масла из парафинистых нефтей с высо- кой температурой застывания, понижаемой вве- дением депрессаторов. Депрессаторы имеют крупные молекулы и обычно являются ароматическими полимерами, например парафлоу, содержащий нафталино- вые кольца с парафиновыми боковыми цепями. Они предотвращают образование кристаллов в масле при охлаждении. При низких отрицательных температурах воздуха (—20-4-25 42 и ниже), особенно в райо- нах Крайнего Севера, работоспособность мас- ляных выключателей и контактных устройств для регулирования напряжения под нагрузкой существенно зависит от вязкости масла, кото- рая влияет на скорость движения подвижных контактов, на продолжительность их отключе- ния. Во избежание обеспечения надежности ра- боты в холодное время года путем применения электрического подогрева в СССР и за рубе- жом разработаны и применяются легкие неф- тяные масла с пониженными температурой за- стывания и вязкостью в области отрицатель- ных температур, при высокой противоокисли- тельной и электрофизической стабильности. Цвет товарного трансформаторного (кон- денсаторного) масла, обычно соломенно-жел- тый, характеризует глубину его очистки: чем глубже очистка, тем светлее масло. При недо- статочно полном удалении из масла природ- ных смолистых соединений и накоплении про- дуктов окисления масло имеет более темный цвет: чем их больше, чем темнее масло. Поверхностное натяжение хорошо очищен- ных масел при 20 °C обычно 40—45 кН/M; не- достаточно очищенные масла имеют более низ- кие его значения, а в окисленных маслах — это признак наличия полярных продуктов окисле- ния.
74 Жидкие диэлектрики Разд. 4 Таблица 4.2. Вязкостно-температурные показатели некоторых товарных трансформаторных масел различного происхождения по Р. А. Липштейиу, М. И. Шахиовичу и Г. Д. Голованю Происхождение масла Кинематическая вязкость, Ю—6 м2/с, при температуре, °C Плотность при 20 °C. кг/м3 Показа- тель пре- ломления света при 20 °C Структурно- групповой анализ масел, % -40 —30 —20 +20 4-50 ! +70 | +90 СА 1 сн СП Марка ТКп, ТУ 38- 101-890-81, из аиаста- сиевской нефти (ки- слотно - щелочной очистки) 3020 810 255 17,6 6,1 3,7 2,6 891,5 1,4935 20,8 30,8 39,4 Марка ТКп, ТУ 38- 101-890-81, из смеси бакинских нефтей (кислотно-щелоч- ной очистки) 4250 1010 300 26,6 8,3 5,0 3,7 883,2 1,4869 11,3 42,7 46,0 Марка ТСп, ГОСТ 10121-76, из парафи- нистых сернистых нефтей (фенольной очистки) 3300 970 340 25,7 8,4 4,0 3,4 861 1,4750 5,1 34,6 60,3 Марка ТСп, ГОСТ 10121-76, из парафи- нистых сернистых нефтей (гидроочи- щенное) 19,0 6,4 863,4 1,4724 8,6 34,4 57,0 Марка Т-1500, ГОСТ 982-80, из бакинс- ких нефтей (кислот- но-щелочной очист- ки с контактной до- очисткой) 850 19,3 6,6 875 1,4830 12,5 39,8 47,7 Марка ГК, ТУ 38-401- 358-84, из западно- сибирских парафи- нистых нефтей 1000 24,3 7,2 865,3 1,4728 15,6 44,4 40,0 Примечание. Сд. Cj.j, Cpj — числа углеродных атомов соответственно в ароматической, нафтеновой и парафиновых структурах, все выражается в расчете на 100 углеродистых атомов образца масла. Растворимость воды в маслах зависит от их углеводородного состава и наличия поляр- ных примесей. С ростом содержания аромати- ческих углеводородов и полярных примесей (спиртов, кислот, мыл и др.) гигроскопичность масел увеличивается. Окисленные масла более гигроскопичны. Растворимость в масле различных газов зависит от химической природы последних (табл. 4.3). Растворимость в масле водорода, азота, воздуха с повышением температуры (от 20 до 80 °C) возрастает, растворимость кисло- рода слегка, а растворимость углекислого газа резко снижается. Под влиянием электрического поля растворимость газа в масле уменьшается вследствие явления электрострикции. При ко- лебаниях (вибрации) определенной частоты мо- жет происходить локальное изменение раство- римости газа в масле. С ростом давления рас- творимость газа в масле увеличивается. Электрофизические свойства. Значение е, масел, равное 2,2—2,3 при 20 °C, с ростом тем- пературы до 90 °C снижается в среднем иа 3-4 %. При частоте 50 Гц tg 5 в маслах практиче- ски определяется проводимостью и зависит от степени их очистки. С увеличением температу- ры lg tg 6 линейно возрастает. При низких на- пряженностях электрического поля может иа- Т а б л и ц а 4.3. Растворимость некоторых газов в трансформаторном (конденсаторном) масле при 4-25 °C и 0,1 МПа (по М. И. Шахновичу) Газ Раствори- мость, % (об.) Газ а* о - а л—» О QO cu s-2- Элегаз 43 Водород 7 Перфторпро- 39 Метай 30 пан Воздух Азот 9,4 8,6 Этан Этилен 280 280 Кислород 16 Ацетилен 400 Аргон 15 Пропилен 1200 Углекислый газ Окись углеро- да 120 9 Пропан Бутан 1900 2000 блюдаться увеличение tg 6 масла при сниже- нии напряженности электрического поля, тем большее, чем больше содержание ионных при- месей в масле. На tg б и проводимость масла практически не влияет влага, находящаяся в состоянии ис- тинного раствора. При изменении растворимо-
§ 4.3 Нефтяные электроизоляционные масла 75 сти влаги в масле (например, при охлаждении) часть влаги может выделиться в виде мелко- дисперсных капелек, вызывая резкое увеличе- ние tg 6 и снижение р. Специально обезвожен- ные органические кислоты, перекиси, спирты, фенолы (при условии их полного растворения в масле) ие оказывают заметного влияния на tg 5 масла. В эксплуатации повышение потерь масла связано с накоплением нерастворенных и кол- лоидных частиц (шлам, мыла, продукты раз- рушения твердой изоляции, волокна и др.). При промышленной частоте основными ис- точниками повышенных потерь в свежих мас- лах (помимо мелко дисперсных капелек вла- ги) являются коллоидные нейтральные и кис- лые асфальтосмолистые вещества и следы мыл. Наиболее эффективное удаление любых кол- лоидных частиц из масла осуществляется ад- сорбционной очисткой, что наряду со снижени- ем tg 6 повышает стабильность масел и их стойкость против старения. Наличие в свежих маслах присадки ионол не оказывает влияния на повышение tg 6 масла. Для технически чистых масел пробивное напряжение в стандартном разряднике состав- ляет 50—60 кВ при 50 Гц и примерно 120 кВ при воздействии импульсного напряжения (волна 1,5/40 мкс). Полярные вещества, влага и газы, находя- щиеся в состоянии истинного раствора, не влия- ют на Enn масла. Их выделение в свободном виде снижает Епр масла, особенно при одно- временном наличии в масле твердых микро- примесей. Поэтому в маслах для работы при высоких напряжениях и напряженностях элек- трического поля нормируют содержание мик- ропримесей, особенно с наиболее опасными размерами частиц — от 2 до 10 мкм, присутст- вующих к тому же в наибольших количествах. Рис. 4.4. Зависимость пробивного напряжения трансформаторного масла от температуры при постоянном и переменном напряжениях, элек- троды — диски 25 мм с закругленными края- ми, расстояние 2,5 мм. По 3. М. Белецкому, Е. Л. Тополянскому, В. И. Рыженко: при постоянном напряжении.* / — масло ТКп, содер- жащее 0,0020 % (мае.) воды; 2 —масло Т-1500, содер- жащее 0,0040 % (мае.) воды; при переменном напря- жении: з — масло ТКп; 4— масло Т-1500 Микрочастицы в маслах резко снижают также и срок службы электрооборудования. В состоянии поставки технически чистые масла содержат в 1 см3 до десятков и сотен тысяч микрочастиц с размером до 100 мкм. Содержание микрочастиц в масле измеря- ют при получении от поставщика и перед за- ливкой в электрооборудование, поскольку в процессе обращения с маслом и его технологи- ческой обработки содержание микрочастиц воз- растает от соприкосновения со стенками ме- таллической тары и трубопроводов. Для уда- ления микрочастиц используют молекулярные сита с калиброванными отверстиями. Снижение температуры масла в пределах +20 до —5 °C при переменном и постоянном напряжении приводит к уменьшению ЕПр мас- ла, а дальнейшее снижение ее от —5 до —45 °C вызывает рост Епр (рис. 4.4). Это объясняется различным агрегатным состоянием воды в мас- ле, образованием кристаллов льда и ростом вяз- кости масла. При перемешивании масла в ис- пытательной ячейке с помощью мешалки Еар его ниже, чем в статических условиях. Старение масла. В процессе эксплуатации масла происходят глубокие превращения, ха- рактеризуемые понятием «старение» и сопро- вождаемые изменением химических и электро- физических показателей. Старение масел в экс- плуатации происходит под воздействием элек- трического и тепловых полей, кислорода пли окислителей. Оно ускоряется за счет одновре- менного воздействия этих факторов, света, из- лучений высоких энергий, некоторых материа- лов и соединений, являющихся активными ка- тализаторами реакций старения углеводородов масла. Активными катализаторами окисления масла являются: медь и ее сплавы, соли орга- нических кислот и металлов переменной валент- ности (меди, железа, кобальта и др.), раство- римые в масле. Характер превалирующих процессов ста- рения зависит от условий эксплуатации: в не- герметичиых системах старение масла проис- ходит в основном под воздействием кислорода воздуха, вызывающего окисление углеводоро- дов и других компонентов масла, в герметич- ных системах — под воздействием электриче- ского и тепловых полей, в некоторых специ- альных системах — под воздействием излуче- ний высоких энергий и др. Характер влияния на старение различных воздействующих факторов не является адди- тивным. Степень влияния одного фактора за- висит от уровня воздействия других факторов. Химические реакции старения углеводоро- дов в жидкой фазе протекают по цепному ме- ханизму, который осуществляется при помощи свободных радикалов: углеводородного и пе- рекисного. Вещества, являющиеся донорами свободных радикалов, ускоряют, а соединения, связывающие свободные радикалы, тормозят старение. Химический состав масел подбирают таким, чтобы в нем ие содержалось естествен- ных катализаторов старения и сохранились со- единения, замедляющие старение, — естествен- ные ингибиторы. Устойчивость против старе- ния и стабильность масел находятся в зависи- мости от способа и глубины их очистки, что на примере термоокислительной стабильности в электрическом поле иллюстрируется данными табл. 4.4.
76 Жидкие диэлектрики Разд. 4 Таблица 4.4. Влияние обработки адсорбентом на термоокислительную стабильность в электрическом поле трансформаторного масла (по М. И. Шахновичу Образец масла t у,д масла при 70 °C до старения Показатель после 720 ч окисления при 95 °C при £.=2,5 МВ/м tgfi при 70 °C Кислотное число, мг КОН на 1 г Из смеси бакин- ских парафинистых нефтей кнелотно- щелочиой очист- ки 0,0130 0,082 0,45 То же после об- работки 5 % гумбрина 0,0035 0,06 0,30 То же после обра- ботки 10 % гум- брина 0,0025 0,046 0,25 Т а б л и ц а 4.5. Окисление масел в среде ионизированного кислорода (по Р. А. Липштейну и М. И. Шахновичу) Показатель Значения параметров масел после окисления при 100 °C в среде ионизиро- ванного кислоро- да при напряжен- ности в масле 1,56 МВ/м (без меди, 30 ч) без иони- зации при напряжен- ности в масле 4,90 МВ/м (с медью, 42 ч) из бакинских нефтей нз эмбенских нефтей для этих же масел параметры ие превы- шают значений Количество по- глощенного кис- лорода, см3 на 100 г масла 520 760 48,5 Кислотное число, мг КОН на 1 г 5,26 4,29 0,25 Содержание во- дорастворимых кислот, мг КОН на 1 г 0,86 1,00 0,05 Содержание . во- ды, % (мае.) 0,16 0,17 0,01 Увеличение вяз- кости, % 10,0 12,0 0 Осадок,,% (мае.) 0,39 0,36 0,07 Широко применяется синтетическая инги- бирующая присадка 2,6-дитретичный бутил-4- метил-фенол, [фирменные названия: ДВРС и ДБПК (днбутилпаракрезол), ионол, топанол-0, керобит и др.] и добавляемая к маслам в кон- центрации от 0,1 до 0,5 %. В присутствии ионо- ла старение масла протекает в 2—3 раза мед- леннее, чем без него. Известны присадки — дезактиваторы и пассиваторы металлов, кото- рые подавляют каталитическое действие ме- таллов и замедляют старение масла, например антраниловая кислота, дисалицилиденэтилен- диамин, дисалицилиденпропилендиамин (оп- тимальная концентрация этих соединений в масле до 0,05 %), которые эффективно дейст- вуют как в чистом виде, так и особенно в со- четании с ингибиторами окисления масла. Электрическое поле ускоряет процесс ста- рения и изменяет характер продуктов окисле- ния масла, в частности наблюдаются более ин- тенсивное образование воды, коагуляция осад- ка и его накопление в зоне максимальной на- пряженности поля, а также повышение tg 6 масла. Частичные разряды в масле приводят к образованию газов — низкомолекулярных угле- водородов, дальнейшее разложение которых заканчивается образованием водорода и высо- коуглеродистых остатков. В среде ионизированного кислорода масло поглощает кислород и иитеисивио окисляется (табл. 4.5). Для срока службы масел, работающих без замены при высоких напряженностях электри- ческого поля, определяющим является их по- ведение в условиях воздействия частичных разрядов. При этом характер превращений в масле и их конечные результаты зависят от окружающей масло среды. На первых стадиях этих превращений в условиях присутствия рас- творенных или свободных воздуха (кислоро- да) н активных окислителей происходит их по- глощение, при достаточной интенсивности ко- торого возможно появление разрежения, кото- рое может даже ускорить дальнейшее разви- тие частичных разрядов. В вакууме или при наличии азота под воздействием частичных разрядов все масла выделяют газ с интенсив- ностью, зависящей от химического состава, структуры и соотношения компонентов масла. Оценку газостойкости масел проводят в тихом или коронном разряде в атмосфере воз- духа или водорода. В первом случае по ре- зультатам испытания (по характерным облас- тям кривой газостойкости) судят о термоокис- лительной устойчивости в электрическом поле (область 1 кривой газостойкости), поведении в условиях вакуума или азота (область 2) и, на- конец, в условиях водорода (область 3, рис. 4.5). Количество поглощенного (выделенного) газа зависит от энергии воздействующих элек- трических разрядов и состава масла (рис. 4.6). В масле должно содержаться определен- ное количество ароматических углеводородов, которые химически связывают активный водо- род в момент его выделения из углеводородных молекул. С увеличением содержания аромати- ческих углеводородов увеличивается tg 6 масел при их старении. Содержание ароматических углеводородов в маслах ограничивают опреде- ленным оптимумом, обеспечивающим наиболь- шее увеличение срока службы (рис. 4.7). Этот оптимум зависит от структуры ароматических углеводородов. Газовыделеиие в электрическом поле уси- ливается в результате реакций кислых продук-
§ 4.3 Нефтяные электроизоляционные масла 77 Рис. 4.5. Кривые газостойкости в реакторе тем- ного разряда, в атмосфере воздуха, газостой- кого конденсаторного масла при 2,6 МВ/м, 100 Гц и 80 °C тов разложения масла в процессе его старения с металлом обкладок, токоведущих и других деталей, находящихся под напряжением. С та- ким газовыделеннем борются, подбирая состав масла, кислотность которого меньше возраста- ет в процессе старения, защитой металла час- тей, находящихся под напряжением. Старение масел, сопровождающееся обра- зованием воды, перекиси, шлама, кислоты, ускоряет старение твердых электроизоляцион- ных материалов, в первую очередь содержащих целлюлозу. При этом увеличивается их tg б и ускоряется разложение, продукты которого способствуют усилению старения масла, при одновременном воздействии электрического по- ля, когда действие этих факторов суммирует- ся (табл. 4.6). Рис. 4.6. Зависимости газостойкости трансфор- маторных масел различного происхождения от содержания углерода в ароматических кольцах усредненной молекулы. По Г. Д. Голованю и Е. Н. Штерн: / — масло ТКп; 2—масло Т-750; 3—масло Т-1500; 4 — масло ПТ; 5 —масло ТАп; 6 — масло ТСп; 7 — масло «Эссо-1Онивольт-84», Франция; 8—масло «Дет- ройт Эдисон Компани», США; 9— масло «Шелл Диа- ла Дх», Англия; 10 — масло Трамор (Тгатог, Авст- рия); // — масло Гора-100 (Ghora-tOO. Ирак); 12— масло BTS ЧСН-65-6845 (ЧССР); 13 — масло TGZ-17580, TRF-G (ГДР); /4 —масло Миер (Misr, АРЕ) С увеличением энергии электрических раз- рядов глубина разложения масла возрастает, уменьшается интенсивность газопоглощения, увеличивается интенсивность газовыделения и образования углеродистых остатков. При до- статочно большой энергии электрического раз- ряда масло становится газовыделяющим (иск- ра, пробой, электрическая дуга). Его разложе- ние происходит с образованием горючих газов, иизкокипящих жидких углеводородов, углеро- дистых частиц. По составу газа, выделяющегося из масла в работающем аппарате, судят о характере развивающегося повреждения. Если среди ком- понентов газа обнаружена окись углерода, предполагают вовлечение в процесс разложе- ния твердых, например целлюлозосодержащих, материалов. Установлено, что под действием электриче- ского поля происходит интенсификация тепло- отдачи в маслах. Совместимость масла с твердыми материа- лами. Сталь, олово, оловянно-свинцовый сплав, никель, хром, кадмий мало изменяются сами и слабо влияют на масло при его термоокисли- тельиом старении. Медь и медные сплавы ин- тенсивно корродируют, являются активными катализаторами окисления и значительно по- вышают tg б масла. Интенсивность коррозии повышается с температурой окисления и свя- зана с химическим составом масла. При этом возможно появление иа поверхности металлов пленок, повышающих переходное сопротивле- ние контактов. При отсутствии контакта масла с воздухом или активными окислителями при температу- рах до 95 °C (окисление масла при этом не происходит) без воздействия электрического поля металлы практически ие влияют на изме- нение показателей масла. Рис. 4.7. Влияние на свойства нефтяного кон- денсаторного масла содержания ароматиче- ческих соединений (углерода в ароматических структурах), %: / — газостойкость (интенсивность газовыделения или газопоглощения) в реакторе тихого разряда в исход- ной атмосфере воздуха (третья характерная область кривой газостойкости); 2 — tg 6 при 70 °C в конце ис- пытания; 3 — срок службы (т) в относительных еди- ницах при ресурсных испытаниях в бумажных кон- денсаторах иа переменном напряжении
78 Жидкие диэлектрики Разд. 4 Таблица 4.6. Окисление масла в электрическом поле в присутствии целлюлозных материалов (по Р. А. Липштейиу и М. И. Шахиовичу) Показатель Значения показателей масла после 44 ч окисления при ПО °C с медыо без электрического поля при напряженности 4.9 МВ/м .Масло Масло-р -рбумага Масло-р -ркартои Масло Масло-Р -рбумага Масло-р -ркартон Количество поглощенного кисло- 28,5 33,2 54,3 48,5 54,0 64,0 рода, см3 иа 100 г Кислотное число, мг КОН на 1 г 0,10 0,11 0,13 0,13 0,13 0,16 Содержание воды, г 0,008 0,008 0,008 0,045 0,012 0,012 То же, в 4 г бумаги — 0,024 — — 0,028 — То же в 21 г картона —— 1 0,075 — — 0,100 То же суммарное 0,008 0,032 0,083 0,045 . 0,040 0,112 Примечания: 1. Во всех опытах образцы стандартной кабельной бумаги марки КМ-120 и картона трансформаторного имели одинаковую поверхность, толщина картона в 4 раза больше, чем бумаги. 2. Перед опытами образцы бумаги и картона сушились при давлении 133 Па, температуре 105 °C в тече- ние 6 ч. В пропитанных маслом системах, рассчи- танных иа длительный срок службы без заме- ны масла, все медные токоведущие части лу- дят, цинкуют или никелируют. В пропитанных маслом системах, работаю- щих на постоянном напряжении, при окисле- нии масла или выделении из твердой изоляции кислых продуктов или окислителей наблюдает- ся интенсивная коррозия алюминия, соли ко- торого являются активными катализаторами коррозии алюминия. Для борьбы с этим явле- нием в масло вводят специальные ингибиторы, например антрахинон. При температурах, не превышающих 95 °C, пленки лаков на глифта- левой основе, прошедшие нормальную для них термообработку, повышают кислотность масла, а бакелитовый лак и эпоксидная грунтовка, в частности ЭП-0010 и ЭП-0020 по ГОСТ 10277,-76, иа основе эпоксидной смолы Э-40 практически не действуют на трансформатор- ное масло, ио в ряде случаев недопустимо ухудшают конденсаторное масло. Целлюлозные бумаги и картоны, слоистые пластики иа фе- нолформальдегидных и эпоксидных смолах, хлопчатобумажные материалы, буковая, клено- вая и березовая древесина, древесные слоистые пластики, пластмассы иа основе феиолофор- мальдегидных смол (на основе иоволачиых смол после дополнительной обработки) не влия- ют заметным образом иа трансформаторное масло и в зависимости от степени чистоты мате- риала и технологии изготовления могут также ие влиять на конденсаторное масло. Фторо- пласт не влияет на масло различных марок. Лакоткань ЛХМ повышает кислотность масла. Наиболее устойчивы в среде масла резины иа основе фтор- и кремнийорганических каучу- ков. Стойкость других резин зависит от нх хи- мического состава. Устойчивы в среде масла клеи на основе эфиров целлюлозы. В каждом конкретном случае подбор ма- териалов осуществляют иа основе испытания на совместимость, условия которого устанав- ливают с учетом рабочих требований, напри- мер: выдержка при ограниченном доступе воз- духа в течение 48 ч при 95 °C масла с испы- туемым материалом и без такового, с контро- лем параметров масла до и после испытания. Эксплуатация масел. Для продления срока службы электроизоляционных масел, помимо применения присадок, замедляющих старение Таблица 4.7. Эффективность контактной регенерации трансформаторных масел различными природными и синтетическими адсорбентами (по И. В. Браю, М. И. Шахновичу, Ф. Д. Овчаренко и Г. Д. Голованю) Адсорбент Концентрация адсорбента, % (мае.) га £ , g 3 £ U- s s Ф 2 н г о. .5 2 о ф 5*5 sx ® s 8 «О * sr с tg 6 масла после регене- рации при 50 Гц и 70 °C Кислотное число окисленного масла 0,16 мг КОН на 1 г Зикеевская земля 7 0,05 Крымский кил 7 0,06 — Уфимский адсорбент 7 0,05 — Инзерская темная земля 7 0,07 — Камчатский вулкани- ческий пепел 5 0,08 — Вольская мука 7 0,05 — Владимирский туф 5 0,10 — Силикагель СКС 3 0,01 — Кислотное число окисленного масла 0,30 мг КОН на 1 г и tg 6=0,180 при 70 °C Черкасский монтмо- риллонит, активиро- 10 0,15 0,017 ванный 5 %-иой серной кислотой То же, активирован- ный 15 %-иой сер- ной кислотой 10 0,025 0,02 Силикагель марки кскг 10 0,125 0,022 Зикеевская земля марки Д 10 0,075 0,005
§ 4.3. Нефтяные электроизоляционные масла 79 Таблица 4 8. Основные физико-химические и электрофизические показатели свежих товарных трансформаторных масел Марка ТКп, ТУ 38-101-890-81 Марка ТАп, ТУ 38-101-281- -80 Марка ТСп, ГОСТ 10121-76 ГОСТ 982-80 Марка ГК, ТУ 38-401-338-84 Марка Т-750 Марка Т-1500 Показатель Кислотно- щелочная очистка: Адсорб- Очистка: де- парафиииза- Кислотно- Кислотно- Гидрокрекинг карбамидная ция при глу- Щелочная и каталитичес- депарафини- ниониая боком охлаж- щелочная очистка или кая депарафи- зация и кис- лотно- щелоч- ная очистка очистка дении, селек- тивная фено- лом очистка адсорбцион- ная очистка низация ' Код ОКП 02 5376 0102 02 5376 0103 02 5376 0106 02 5376 0104 02 5376 0105 02 5376 0108 Плотность при 20 °C, кг/м3, не более Кинематическая вязкость, 10 ~"6 м2/с. не более: 895 895 895 895 895 при 50 °C 9,0 9,0 9,0 8,0 8,0 9,0 при 20 °C —— 30,0 28,0 — —— — при —30 °C 1500 1500 1300 1600 1100 1200 Температура застывания, ®С, ие выше —45 —50 —45 -55 —45 —45 Кислотное число, мг КОН на 1 г, не более Температура вспышки в за- крытом сосуде, °C, не ни- же 0,02 0.02 0,02 0,01 0,01 0,01 135 135 150 135 135 135 Общая стабильность против окисления по методу ГОСТ 981-75, кислотное число окисленного масла, мг КОН на 1 г, не более 0,10 0,05 0,10 0,20* 0,20* 0,10*** Количество осадка после окисления, % (мае.), не бо- лее 0,01 0,008 Отсутствие Отсутст- вие* Отсутствие* Отсутствие* Стабильность по статическо- му методу ГОСТ 11257-65: кислотное число окислен- ного масла, мг КОН на 1 г, не более 0,40 0,30 Содержание водораствори- мых кислот в окисленном масле, мг КОН на 1 г, не более 0,10 0,03 Содержание осадка, % (мае.), ие более Стабильность против окисле- ния по методу МЭК, пуб- ликация 474-1974: индукци- онный период окисления, ч, не менее tg б при 50 Гц и 90 °C не более ч 0,05 — 0,015 — — — 150 0,022 0,005 0,017 0,005 0,005 0,005 Зольность, %, ие более 0,005 0,005 0,005 — Натровая проба, оптическая плотность, ие более 0,40 — 0,40 0,40 0,40 0,40 Концентрация присадки ио- нол, % (мае.) 0,20 0,30 0,20 0,30 0,40 0,25 Цвет на колориметре ЦНТ, единицы ЦНТ, не более — — 1,0 1.0 1,0 0,5 Содержание механических примесей Стабильность по методу ВЭИ в условиях воздейст- вия электрического поля напряженностью 2,5 МВ/м при 95 °C в присутствии меди после окисления в те- чение 720 ч: Отсутствие Отсутствие Отсутствие Отсутствие Отсутствие Отсутствие кислотное число, мг КОН на 1 г, не более 0,20 0,20 0,25 0,10 0,10 0,005** осадок иа обмотках, % (мае.) 0,04 0,05 0.06 0,02 0,02 0,0025** tg б при 50 Гц и 70 °C не более 0,215 0,237 0,250 0,056 0,050 0,0040** р при 0,5 МВ/м и 90 СС, Ом-м 5.10‘» 5-Ю10 5-101° 10“ 5.104 IO'’ ег при 50 Гц и 20 °C 2,3 2,3 2.17 2,25 2,20 2,20 Пробивное напряжение в стандартном разряднике, кВ, не менее 70 70 70 75 75 80 Поверхностное натяжение прн 20 °C, кН/м 34,4 35,8 35,4 41,6 42,2 48.3 Газостойкость по методу ГОСТ 13003-67 (поглощение водорода), мл 0,80 0,70 0,30 0,80 0,74 0,78
80 Жидкие диэлектрики Разд. 4 Продолжение табл. 4.8 Лсказатель Марка ТКп, ТУ 38-101-890-81 Марка ТАп, ТУ 38-101- -281-80 Марка ТСп, РОСТ 10121-76 ГОСТ 982-80 Марка ГК, ТУ 38-401-358-84 Марка Т-750 Марка Т-1500 Кислотно- щелочная очистка; карбамидная депарафини- зация и кис- лотно-щелоч- ная очистка Адсорб- ционная очистка Очистка: депарафини- зация при глубоком охлаждении, селективная фенолом Кислотно- щелочиая очистка Кислотио- Щелочиая очистка или адсорбцион- ная очистка Гидрокрекинг и каталити- ческая депа- рафинизация Структурно-групповой ана- лиз: количество атомов уг- лерода, %: в ароматических струк- турах С а в нафтеновых структурах СН в парафиновых структу- рах С и Молекулярная масса Показатель преломления при 20 °C 18,4 40,3 41,2 245 1,4950 24,0 41,0 35,0 260 1,4970 6,7 34,3 59,0 225 1,4760 17,2 41,3 41,5 240 1,4920 12,5 39,8 47,7 250 1,4830 15,4 44,8 39,8 210 1,4730 * Окисление по методу ГОСТ 981-75 при 130 ”С, время 30 ч и скорость расхода 50 см3/мин. ** Окисление по методу ВЭИ в условиях воздействия электрического поля напряженностью 2,5 МВ/м при 95 СС в присутствии меди, после 1000 ч. *** Окисление по методу ГОСТ 981-75 при 145 °C, время 30 ч и скорость расхода кислорода 50 см3/мин. Примечание. Сырьем для всех масел, кроме масел по ГОСТ 10121-76, являются малосернистые неф- ти, для последних — сернистые нефти. масла, используют различные методы, обеспе- чивающие защиту масла от непосредственного контакта с воздухом и его влагой (герметиза- ция оборудования). В производстве кабелей используют только герметичные, а в силовом конденсаторостроении вакуумио-плотные кон- струкции. Герметизацию используют и в транс- форматоростроении. При эксплуатации кабе- лей и конденсаторов замены и регенерации масла не производят. Старение ухудшает рабочие параметры масла: tg 6, цвет, кислотность, вязкость, тем- пературу замерзания и др. Температура застывания мало изменяется под влиянием окисления и дуговых разрядов, но существенно увеличивается при воздействии частичных разрядов за счет полимеризации компонентов масла и увеличения его вязкости. Обычно используемые присадки для пониже- ния температуры застывания масел не приме- няются в процессе эксплуатации масел как ан- тпокислительные присадки. Поэтому при на- личии депрессаторов удается устранить опас- ное снижение температуры застывания масел. Подготовка свежих и регенерация масел, бывших в эксплуатации. Для удаления из мас- ла диспергированной в нем влаги и крупных твердых примесей применяют различные цен- трифуги (серий НС, С, НСМ, ПСМ), имеющие производительность от 2000 до 10 000 л/ч и обеспечивающие необходимое качество масел, предназначенных для применения в трансфор- маторах и других электрических аппаратах на- пряжением 35 кВ и ниже. Для удаления растворенных влаги, газов и легких примесей типа волокон и т. п. нз масел, используемых для пропитки и заливки элек- трических аппаратов напряжением более 35 кВ, применяют различные вакуумдегазациониые установки производительностью от 500 до 45 000 л/ч. Эффективным, но малопроизводи- тельным (800—1000 л/ч) способом осушки ма- сел является обработка высушенными до оста- точной влажности 0,5 % (мае.) искусственны- ми цеолитами марок NaA и СаХ (молекуляр- ные сита), обеспечивающие содержание воды в масле 0,0015—0,0010 % (мае.). Для очистки от механических загрязнений масла фильтруют через пористые перегородки. Эффективность очистки зависит от размеров пор фильтрующих материалов. Известны способы фильтрации между слоями фильтровального материала (фильтры щелевого типа), магнитные фильт- ры (для улавливания из масла частиц черных металлов), электростатические фильтры. Для регенерации масел с кислотным чис- лом ниже 0,40 мг КОН на 1 г используют ме- тод контактирования масла с различными при- родными и синтетическими адсорбентами при 50—60 °C (табл. 4.7). С целью повышения про- тивоокислительной стабильности регенериро- ванных масел необходимо вводить присадку ДВРС нли ионол в количестве 0,3—0,4 % (мае.). Основные показатели регенерирован- ных ингибированных масел должны соответст- вовать нормам на свежие масла. Масла, зали- тые в оборудование, допускается эксплуатиро- вать до тех пор, пока их показатели не превы- сят значений, указанных в соответствующей технической документации. В зависимости от особенностей состава нефти и технологии получения масла физико- химические и электрофизические показатели товарных трансформаторных масел могут быть различными (табл. 4.8). Кабельные масла различают по температу- ре вспышки и вязкости: марок С-220 и КМ-25— высоковязкие; МН-4 — маловязкое, содержа-
§ 4.4 Диэлектрики ия основе хлорированных углеводородов 81 Таблица 4.9. Основные физико-хнмнческие показатели свежнх товарных кабельных масел Показатель Марка масел С-220, ГОСТ 8463-76, код 02 5377 0200 МН-4 ТУ 38-101-654- 76, код 02 5377 0102 КМ-25, ТУ 38-101-449-79, код 02 5377 0300 Высший сорт | I сорт Плотность при 20 °C, кг/м3 837 <900 >900 >900 Показатель преломления света при 23 °C Кинематическая вязкость, 10~6 м2/с: 1,4870 <1,500 >1,500 >1,500 при +100 °C 11 — 23 23 при +50 °C 50 10,0 — — при 4-20 °C 800 40,0 — — при 0°С 5000 110,0 — —— при —20 °C — 575 — при —30 °C — 2200 — — Температура вспышки в закрытом сосуде, °C 180 135 225 220 Температура застывания, °C tg б при 50 Гц и 100 °C —30 —45 —10 —10 0,002 0,003 0,005 0,005 То же после старения масла при 120 °C в течение 300 ч не более 0,009 0,020* — — То же после старения масла в присутствии меди при 120 °C в течение 300 ч 0,012 0,350** — ег при 50 Гц и 20 °C 2,25 2,2 2,15 2,15 р при 0,5 МВ/м и 100 °C 10»? 10»» 2- 10Ю 10»° Электрическая прочность при 50 Гц и 20 °C, МВ/м 21 18 15 15 Кислотное число, мг КОН на 1 г 0,02 0,04 0,06 0,07 Содержание золы, % (мае.), не более 0,001 0,005 0,007 0,008 Температура растворении масла в анилине, °C, в пределах Стабильность против окисления по методу ГОСТ 981-75: 72—75 количество осадков после окисления, %, не более — 0,02 — — кислотное, число окисленного масла, мг КОН на 1 г —— 0,10 — * Температура старения 115 °C в течение 96 ч. ♦* Температура старения 100 °C в течение 300 ч. щее 0,2 % присадки ионол. Масло КМ-25 ис- пользуют в сочетании с канифолью или синте- тическим полимером — октолом. Для 'пропитки бумажной изоляции кабелей на напряжение 1—35 кВ применяют компаунды, включающие масло КМ-25 и канифоль или октол в качестве добавки, повышающей вязкость и газостойкость пропитывающей массы. В маслонаполненных кабелях низкого и среднего давления применя- ют масло МН-4. Для маслонаполненных кабе- лей высокого давления применяют масло С-220. Все кабельные масла отличаются весьма низ- кими значениями tg б (табл. 4.9). Основные показатели качества масла для масляных выключателей и контакторных устройств регулирования напряжения под на- грузкой, имеющие марку МВ (код ОКП 02 5376 0109), должны удовлетворять следующим основным требованиям ТУ 38-101-857-80: Плотность, кг/м3, не более .... 860 Вязкость, 10~6 м2/с, при —50 °C не более................................... 150 Температура вспышки в закрытом со- суде, °C, не ниже..................... 96 Температура застывания, °C, не выше —70 tg6 при 50 Гц и 90 “С, не более . . 0,005 Конденсаторные масла (код 02 5376 0200). отличаются от большинства сортов трансфор- маторных масел более глубокой очисткой и меньшими значениями tg б (табл. 4.10). 4.4. ЖИДКИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ НА ОСНОВЕ ХЛОРИРОВАННЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ В течение последних 50 лет наибольшее применение имели синтетические жидкости на основе хлорированных углеводородов. Это обу- словлено их высокой термоокислительной и электрической стабильностью, особенно при пе- ременном напряжении, негорючестью, повышен- ным значением ег, относительно невысокой стоимостью при наличии вполне удовлетвори-
82 Жидкие диэлектрики Разд. 4 Таблица 4.10. Основные физико-химические показатели товарных конденсаторных масел по ГОСТ 5775-68 высшей категории качества (код ОКП 02 5376 0200) Показатель Масло серно-кис- лотной очистки из малосер- нистых нефтей Масло феноль- ной очистки из сернистых нефтей с 0,2 % присадки ДВРС Плотность, кг/м3 866 901 Кинематическая вяз- кость, 10-6 м2/с: при 20 °C 45 30 при 50 °C 12 9 Содержание золы, % Отсутст- 0,005 (мае.) вует Температура вспыш- 160 162 ки, °C Температура засты- —45 —48 вания, °C Кислотное число, мг 0,01 0,016 КОН на 1 г, не бо- лее Содержание серы, %, 1,55 не более ег при 20 °C 2,2 2,26 tg б при 100 °C 2-10—* 15-10—* тельиых большинства эксплуатационных свойств. Однако, как указано выше, из-за ток- сичности хлорированных углеводородов их при- менение сначала ограничивалось, а сейчас поч- ти повсеместно запрещено, хотя в эксплуатации еще имеются значительные количества. Хлорированные углеводороды получают в результате реакций взаимодействия соответст- вующих углеводородов (например, дифенила, бензола) с хлором, с замещением части атомов водорода в молекуле углеводорода атомами хлора. В зависимости от условий реакции мо- гут быть получены моио-, ди-, три-, тетра- и т. д. хлорзамешенные мономерные и поли- мерные углеводороды. Обычно получается смесь соединений с разными степенями замеще- ния (всего 148 изомеров), но с преимущест- венным содержанием с заданной средней сте- пенью замещения. Фракционированием продук- тов хлорирования удаляют летучие и смоли- стые соединения, адсорбционной очисткой и фильтрацией извлекают нежелательные приме- си. Используют смеси различных хлоруглеводо- родов, отличающихся по своим химическим и электрофизическим свойствам, в основном три- хлордифенил (ТХД) и смеси ТХД с трихлор- бензолом. По мере увеличения количества атомов хлора в молекуле полихлордифенила (ПХД) повышается молекулярная масса, растет плот- ность, вязкость, температура застывания, тем- пература кипения, снижается упругость паров. Температурный коэффициент объемного расширения ПХД находится в пределах 0,00067—0,00073 °C-'. Удельные теплоемкости различных ПХД близки и находятся, например, для ТХД в диапазоне 10—130 °C от 1,14 до 1,24 кДж/(кг-°С); теплопроводность при тех же температурах — в пределах 0,0958— 0,0987 Вт/(м-°С). Допустимая рабочая температура ПХД на- ходится в пределах 95—ПО °C в зависимости от условий работы и требуемого срока службы. При воздействии электрической дуги ПХД раз- лагается с выделением углерода и хлористого водорода. Для связывания хлористого водо- Таблнца 4.11. Основные показатели товарных хлорированных жидких диэлектриков Показатель Трихлордифенил, ОСТ 6-01-43-79 Совтол-10, ОСТ 6-01-17-74 Гексол. ТУ-01-981-75 высший сорт первый сорт высший сорт первый сорт Плотность при 20 °C, кг/м3 1360—1390 1360—1390 1510—1530 1540 1640 Кинематическая вязкость при 20 °C, 10 6 м2/с 40—70 40—70 650 650 3,5—4,0 Температура застывания, °C —19 —18 —6 —6 —60 Удельная теплоемкость при 1,21 1.21 1,59 1,59 0,964 20 °C, кДж/(кг-°С) Коэффициент теплопроводно- 0,0963 0,0963 — — 0,15 сти при 20°C, Вт/(м-°С) tg б при 50 Гц, 90 °C не более 0,015 0,02 0,03 0,06 0,03 (при 70 °C) р при 90°C, Ом-м, не менее ег при 50 Гц не менее: 3-109 З-Ю9 Ю1? 1012 1,3-101» при 20 °C 5,9 5,7 — — 2,7—2,9 (при 70 °C) при 90 °C 5,0 4,8 4,3 4,3 — Электрическая прочность, при 20 20 22 20 18 20 °C, МВ/м, не менее 3,5 (при 65 °C) (при 65 °C) (при 35 °C) Массовая доля высокохлори- 3,5 — — — рованных гомологов (пента- и выше), % не более Код ОКП 24 5145 0120 24 5145 0000 24 5143 0120 24 5143 0130 24 5149 0200
Диэлектрики на основе хлорированных углеводородов 83 Таблица 4.12. Совместимость твердых электроизоляционных и конструкционных материалов с трансформаторными хлорированными жидкостями Вид материала Применяется без ограниче- ний Требуется предварительное испытание Непригодны для приме- нения Металлы* Все виды Стекло, керамика Все виды — — Целлюлозные ма- териалы Кабельная, телефонная бумага, хлопчатобумаж- ная ткань, электротех- нический картон без на- полнителей н несклеен- ный Электротехнический кар- тон с наполнителями или склеенный Древесина Слоистые пластики иа основе цел- люлозных мате- риалов и феио- лоформальде- гндных или эпо- ксидных смол Буковая Крезоло-, феноло- и ме- ламиноформальдегидные смолы; эпоксидные смо- лы, специально подоб- ранные; некоторые поли- уретановые смолы Хвойные породы Термопластичные пластмассы —— Полиамидные, непласти- фицированиые триэфиры целлюлозы Поливинилхлорид- ные, полиметакрилат- ные Уплотняющие ма- Кремнийорганическая Пробка (специально об- Пробка необработан- териалы резина (термостатиро- ванная), асбест, кожа (специально обработан- ная), политетрафторэти- лен работанная), специаль- ная резина на основе нитрильного каучука; линейные сополимеры гексафторпропилена и виннлнденфторида ная, резина иа осно- ве натурального и синтетического кау- чука; поливинилхло- рид Клеи Раствор целлюлозы в изоциановом эфире по- ливинилового спирта, ка- зени Поливинилхлорид- ный, поливинилаце- гатный, полноргаио- силоксановые КТ-15 н КТ-47 Эмали На основе изоцианового эфира терефталевой кис- лоты, эпоксидных смол (хорошо полимеризован- ных), специально подо- бранных На масляной основе, поливинилацетат- ные, нитроэмали Пропитывающие лаки На основе полиэфирно- полиизоцнаиатиых поли- меров На масляной или мас- ляно-глифталевой ос- нове Прочие материа- лы Флюсы для пайки на ос- нове буры; молочная кислота * Во всех случаях металлические поверхности должны быть очищены от окалины, следов масла и смазок. рода, выделяемого ПХД прн его разложении электрическими разрядами и вымываемого из некоторых электроизоляционных материалов, например полипропиленовой пленки, в ПХД вводят специальные, главным образом эпоксид- ные, присадки, которые должны иметь высокую степень чистоты во избежание вредного воз- действия иа tg б как самого ПХД, так и про- питанной им изоляции. Классификация и показатели качества хло- рированных жидких диэлектриков даны в табл. 4.11. В силу полярности электроизоляционные свойства ПХД весьма чувствительны к различ- ного рода загрязнениям. Они легко вымывают н растворяют загрязнения из соприкасающихся с ними материалов. Для работы с ПХД подби- рают хорошо совместимые с ними материалы, номенклатура которых значительно уже, чем с нефтяным маслом, а требования по чистоте бо- лее жесткие (табл. 4.12). Для пропитки силовых конденсаторов при- меняют ТХД, который наряду со многими преимуществами обладает также и недостат- ками, препятствующими его конкуренции с дру- гими пропитывающими жидкостями. К ним от- носится повышенная вязкость, особенно при низких температурах. С увеличением вязкости при низких температурах резко снижается ег ПХД и замедляется поглощение и удаление
84 Жидкие диэлектрики Разд. 4 газообразных продуктов разложения жидкости из зоны действия частичных разрядов. Несмотря на значительные преимущества, ПХД ие смогли полностью вытеснить нефтяное масло н другие виды пропитывающих веществ в силовых конденсаторах с широким диапазо- ном рабочих отрицательных температур, на по- стоянном напряжении, при использовании ме- таллизированных обкладок. В СССР для пропитки и заполнения сило- вых трансформаторов в основном применяют совтол-10, представляющий собой смесь 90 % пентахлордифенила и 10 % трихлорбензола, и гексол. Совтол-10 по своим вязкостно-темпера- турным свойствам значительно уступает гексо- лу, что несколько ограничивает область его применения в трансформаторах. Гексол пред- ставляет собой смесь 20 % пентахлордифеннла и 80 % гексахлорбутадиена. Для пропитанных хлордифенилом конден- саторов с повышенным градиентом желательно, а в бумажно-пленочных и пленочных конденса- торах обязательно применение эпоксидных ста- билизаторов пропитывающего вещества. В про- тивном случае возникающие при низких темпе- ратурах и даже слабых перенапряжениях час- тичные разряды приводят к выделению НС1 и выходу конденсаторов из строя. При контак- тировании с полипропиленовой пленкой хлор- дифенилы вымывают примеси, из которых наи- более опасны хлористые соединения (остатки катализатора), существенно ухудшающие элек- трические характеристики конденсатора. Эпок- сидный стабилизатор связывает НС1, предохра- няя конденсатор от разрушения. Попытки пропитки подобных конденсато- ров нестабилизированным трихлордифенилом привели к резкому увеличению аварийности конденсаторов в эксплуатации. Эпоксидные стабилизаторы существенно повышают срок службы пропитанных ПХД бумажно-пленочных силовых конденсаторов за счет связывания не только продуктов разложения ПХД электри- ческим полем, но и ионных примесей, экстраги- руемых из пленки и бумаги. Контроль содер- жания эпоксидных стабилизаторов включен в международные нормы. Главной трудностью стабилизации эпоксидными соединениями явля- ются невозможность обеспечения достаточно низких потерь и опасность резкого их увеличе- ния у конденсаторов, содержащих бумагу и другие целлюлозные материалы, особенно если оии являются адсорбентными, т. е. содержат мелкодисперсный адсорбент для улавливания ионных загрязнений. Для пропитки адсорбент- ных бумаг приходится использовать нестаби- лизированный ТХД либо специальные эпоксид- ные присадки. Применяемая в СССР присадка диглицидо- вый эфир бисфенола не приводит к увеличению потерь в конденсаторах с адсорбентной бума- гой. Она не удерживается адсорбентом кон- денсаторной бумаги и не ухудшает существенно ее потери после пропитки. Уменьшить чуствительность к загрязнениям и повысить стабильность трансформаторных жидких диэлектриков можно при замене сов- тола на гексол, который не горюч, не взрыво- опасен, химически стабилен, имеет хорошие электрофизические и вязкостно-температурные свойства. Гексол не застывает при температуре до —60 °C и меньше подвержен влиянию за- грязнений, чем совтол. Он совместим с мате- риалами, приведенными в табл. 4.12. Все жидкости на основе ПХД относятся к категории токсичных и биологически вредных соединений, и при их использовании следует соблюдать установленные правила техники без- опасности и промышленной санитарии. Экологическая опасность ПХД возрастает с увеличением степени хлорирования, поэтому пентахлордифенил в конденсаторостроении был заменен ТХД, содержание высокохлорирован- ных фракций в котором стало нормироваться на уровне не выше 0,5—3,5 %. Снижение степени хлорирования приводит к понижению вязкости ПХД. При внедрении полипропиленовой пленки потребовались сни- жение температуры пропитки и соответственно дальнейшее снижение вязкости ПХД, применя- емых для пропитки силовых конденсаторов. Это обстоятельство потребовало дополнитель- ного снижения степени хлорирования ПХД, что благоприятно сказалось на их экологических свойствах. Предельно допустимая концентрация ТХД в воздухе рабочей зоны 1 мг/м3 относится к классу высокоопасных веществ по ГОСТ 12.1.007-76. Утилизация трансформаторов и конденса- торов с полихлордифенильными жидкостями, отработавших свой срок, производится по спе- циальной нормативно-технической докумен- тации. Для пропитки трансформаторов и конден- саторов применяют также другие виды хлори- рованных углеводородов или их смеси: различ- ные виды сложных эфиров (см. § 4.7), пропи- тывающее вещество Южилек (Франция) на основе полихлорфенилтолилметанов. Южилек мало отличается от хлордифенилов по своей стабильности и совместимости с обычно приме- няемыми материалами, ио имеет несколько меньшую огнестойкость. В распределительных трансформаторах взамен ПХД за рубежом находят применение Южилек-141 (чистый дихлортолилдихлорфенил- метан) и на основе его смесей с трихлорбензо- лом различные модификации, например Южи- лек Т. Жидкости Южилек малотоксичны, био- разлагаемы при достаточной химической ста- бильности. 4.5. ЖИДКИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ НА ОСНОВЕ ПОЛИОРГАНОСИЛОКСАНОВЫХ (КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИХ) СОЕДИНЕНИЙ (ПОСЖ) Жидкие диэлектрики на основе полиорга- носилоксановых соединений имеют постоянно расширяющуюся область применения, особенно в зарубежной практике, связанную с запреще- нием и ограничением производства ПХД и их заменой в различных электротехнических изде- лиях на нетоксичные и экологически безопас- ные кремнийорганические жидкости. В отечественной практике полиорганоси- локсановые жидкости используют в импульс- ных трансформаторах, специальных конденса- торах, блоках радио- и электронной аппарату- ры, волноводах, преобразовательных устройст- вах, магнетронах и в некоторых других случа-
$ 4.5 Дизлектрики на основе полиореаносилоксановых соединений 85 ях, а за рубежом, кроме того, в силовых рас- пределительных и тяговых трансформаторах, на крупных морских судах. Имеющийся более чем 10—15 летний опыт применения жидких полиорганосилоксановых диэлектриков подтвердил их высокое качество, термоокислительную стабильность и эксплуа- тационную надежность. ПОСЖ горят, но при горении выделяют плотные пары, содержащие мельчайшие час- тицы кремния, углекислый газ, водяные пары, формальдегид и пр., которые способствуют по- гасанию пламени. В распределительных трансформаторах, предназначенных для работы в пожароопасных условиях, расширяется применение диметилси- локсановой жидкости вместо ПХД, так как по- лучены данные о огнестойкости пропитанных екГ'трансформаторов. Температуру вспышки этой жидкости для трансформаторов нормиру- ют не ниже 300 °C. По мере старения ПОСЖ температура их вспышки понижается. Для по- вышения температуры вспышки в ПОСЖ вво- дят соединения железа, меди, церия н неко- торых других металлов, которые являются ста- билизаторами разрушения ПОСЖ. Наиболее активны из них соединения церия, которые позволяют существенно повысить температуру вспышки ПОСЖ- Введение небольшого коли- чества ацетилацетоната церия повышает тем- пературу вспышки и снижает количество вы- делившегося газа в результате термического разложения ПОСЖ. ПОСЖ пока еще нельзя рассматривать как полноценные заменители ПХД вследствие до- роговизны и неразложения в окружающей сре- де, хотя они и не токсичны. Расширяется применение ПОСЖ в бумаж- но-пленочных и чистопленочиых силовых кон- денсаторах низкой частоты вместо ПХД. В этом случае ПОСЖ не обеспечивают таких же высоких характеристик частичных разрядов по сравнению с пропиткой ПХД. Для устране- ния этого недостатка в конденсаторные ПОСЖ вводят от 0,5 до 20 % (мае.) специальных стабилизаторов или дополнительно вводят ПОСЖ, содержащие ароматические структуры (полиметилфенилсилоксан). Пропитанные ПОСЖ пленочные конденса- торы выпускают на рабочие частоты от 10 до 50 кГц. ПОСЖ применяют при сравнительно малой доле их стоимости в общей стоимости пленоч- ных силовых конденсаторов, когда преимущест- ва ПОСЖ являются решающими. Например, пропитанные ПОСЖ пленочные поликарбонат- ные силовые конденсаторы вследствие повы- шенной рабочей температуры (130—140 °C) имеют лучшие удельные характеристики по сравнению с другими типами. Применяемые ПОСЖ в зависимости от строения радикала (метил-, этил-, фенил-, га- логен-), непосредственно связанного с атомом кремния, относятся к следующим основным группам: а) полиметилсилоксановые жидкости (ПМСЖ); б) полиэтиленсилоксановые жидкости (ПЭСЖ): в) полиметилфенилсилоксановые жидкости (ПМФСЖ)., г) полихлор (фтор) органосилоксановые жид- кости ПХ(Ф)ОСЖ. Товарные ПОСЖ представляют собой сме- си продуктов одного из названных видов, но различной молекулярной массы. Обычно, чем больше молекулярная масса, тем менее летуча жидкость, тем выше ее температура застыва- ния, больше вязкость. ПМСЖ среди ПОСЖ от- личается более пологой кривой зависимости вязкости от температуры. ПЭСЖ и ПМФСЖ при равных с ПМСЖ значениях вязкости при 20 °C имеют более высокую вязкость при отри- цательных температурах. ПХ(Ф)ОСЖ харак- теризуются наиболее высокой вязкостью при отрицательных температурах. Молекулярная масса ПМСЖ средней вяз- кости лежит в пределах 3000—30 000. При рав- новеликих значениях вязкости молекулярная масса ПМФС и ПХ(Ф)ОСЖ, как правило, вы- ше, чем ПМСЖ. Плотность для большинства ПОСЖ лежит в пределах 940—980 кг/м3 и только для поли- меров, содержащих фенильные или галоидные радикалы, плотность превышает 1000, но не бо- лее 1200—1400 кг/м3 (если желательно сохра- нить свойства жидкости). Температура кипения и летучесть ПОСЖ зависят от их вязкости (молекулярной массы). Только очень низкомолекулярные жидкости ки- пят при атмосферном давлении. Жидкости с вязкостью при 20 °C, превышающей 10Х Х10-6 м2/с, кипят при давлении 131,5—394.5 Па при температурах свыше 250—300 °C. Лету- честь различных видов ПОСЖ практически одинакова и значительно меньше, чем нефтя- ных масел. Для ПОСЖ с вязкостью (16—30) X Х10-® м2/с при 50 °C, не содержащих низко- молекулярных полимеров, характерна весьма низкая упругость паров — порядка 1,31— 131 мкПа при 20 °C. Температура вспышки и воспламенения ПОСЖ связана с их летучестью. Она колеб- лется от 145—150 °C (для ПМСЖ и ПЭСЖ) до 290°C (для ПМФСЖ). При температурах, более высоких, чем температура вспышки, ПОСЖ самовоспламеняются без контакта с от- крытым пламенем. Температура застывания большинства средневязких ПОСЖ ниже —60 °C. Поверхностное натяжение ПМСЖ отлича- ется аномально низкими значениями — от 16 кН/м при вязкости 0,65-10~6 м2/с до 21 кН/м при вязкости 50-10—в м2/с и выше. Температурный коэффициент объемного расширения для различных ПОСЖ колеблется в пределах от 0,00065 до 0,00091 °C-'. Продук- ты термической деструкции ПМФСЖ и ПМСЖ химически подобны первоначальным полимерам и не обладают коррозионным действием, одна- ко снижают вязкость жидкости. При термиче- ской деструкции ПХ(Ф)ОСЖ образуют кис- лые продукты, которые могут в дальнейшем увеличивать скорость разложения полимеров. Термостабильность смеси ПОСЖ с другими жидкими диэлектриками определяется стабиль- ностью менее стабильного компонента. Основные продукты окисления ПМСЖ: па- раформальдегид, муравьиная кислота, вода, окись углерода, углекислый газ, водород, сши- тый полимер, ПМСЖ, до 205 °C имеют низкую скорость окисления и стабильнее нефтяных ма-
86 Жидкие диэлектрики Разд. 4 сел. ПМФСЖ по сравнению с ПМСЖ имеют большую окислительную способность, возрас- тающую с увеличением отношения фенильных радикалов к метильным, которые легче окис- ляются. По окислительной стабильности ПОСЖ, содержащие хлор и фтор, близки к ПМФСЖ. Для повышения окислительной стабильно- сти ПОСЖ используют растворяющиеся в них аитиоХислительные присадки, например: произ- водные ферроцена, содержащие железо, металл- органические соединения, включающие церий или другие редкоземельные элементы, бензант- рацен и др. Ииертиы относительно друг друга ПОСЖ и ароматический полиамид, тетрафторэтилен, по- листирол, метакрилат, пластмассы на основе фенольных смол, целлюлозные материалы. Совместимы с ПОСЖ хлоропреновые, изобу- тиленизопреновые, нитрилбутадиеиовые и фтор- каучуковые резины. Непригодны полиэтилен, поливинилхлорид, кремнийорганические ре- зины. Большинство металлов при температуре до 220 °C не влияют на окислительную стабиль- ность ПМСЖ и ПМФСЖ. Селей, теллур, сви- нец и сплавы на его основе ускоряют образова- ние геля. Медь, фосфористая бронза, алюми- ний в некоторых условиях действуют как ин- гибиторы гелеобразования. ПМСЖ растворимы в легких углеводород- ных жидкостях, галоидированных углеводоро- дах, высших спиртах, эфирах, кетонах; частич- но растворимы в зависимости от вязкости в ацетоне, бутаноле, легких нефтяных маслах; не смешиваются с тяжелыми нефтяными мас- лами, петролатумом, тяжелыми галоидирован- ными углеводородами, легкими спиртами (эта- нол, метанол), эфирами (этилцеллюлозы), жир- ными кислотами. Фенилированиые производные более растворимы, чем метилированные. ПЭСЖ растворимы в ароматических и хлорированных углеводородах и нефтяных маслах. Большинст- во производных органосилоксанов, содержащих галоидные радикалы, нерастворимы в органи- ческих растворителях. Значения е, ПМСЖ и ПЭСЖ практически не изменяются в широком диапазоне частот — до 108 Гц. Изменение частоты мало сказыва- ется на характере температурной зависимости tg 6 ПОСЖ. Значения е, ПОСЖ мало изменя- ются при повышении вязкости и понижаются с ростом температуры. Характерная для ПМСЖ пологая кривая изменения вязкости с темпера- турой определяет малую зависимость tg 6 ПМСЖ различной вязкости от температура. Замещение метильных радикалов опти- мальным числом фенильных радикалов замет- но повышает ег жидкости. То же наблюдается прн введении хлора в фенильный радикал ПМФСЖ- У ПОСЖ, не содержащих влаги и посто- ронних примесей, Еар в равномерном электри- ческом поле не ниже, чем у нефтяных масел или хлоруглеводородов. В неравномерном электрическом поле им- пульсная £Пр в промежутке острие — сфера диаметром около 3 мм у ПОСЖ выше, чем у нефтяного масла, причем наблюдается некото- рое ухудшение импульсной Еар с ростом содер- жания фенильных радикалов. В больших про- межутках, например при электродах диамет- ром около 25 мм, наоборот [за исключением Таблица 4.13. Номенклатура и показатели Показатель ПМСЖ пме-ю ПМС-20 ПМС-50 ПМС-60 Плотность при 20 °C, кг/м3 942 956 974 974 Температура кипения при 150—400 250 250 300 300 Па, °C Температура вспышки, °C, не ниже 172 200 220 280 Температура застывания, °C, не вы- —65 —60 —60 —60 ше Кинематическая вязкость, 10-в м2/с: при 100 °C 3,2 7,4 17,2 при 20 °C 10 20 50 60 при —50 °C 120 (при —60 сС) 172 500 700 Пробивное напряжение в стандарт- 35 35 45 45 ном разряднике, кВ, не менее tg б при 100 Гц и 20 °C 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002 tg б при 100 Гц и 100 °C 0,0008 — 0,001 0,001 р при 0,2 МВ/м и 20 °C, Ом • м 2-Ю12 2-Ю12 2-Ю12 2-10“ ег при 50 Ги и 20 °C 2,6—2,7 2,6—2,7 2,6—2,7 2,6—2,7 Содержание воды, % (мае.), не бо- 0,004 0,004 0,004 0,004 лее Удельная теплоемкость при 20 °C, 1725 1717 Дж/ (кг •°C) Коэффициент теплопроводности при 0,138 0,140 0,153 0,154 20 °C, Вт/(м-°С) Молекулярная масса 950—1500 1000—1700 2000—3000 Показатель преломления при 20 °C 1,401 1,403 1,405 1,405 Код ОКП 22 2921 0103 22 2921 0105 22 2921 0112 22 2921 0109 Примечания: I. ПМСЖ выпускают по ГОСТ 13032-77; ПЭСЖ марок 132-12д и ПЭС-3 — соответствен 2. В скобках приведены прежние обозначения марок полиорганоснлоксанов.
§ 4.5 Диэлектрики на основе полиорганосилоксановых соединений 87 ПМФСЖ с высоким содержанием фенильных радикалов, равным 28 % (мол.)], £ПР при им- пульсах у нефтяного масла выше. Изменение относительной влажности от 2 до 30 % мало влияет на переменное пробивное напряжение ПОСЖ, затем с ростом относитель- ной влажности оно быстро падает, а при 60— 65 % остается постоянным. При пробое ПОСЖ на переменном напряжении появляются мости- ки, степень образования которых увеличивается с ростом вязкости ПОСЖ. Полагают, что оии состоят из полу проводящего карбида кремния. С ростом вязкости ПОСЖ его переменное про- бивное напряжение снижается. Обнаружено влияние материалов электродов на Епр ПОСЖ. Разложение ПОСЖ электрической дугой сопровождается газовыделением в основном водорода и твердых продуктов: углерода, дву- окиси и карбида кремния, резко снижающих £пР ПОСЖ. Разложение ПМСЖ и ПЭСЖ ча- стичными разрядами сопровождается газовы- делением, в основном водорода, ПМСЖ нега- зостойкие, а ПМФСЖ газостойкие. Напряжение возникновения частичных раз- рядов н их погасания в промежутке игла — плоскость у ПМФСЖ существенно выше, чем у ПМСЖ. При температуре выше 100 °C оно сни- жается и становится ниже, чем у ПМСЖ. Исследование обеих жидкостей после теп- лового старения в чистом виде и в бумажных и пленочных конденсаторах не обнаружило за- метного ухудшения их свойств; установлено практически полное отсутствие растворения примесей из бумаги и пленки, а также атак- тической фазы полипропилена. Относительная радиационная стойкость ПОСЖ повторяет их распределеине по окисли- тельной стабильности вследствие сходства ме- ханизмов радиационного распада и окислитель- ного старения. Среди продуктов радиационного распада ПМСЖ и ПМФСЖ содержится водо- род, углеводородные газы, некоторое количест- во жидких углеводородов, кремнеметилен, кремнеэтилен, днснлан и сшитый полимер. Биологическое воздействие ПОСЖ на че- ловеческий организм либо отсутствует, либо слабое. ПМСЖ практически нетоксичны, ПМФСЖ могут оказывать большее воздейст- вие, чем ПМСЖ. При разложении ПХ(Ф)ОСЖ могут образовываться токсичные продукты. В СССР производится широкая номенкла- тура ПОСЖ (табл. 4.13), применяемых в ка- честве жидких диэлектриков. У конденсаторов, пропитанных диметилпо- лиорганосилоксановой жидкостью, температур- ные зависимости напряжения возникновения и погасания частичных разрядов носят слабо выраженный горбовидный характер. Прн этом напряжение погасания частичных разрядов ока- зывается в 2—3 раза ниже, чем напряжение возникновения. При пропитке ПМФСЖ напря- жения возникновения и погасания частичных разрядов различаются лишь на 25%. Онн ли- нейно снижаются с температурой в пределах от —20 до + 80 °C. При температуре от 20 до 110 °C tg 6 поли- пропиленовых конденсаторов, пропитанных ПМФСЖ, составляет примерно 0,1 %, а ПМСЖ - 0,075-0,08 %. Качества ПОСЖ, выпускаемых в СССР ПЭСЖ ПМФСЖ ПХ (Ф) осж 132-712Д (ПЭС-Д) пэс-з ФМ-5 (33-79 (ФМ-1322) 161-123 (ФС-5) ХС-2-1 161-45 (ФС-56) 960 960 944 1003 1080 1029 1145 165 150-185 250 190 200—250 — 315 150 125 200 200 200 240 320 —60 —70 —НО —70 —100 —94 —90 3,3 4,6 5,9 5 8 110 70—140 15 16 24,5 18 45 550 — 380 150 250 600 —‘ 3270 (при —20 °C) 45 45 — 35 — — — 0,0002 0,0003 0,002 0,0016 0,02 0,0001 0,007 0,03 — — — — 0,006 3-1012 1011 10“ 10“ 5-Ю10 — 4-10« 2,5 2,4 2,8 2,7 5,4 — 5,8 — — — — — — — 1738 1733 1788 1763 1691 1696 1482 0,171 0,138 0,135 0,143 0,115 0,141 0,127 415—470 1900 1500—2600 1500—2550 5800 1,438 — 1,451 — 1,4302 1,3913 22 2913 0101 22 2912 0103 22 2933 0105 — — 22 2941 0100 — но по ГОСТ 10916-74 в ГОСТ 13004-77; ПМФСЖ — по ТУ 6-02.973-79; ПХ(Ф)ОСЖ — по ТУ 6-02-1030-75.
88 Жидкие дизлектрики Разд. 4 4.6. ЖИДКИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ НА ОСНОВЕ ФТОРОРГАНИЧЕСКИХ (ФОСЖ) И ХЛОРФТОРОРГАНИЧЕСКИХ (ХФОСЖ) СОЕДИНЕНИЙ Хлорфторуглеводородные и фторуглеводо- родные жидкости (ФУЖ) образуют семейства отличающихся строением молекул, содер- жанием атомов хлора и фтора, но имеют меж- ду собой определенные сходства свойств. С хи- мической точки зрения они являются производ- ными углеводородов, аминов, эфиров и др., в которых атомы водорода частично или пол- ностью замещены атомами хлора и фтора. При полном замещении водорода фтором жидкости называют перфторированными углеводородами. Способы синтеза ХФОСЖ и ФОСЖ в большинстве случаев отличаются сложностью, для осуществления многих из них требуются дорогие исходные продукты н реактивы. Эти обстоятельства определяют их высокую стои- мость и ограниченные масштабы применения. Некоторые хлорфторуглеводороды, которые по своим термодинамическим свойствам на- шли применение в качестве хладоагентов, по- лучили название хладонов (раньше их называ- ли фреонами). Ряд хладонов нашли применение в качестве жидких диэлектриков. Это обуслов- лено их негорючестью, высокой химической, окислительной и термической стабильностью, хорошими электрофизическими и теплопереда- ющими свойствами. Хладоны применяют для заполнения небольших трансформаторов, бло- ков электронного оборудования и других элек- тротехнических изделий во всех случаях, ког- да другие виды жидких диэлектриков не вы- держивают высоких рабочих температур. По- казатели некоторых хладонов по ТУ и литера- турным данным приведены в табл. 4.14. Под воздействием электрической дуги фторуглеводородные жидкости разлага- ются с выделением низкомолекулярных фтор- углеводородов, углекислого газа, окиси углеро- да, фторангидридов. Последние могут вызывать коррозию металлов или разрушение твердых электроизоляционных материалов. Продукты, образующиеся при пробое ФУЖ, мало влияют на снижение их электрической прочности, в свя- зи с чем такого рода жидкости могут приме- няться для заполнения коммутирующей аппа- ратуры. Некоторые типы перфторированных жидко- стей, имеющих невысокие температуры кипения (104—140°C), являются перспективными для применения в силовых трансформаторах с ис- парительным охлаждением илн для получения комбинированной электроизоляционной и теп- лоотводящей среды с использованием элегаза. Например, в США и в Японии длительное вре- мя эксплуатируются такие трансформаторы Таблица 4.14. Основные физико-химические и электрофизические показатели жидких хладонов Показатель Хладон-112, Хладон-113, Хладон-114, ТУ 6-02-831-79 ГОСТ 23844-79 ТУ 6-02-470-80 Требования ТУ и ГОСТ Содержание основного компонента, % 97,0 99,96 99,7 (мае.), не более Содержание органических примесей, % 3,0 0,03 0,2 (мае.), не более Содержание нелетучего остатка, % (мае.), 0,003 0,001 0,001 не более Кислотность Отсутствие Соответствие п. 4.Б ГОСТ Отсутствие Содержание свободного хлора » Отсутствие — Содержание воды, % (мае.), не более — 0,003 0,002 Содержание воздуха, % (объем.), не более — — 0,10 Код ОКП 2412 4901 0004 2412 4902 0001 2412 4901 0005 Фактические значения по литературным данным Плотность, кг/м3 1634 при 30 °C 1576 при 20 °C 1456 при 25 °C Температура кипения, °C 90—100 47,6 3,6 Температура плавления,°C —23,8 —35 —94 Теплопроводность, Вт/(м-°С) 0,075 0,07 0,07 Вязкость, сПз 1,21 при 25 °C 0,68 при 25 °C 0,356 при 30 °C Поверхностное натяжение, кН/м 23 при 30 °C 19,6 при 20 °C — Uпр при 60 Гц и 25 °C, кВ; жидкости 32 31 49 пара при 0,10 МПа — 28 25 tg 6 при 100 Гц и 25 °C 0,0002 0,0001 0,00001 р при 25 °C, Ом-м 1013 1014 1014—1015 при 0сС ег при 100 Гц и 25 °C 2,52 2,41 2,26 Примечание. Значения tg 6, р—по данным Brock С М.. Coyner Е. С. «Proc. 6-th Electrical lnsii!a!ion Cont., 1965. с. 241—250: все остальные фактические значения—по данным В. Ф. Томановской, Б. Е. Колотовой «Фреоны, свойства и применение». М., 1970, с. 68—98.
§ 4.8 Диэлектрики на основе синтетических углеводородов 89 напряжением' 65—77 кВ, мощностью 25— 40 МВ-А. ХФОСЖ и ФОСЖ малогигроскопичны. Од- нако при продолжительной выдержке в атмос- фере повышенной влажности их электрическая прочность снижается. Для хладонов характерна хорошая совмес- тимость с большинством материалов, применя- емых в электротехнических изделиях. В хладонах значительно набухают иитрил- кремнийорганические и кремнийорганические резины, натуральный каучук, буна и бутилкау- чук. Непригодными являются лаки на масля- ной основе. Хладоны отличаются уникальными тепло- передающими свойствами, что обусловлено вы- сокими значениями теплоты их парообразова- ния. Хладоны являются негорючими жидкостя- ми, а смесь паров хладонов с воздухом взры- вобезопасна. Хладоны признаны нетоксичными соедине- ниями, однако в помещении, заполненном пара- ми хладона, при достаточной их концентрации наступает смерть теплокровных животных от удушья, вызванного, по-видимому, недостатком кислорода. 4,7. ЖИДКИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ НА ОСНОВЕ СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ. КАСТОРОВОЕ МАСЛО Жидкие сложные эфиры представляет со- бой широкую группу продуктов химической промышленности с весьма разнообразными свойствами, необходимыми для электрической изоляции конденсаторов. Их применение воз- росло после повышения гидролитической устой- чивости с помощью эпоксидных соединений. В СССР, как и за рубежом, проводятся работы по применению разных сложных эфи- ров в производстве конденсаторов. До сих пор для производства конденсаторов применяют сложный эфир природного происхождения — касторовое масло. Касторовое масло — триглицерид рицино- левой кислоты до сего времени является не- заменимым пропитывающим веществом для импульсных конденсаторов. Несмотря на труд- ность очистки, неоднородность свойств и не- возможность достижения достаточно малых значений tg 6, его так же используют и в пле- ночных конденсаторах переменного тока низко- го напряжения. Касторовое масло получают из семян клещевины. В качестве жидкого диэлектрика использу- ют высокоочищенные бразильское, индийское и отечественное (ГОСТ 18102-72) медицинские касторовые масла и техническое касторовое масло по ГОСТ 6757-73. В отечественной про- мышленности используют касторовое масло всех сортов, но в основном техническое по ГОСТ 6757-73, получаемое методом экстракции. Важным показателем качества касторового масла является кислотное число, которое пе- ред заливкой в конденсаторы не должно пре- вышать 0,3 мг КОН на 1 г. Наличие в касторовом масле растворенных кислот способствует быстрому его старению и разрушению. Причинами их появления в масле могут быть некоторые адсорбенты (бентонит, асканит), используемые при технологической очистке, которые, например бентонит, к тому же избирательно адсорбируют естественные ан- тиокислители касторового масла, что также не- желательно. При выборе технологического режима под- готовки касторового масла перед пропиткой им конденсаторной изоляции следует иметь в ви- ду, что при давлении ниже 80 Па и 120 °C оно разрушается, что оно легко окисляется кисло- родом воздуха, в связи с чем необходимо ис- ключать возможность контакта масла с воз- духом. Очистку касторового масла в конденса- торном производстве производят адсорбентами: отбеливающими землями, силикагелем, активи- рованным углем. Касторовое масло увеличивает срок служ- бы пропитанных им конденсаторов за счет вы- сокой способности к газопоглощению в усло- виях воздействия частичных разрядов, сопро- вождающихся уплотнением молекул. Продукты уплотнения масла тонкой пленкой покрывают обкладки и резко увеличивают срок службы. Параметры касторового масла по ГОСТ 18102-72: плотность 948—968 кг/м3, кинемати- ческая вязкость: (130—134) • 10-в м2/с при 50 °C, (20—25)-Ю-6 м2/с при 90 °C; температу- ра застывания —15ч—17 °C, ег = 4 = 4,5 при 20 °C, tg 6 = 0,01 = 0,03 при 20 °C. Жидкие диэлектрики — смеси сложных эфиров — нашли широкое применение за ру- бежом в производстве бумажных конденсато- ров вместо хлордифенилов, чему способствова- ло большое значение ег В СССР сложные эфи- ры под маркой ДОФ выпускают в больших количествах для других целей. Для использо- вания в производстве конденсаторов они тре- буют известной технологической доработки для достижения стабильности электрических пока- зателей. Сейчас у нас применяют импортные сложные эфиры, в частности марки Миксо- флекс-1000 (Mixoflex-ЮОО) французской фирмы «Проделек» (Prodelec), имеющие температуру застывания —41 °C, ег при 20 °C 5,3 и tg 6 0,05. 4.8. ЖИДКИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ НА ОСНОВЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ Жидкие диэлектрики на основе синтетиче- ских углеводородов получают: а) путем поли- меризации непредельных углеводородов (целе- вой продукт — полибутены, полиизобутилены, полипропилены); б) путем алкилирования аро- матических углеводородов (целевой продукт — алкилбензолы и др.) и в некоторых случаях последующей их гидрогенизацией. Для этих ди- электриков характерны низкий tg 6 и высокая стойкость в электрическом поле. Высокой стабильностью и хорошими элек- трофизическими параметрами отличаются со- единения на основе продуктов гидрогенизации алкилбензолов, трифенилов. Материалы этого типа нашли применение за рубежом и в СССР. Положительные результаты для бумажных, бумажно-пленочных и пленочных конденсато- ров получены в СССР с этиловыми производ- ными дифенила. Они химически стабильны, не- токсичны, обладают повышенной электрической прочностью и стабильностью в электрическом поле, малой вязкостью, низкой температурой застывания, высокой газостойкостью, стабиль- ностью электрических параметров в диапазоне
90 Жидкие дизлектрики Разд. 4 температур от —60 до + 125 °C. Благодаря ма- лой вязкости этиловые производные дифенила легко проникают в зазоры между обкладками и твердым диэлектриком, лучше пропитывают бумажный диэлектрик, позволяют увеличить рабочий градиент и срок службы, улучшить удельные параметры силовых конденсаторов. Сравнительные ресурсные испытания напря- женностью 40 МВ/м (действующее значение) при температуре окружающей среды 70 °C по- казали, что срок службы бумажных силовых конденсаторов, пропитанных этиловыми произ- водными дифенила, в 20 раз выше, чем при пропитке октолом (см. ниже). При сравнитель- ных ресурсных испытаниях при 33 МВ/м пле- ночных полиэтилентерефталатных конденсато- ров через 3000 ч отказало 17 % пропитанных конденсаторным маслом и ни одного, пропи- танного этиловым производным дифенила. Полибутены — экологически безопасные, практически нетоксичные, биоразлагаемые, про- зрачные, светлые жидкости с широким диапа- зоном плотности и вязкости, обладающие ма- лым tg б, высокой стабильностью в электриче- ском поле, рабочей температурой 130 °C, хоро- шо смешиваются с нефтяными маслами. В СССР разработаны конденсаторные по- либутены: октол (ГОСТ 12869-77) и полибутен СК (табл. 4.15). Полиизобутнлены используют в чистом виде и в смеси с нефтяными масла- ми: до 0,2—20 % трихлорбензола (для повы- шения в,, снижения вязкости и температуры застывания), до 0,01—10 °/о цнклогексиламина для связывания продуктов разложения поли- бутиленов в эксплуатации, до 0,05—15 % бути- лированного окситолуола для улучшения стой- кости против окисления. Полибутен СК по- лучают из отхода при производстве синтетиче- ского каучука на основе дивинила. Октол по- лучают полимеризацией фракции крекинг-газа, образующегося в виде отхода при переработке нефти и содержащего изобутилен н нормаль- ный бутилен. Полибутен СК и октол являются более дешевыми продуктами, чем чистый полиизобу- тилен. Их термоокислительная стабильность достаточно высока: после прогрева в течение 250 ч при 125 °C в закрытом сосуде их кис- лотное число и удельное объемное сопротивле- ние ухудшились менее чем на 10 %, а после испытания в течение 400 ч в кислороде в при- сутствии электролитической меди tg б возрос примерно до 0,02, кислотность и цвет сущест- венно ие изменились, осадка и заметных изме- нений на поверхности меди не обнаружено. При испытании в данных условиях даже ста- билизированные нефтяные масла сильно тем- неют, их электроизоляционные свойства ката- строфически ухудшаются, а находящиеся в них медные кольца тускнеют. У пропитанных полибутеном фольговых бу- мажных конденсаторов переменного тока срок службы в 1,8—2,3 раза выше по сравнению с такими же конденсаторами, пропитанными кон- денсаторным нефтяным маслом повышенной га- зостойкости. Применение октола в смеси с ва- зелином для металлизированных цинком бу- мажных конденсаторов позволило увеличить срок службы в 20—40 раз по сравнению с раз- личными конденсаторными и трансформаторны- ми маслами. Некоторые сорта полибутенов имеют по- ниженную температуру вспышки из-за содер- жания легколетучих компонентов. В октоле содержится до 2 % компонентов, выкипающих при остаточном давлении 26 Па и 130 °C. Не- которые товарные полибутены имеют повышен- ное результирующее газовыделение при испы- тании в исходной атмосфере воздуха. Очист- ка от легколетучих примесей приводит к суще- ственному улучшению газостойкости и получе- нию высокогазостойкой жидкости во всех ха- рактерных областях кривой газостойкости при испытании в исходной атмосфере воздуха. С ростом температуры газостойкость полибу- теиа СК снижается, а октола — увеличивает- ся соответственно с их различиями в вязкос- ти. Пропитанные полибутеном силовые конден- саторы характеризуются резко увеличенным сроком службы в эксплуатации по сравиеиию с пропиткой нефтяным конденсаторным мас- лом. Взаимодействие продуктов разложения пропитывающих веществ с металлическими об- кладками оказывает большое влияние на газо- стойкость и соответственно на срок службы силовых конденсаторов. Высокая термоокисли- тельная стабильность полнбутена, незначитель- Таблица 4.15. Основные физико-химические показатели конденсаторных полибутенов Марка полибутена Средняя мо- лекулярная масса Плот- ность. кг/мя Кинематичес- кая вязкость, 10—6 м2/с Температура, °C ег при 20 °C tg б прн 20 °C засты- вания ВСПЫШ- КИ Октол, ГОСТ 12869-77 Опытно-промышленные партии (СССР): 400—800 860—875 300 (30 °C) — 12 165 2,3 1,3-10—3 полибутеи СК 300—400 836 22,05 (20 °C) —40 138 2,2 10—* полибутен 300—500 — 100—2000 (38 °C) — — 2,1 10—4 Полнизобутилен КФ ВНИИНП* 340 838 6,4 (100 °C) —42 168 2,1 10—5 Куйбышевский филиал ВНИИнефтепереработкн.
§ 5.1 Общие сведения 91 ное выделение кислых продуктов разложения, особо опасных для взаимодействия с обкладка- ми, сопровождающегося дополнительнйм газо- выделением из пропитывающего вещества, спо- собствует резкому увеличению срока службы конденсаторов с металлизированными обклад- ками, например по сравнению с пропиткой обычными нефтяными маслами это увеличение составляет два порядка. В пропитанных металлизированных и раз- личного типа пленочных и бумажно-пленочных конденсаторах широко используются полибу- тены. В пленочных конденсаторах применяют полибутен с молекулярной массой от 300 до 500, полибутен, стабилизированный циклогек- силамииами, и его смеси с нефтяными масла- ми и синтетическими олефинами. Такие же по- либутены в ряде случаев применяют в силовых конденсаторах на рабочую частоту от 2 до 10 кГц. Полибутены за рубежом стали приме- нять вместо хлордифенилов. В бумажных металлизированных конденса- торах низкого напряжения используют полибу- тены с молекулярной масой от 300 до 800 и даже до 1600, например октол и его смеси с нефтяным маслом. Как исключительно высокогазостойкое син- тетическое углеводородное пропитывающее ве- щество известен додецилбензол, вначале на- шедший применение для пропитки маслонапол- ненных кабелей с полой жилой. При пропитке силовых конденсаторов он обеспечивал даже лучшие характеристики частичных разрядов, чем при пропитке ПХД, но не нашел приме- нения вследствие меньшей в 2 раза ег. Внед- рение бумажно-пленочного и чисто пленочного диэлектрика обеспечило возможность настолько большого увеличения рабочих напряженностей электрического поля, что значение е, в пропи- танном диэлектрике стало менее важным па- раметром. Поэтому додецилбензол стал при- меняться для пропитки силовых конденсаторов высокого напряжения как в чистом виде, так и в смеси с диоктилфталатом и хлорбензолом для увеличения ет. Широко применяются синтетические угле- водородные ароматические масла ряда диари- лалкана, например фенилксилИлэтан (РХЕ за рубежом и ФКЭ в СССР). В СССР эти мате- риалы известны под марками Азнефтехим-3 и ФКЭ (ВНИИНП). Они обладают высокими га- зостойкостью и стабильностью, экологически безопасны, обеспечивают лучшие характеристи- ки частичных разрядов, стойки к перенапряже- ниям, и имеют большой срок службы, но имеют несколько меньшую Еар силовых конденсато- ров по сравнению с пропиткой ТХД, нефтяным маслом и алкилбензолом. Вследствие недостаточно высокой термо- окислительной стойкости фенилксилилэтан ста- билизируют обычными антиокислительными присадками, например ионолом, храня под азотной защитой. За рубежом для пропитки пленочных си- ловых конденсаторов нашел применение изо- пропилдифенил. Эта жидкость экологически безопасна; пропитанные ею конденсаторы об- ладают хорошими свойствами. Синтетические ароматические углеводород- ные жидкости применяют в трансформаторах и конденсаторах, предназначенных для экс- плуатации в пожароопасных условиях, по- скольку ПХД во многих странах запрещены, а применяемые вместо них кремнийорганиче- ские жидкости, в частности диметилсилоксан, дороги и не распадаются в окружающей среде, хотя и не являются токсичными. Новые синте- тические алкилароматические жидкости для этих целей хотя и горючи, но имеют повы- шенную температуру воспламенения (свыше 300°C), низкую температуру замерзания и вы- сокую газопоглощающую способность в элек- трическом поле, достаточно дешевы и не ток- сичны, биоразлагаются в окружающей среде. Список литературы 4.1. Липштейн Р. А., Шахнович М. И. Трансфор- маторное масло. Мд Энергоатомиздат, 1983. 351 с. 4.2. Варшавский Д. С. Пути повышения стабиль- ности конденсаторных масел в электрическом поле. М.: Информэлектро, 1967. 52 с. 4.3. Шахнович М. И. Жидкие диэлектрики. — В кн.: Справочник по электротехническим материалам. 2-е изд. Т. 1, разд. 3. М.; Энергия, 1974. 584 с. 4.4. Силовые электрические конденсаторы/Г. С. Кучинский, Н. И. Назаров, Г. Т. Назарова, И. Ф. Переселенцев. М.: Энергия, 1975. 248 с. 4.5. Варшавский Д. С. Электрическая прочность и срок службы силовых конденсаторов переменного тока. М.: Информэлектро, 1975. 81 с. 4.6. Сборник стандартов США по испытанию электроизоляционных материалов/Пер. с англ.; Под ред. Н. В. Александрова. М.: Энергия, 1979. 344 с. 4.7. Варшавский Д. С. Силовые конденсаторы./ Под ред. Б. М. Тареева. М.: ВИНИТИ, 1980. 128 с. 4.8. Шахнович М. И. Синтетические жидкости для электрических аппаратов. М.: Энергия, 1972. 200 с. РАЗДЕЛ 5 ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ПОЛИМЕРЫ К. С. Сидоренко, Э. 3. Аснович, Ю. К. Петрашко, Э. И. Хофбауэр 5.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ В этом разделе представлены основные ор- ганические и кремнийоргаиические полимеры, находящие применение в электротехнической промышленности СССР и за рубежом, за ис- ключением эластомеров (см. разд. 17). О не- органических полимерах — см. разд. 10. Полимеры имеют очень большое значение в производстве многих изделий электротехни-
92 Электроизоляционные полимеры Разд. 5 ческой, электронной, радиотехнической и мно- гих других отраслей! промышленности. Они при- меняются для электрической изоляции непо- средственно, например полистирол, полиэтилен, поливинилхлорид, или служат для изготовле- ния многочисленных электроизоляционных ма- териалов— слоистых пластиков, резин, пласти- ческих масс, композиционных слюдосодержа- щих материалов и пр. Основные определения и классификация. Полимером называется вещество, характери- зующееся многократным повторением одного или нескольких составных звеньев, соединен- ных между собой в количестве, достаточном для проявления комплекса свойств, который остается практически неизменным прн добав- лении или удалении одного или нескольких со- ставных звеньев. Полимеры получают из мо- номеров, которыми являются вещества, каж- дая молекула которых способна образовывать одно или несколько составных или повторяю- щихся составных звеньев. В отличие от поли- меров олигомерами являются вещества, моле- кулы которых содержат составные звенья, со- единенные повторяющимся образом друг с другом, комплекс свойств которых изменяется прн добавлении или удалении одного или не- скольких составных звеньев (см. ГОСТ 24881- 81 «Пластмассы, полимеры и синтетические смолы. Химические наименование, термины и определения»). В отличие от низкомолекулярных мономе- ров, характеризующихся постоянной молеку- лярной массой М, макромолекулы одного и того же высокомолекулярного соединения (ВМС) могут иметь различные М. Это свойст- во называется полидисперсностью. Полиднс- персность полимеров обусловлена статистиче- скими закономерностями реакций их образова- ния. Когда говорят о М полимера, имеют в ви- ду его среднюю молекулярную массу М. Для того чтобы полностью охарактеризо- вать полимер, необходимо знать его М и рас- пределение по М отдельных макромолекул дан- ного полимера, т. е. молекулярно-массовое рас- пределение (ММР). Существуют различные ме- тоды определения М. К ним относятся свето- рассеяние. вискозиметрия, ультрацентрифуги- рование, седиментация н др. Определенные раз- личными методами М полимеров, как прави- ло, не совпадают. Некоторые методы мало чув- ствительны к молекулам большого размера, тогда как другими методами плохо определя- ются _неболыпие молекулы. К наиболее важ- ным М относятся среднечнсловая молекуляр- ная ма£Са Мп и среднемассовая молекулярная масса Л4Ю. Первая из них более чувствительна к низкомолекулярным фракциям, вторая — к высокомолекулярным. Отношение Мш/М„ за- висит от ширины кривой ММР и часто приме- няется в качестве критерия полндисперсности полимера. Для всех реальных полимеров это отношение всегда больше единицы и возраста- ет с увеличением полидисперсности. Полимеры, макромолекулы которых содер- жат несколько типов элементарных звеньев, называются сополимерами. По химическому строению сополимеры (СПЛ) подразделяются на следующие основные типы (А и В — элемен- тарные звенья): статистические —А—В—А—В—В—А—А— —А—В—А— чередующиеся —А—В—А—В—А—В —А— —В—А—В— блок СПЛ — А—А—А—В—В—В—А—А— —А—В—В—В—В— привитые СПЛ —А—А—А—А—А—А—А— В—-В—В—В— В—В—В—В— и др. Содержание звеньев каждого из мономеров в СПЛ определяется соотношением мономеров и их реакционной способностью. Сополимеры обнаруживают свойства совсем иные, чем свой- ства смесей индивидуальных полимеров (гомо- полимеров). Большое техническое значение СПЛ обусловлено возможностью получения не- ограниченного разнообразия свойств продуктов посредством выбора тех или иных исходных мономеров и их количественных соотношений. По структуре макромолекул (табл. 5.1) полимеры делятся на три основные группы— линейные, разветвленные и сшитые (сетчатые, трехмерные). Макромолекулы линейных полимеров по- строены из мономерных звеньев одного или разных типов, соединенных регулярно или не- регулярно химическими связями в длинные це- пи. Длина таких цепей обычно составляет 102— 104 нм при поперечнике 0,3—0,75 нм. Приме- ром линейных полимеров могут служить нату- ральный каучук, регулярный полиэтилен, си- локсановые (кремнийорганнческие) каучуки н др. Линейные полимеры, в которых атомы главной цепи с различными заместителями (обычно атомами углерода) чередуются беспо- рядочно, называются атактическими. Если же заместители расположены в регулярной после- довательности по отношению к главной цепи, полимеры называются стереорегулярными, в частности изотактическими (расположение заместителей по одну сторону главной цепи) или синдиотактическими (попеременное распо- ложение заместителей относительно главной цепи). У разветвленных макромолекул ветви мо- гут иметь длину того же порядка, что н основ- ная цепь (длннноцепные ветвления), или состо- ять лишь из нескольких повторяющихся звень- ев (короткоцепные ветвления). Разветвленные макромолекулы являются промежуточной фор- мой между линейными и сшитыми. Примерами разветвленных макромолекул являются поли- этилен, полученный при высоком давлении, при- витые СПЛ и др. Сшитые полимеры получаются при образо- вании поперечных связен между макромолеку- лами в процессах полимеризации или поликон- денсации, под действием химических агентов (вулканизация, отверждение) или ионизирую- щих излучений и других воздействий на зара- нее синтезированные линейные или разветвлен- ные полимеры, или олигомеры, или на соответ- ствующие мономеры, если они содержат более двух функциональных групп (см. с. 95) в од- ной молекуле, или на смеси указанных соеди- нений. По мере развития процесса структури- рования в него вовлекается все большее число цепей и на определенном этапе исчезает грань между макромолекулой и макроскопическим телом. Для сшитых полимеров понятия «моле-
§ 5.1 Общие сведения 93 Таблица 5.1. Схемы некоторых макромолекулярных конфигураций полимеров Тип макромолекулы Тип конфигурации или характер стереоизомерии Схема' Линейные макромолеку- лы: с повторяющимся звеном —СНг— —СНХ— с повторяющимся звеном2 —СНХ— —CHY с повторяющимся звенОхМ 1111 —с-с=с—с— I I Циклолинейные макро- молекулы3 Двухтяжевые макромо- лекулы Разветвленные макро- молекулы Сетчатые макромолеку- лы Атактический Изотактический Синдиотактический Диизотактический Дисиндиотактический Чис-изомер транс-изомер Циклолинейный Кардовый Лестничный Спироциклический С короткоцепиыми ветвления- ми С длннноцепными ветвления- ми: Статистический Гребневидный Звездообразный Плоский сетчатый (двухмер- ный аналог лестничных; Пространственно-сетч г тый (сшитый): статистический упорядоченный Вулканизационные сетки и т. д. Трехмерный аналог лестнич- ных или аналог кристалличес- кой решетки 1 Для виниловых полимеров предполагается, что плоскость хребта цепи расположена плоскости чертежа z Пунктиром обозначены заместители в (3-положении. 1 Полимеры тина полистирола, имеющие циклы в заместителях, относятся к линейным. перпендикулярно
94 Электроизоляционные полимеры Разд. 5 куда» и Л4 утрачивают смысл. Примерами сши- тых полимеров могут служить отвержденные фенолоальдегидные смолы, вулканизаты каучу- ков и др. Для них разработаны специальные способы переработки. По химическому составу полимеры делят- ся на три большие группы: 1) органические полимеры, содержащие в своем составе атомы углерода, водорода илн водорода, замещенного галогенами, и, кроме, того, кислорода, азота и других органогенных элементов; 2) элементоорганические полимеры, содер- жащие в своем составе наряду с органогенны- ми другие, неоргаиогенные элементы (кремний, алюминий, титан и пр.); 3) неорганические полимеры, ие содержа- щие в своем составе одновременно атомов уг- лерода и водорода или водорода, замещенного галогенами. В данном разделе Справочника полимеры систематизированы по этой классификации, причем из элементоорганических полимеров представлены лишь кремнийорганические, по- скольку прочие элементоорганические полимеры не нашли пока самостоятельного применения в электроизоляционной технике. В зависимости от химического состава ос- новной цепи полимеры делятся на гомоцепные и гетероцепные. В гетероцепных полимерах основная цепь построена из разных атомов, например из уг- лерода и кислорода, углерода и азота, кремния и кислорода и т. п. К органическим гетеро- цепным полимерам относятся некоторые при- родные — целлюлоза, лигнин и др.; синтетиче- ские — полиамиды, полиэфиры, полиуретаны, полиорганосилоксаны и многие другие. В гомоцепных полимерах основная цепь построена из одинаковых атомов, например из атомов углерода (в карбоцепных полимерах}. Из природных органических полимеров к кар- боцепным относятся натуральный каучук, гут- таперча и др., из синтетических полимеров — все высокомолекулярные предельные, непре- дельные и ароматические углеводороды и их производные (полиэтилен, поливинилхлорид, полиметилметакрилат и др.). Получившие общее название смол некото- рые природные вещества, такие как янтарь, шеллак, копалы, канифоль были известны еще с древних времен. Первые синтетические поли- меры и олигомеры (фенолоформальдегидные, карбамидоформ альдегидные, полиэфирные) бы- ли получены в начале XX в. и также были на- званы смолами, так как по своим внешним признакам они похожи на природные смолы. Впоследствии выяснилось, что почти все при- родные смолы являются не полимерами, а сме- сями низкомолекулярных веществ. Однако в практике и технической литературе, включая стандарты, за рядом синтетических олигомер- ных продуктов, например феноло-, крезоло-, карбамиде-, меламиноформальдегидными, глиф- талевыми, эпоксидными и др., имеющими сход- ство с природными смолами, еще сохранилось название «смолы». Методы получения синтетических полиме- ров. Исходными соединениями для синтеза по- лимеров являются низкомолекулярные соедине- ния — мономеры или олигомеры. В последние годы все большее практиче- ское значение приобретают реакционноспособ- ные олигомеры, способные к образованию вы- сокомолекулярных или сшитых полимеров. Примерами могут служить фенолоформальде- гидные, эпоксидные смолы, олнгоэфиракрила- ты, низкомолекулярные каучуки и др. При по- лучении полимеров применяют и другие соеди- нения: инициаторы, катализаторы, растворите- ли н т. п. Строение мономеров и олигомеров н их реакционная способность играют большую роль в процессах синтеза полимеров. Для об- разования полимерной цепи необходимо, чтобы каждая молекула исходного соединения про- реагировала по крайней мере в двух местах, двумя реакционными центрами. Синтез из низкомолекулярных соединений заключается в превращении молекул исходных соединений в макромолекулы полимера, в ре- зультате чего получаются продукты с различ- ной степенью полимеризации или поликонден- сации. Степень полимеризации (поликонденса- ции) п непосредственно связана с М повторя- ющегося составного звена; ^полимера = — «^повторяющегося составного звена' Существуют два основных метода синте- за полимеров из низкомолекулярных соедине- ний: полимеризация и поликонденсация. Все остальные способы синтеза, например поли- присоединение, поликоординация, полирекомби- нация и др., являются разновидностями (иног- да весьма своеобразными) этих двух. Известно, также получение полимеров из высокомолеку- лярных соединений путем полимераналогичных превращений. По своему механизму полимеризация и по- ликонденсация представляют собой два совер- шенно различных процесса. Полимеризация — процесс образования ма- кромолекул по цепному механизму путем по- следовательного присоединения п молекул мо- номера (Ми) к реакционным (активным) цент- рам, находящимся иа концах растущих цепей. Общую схему полимеризации можно за- писать в виде [—Мн—]п + Мн -> [—Мн—]п+1. Элементарный состав образующихся мак- ромолекул (без учета концевых групп), как правило, не отличается от состава мономера. В полимеризацию вступают мономеры, содер- жащие кратные связи С = С, С = О, С=С, Cs.N, N = C = 0 и др. (ацетилен, ванильные, акрильные, аллильные, дивинильные и подоб- ные им ненасыщенные соединения, альдегиды, нитрилы, изоцианаты и др.), нли способные раскрываться циклические группировки (оки- си олефинов, лактоны, лактамы, цнклосилокса- ны и др.). Полимеризацию дифункциональных мономеров (содержащих только одну кратную связь или цикл) называют линейной, полимери- зацию трех- и более фунциональных мономе- ров — трехмерной (образуются соответственно линейные и сшитые полимеры). По числу уча- ствующих в реакции мономеров различают го- мополимернзацию (только один мономер) и со- полимеризацию (два и более мономеров).
§ 5.1. Общие сведения 95 В зависимости от природы активного цент- ра выделяют радикальную полимеризацию (ак- тивный центр — свободный радикал) и ионную полимеризацию (нон, ионная пара или поляри- зованная молекула). Важная разновидность полимеризации — стереоспецифическая полиме- ризация, при которой образуются полимеры с высокой степенью упорядоченности пространст- венного строения. Полимеризация — цепная реакция, при ко- торой развитие кинетической цепи сопровожда- ется ростом материальной цепи макромолеку- лы, включает следующие кинетически связан- ные стадии: 1) инициирование — превращение небольшой доли мономера в активные центры в результате взаимодействия с инициаторами или катализаторами либо под действием иони- зирующего излучения, электрического тока или света; 2) рост цепи — присоединение молекул мономера к активному центру; 3) обрыв це- пи — дезактивация активного центра при взаи- модействии с другим активным центром, дру- гим веществом или вследствие мономолекуляр- ных превращений; 4) передача цепи — переход активного центра на какую-либо другую части- цу, например мономер, полимер, растворитель. В некоторых случаях передача цепи приводит к образованию устойчивых частиц, не присо- единяющих мономер (ингибирование полимери- зации). Первые две стадии осуществляются всегда, тогда как обрыв и передача цепи в ря- де случаев могут отсутствовать (живущие по- лимеры). Обычно полимеры, полученные полимери- зацией, имеют очень высокую М, однако при необходимости ее можно регулировать, вводя в реакционную систему специальные добавки (телогены) или используя специально подоб- ранные растворители. Такая полимеризация называется теломеризацией. Теломеризация позволяет получать многие практически важ- ные продукты олигомерного типа, например жидкие бутадиеновые нли изопреновые каучу- ки и др. Методом попимеризации получают около трех четвертей общего мирового выпуска син- тетических полимеров. В технике применяют несколько способов полимеризации. 1. Блочная полимеризация (полимеризация в массе) ведется в конденсированной фазе в от- сутствие инертного растворителя. Конечный продукт — монолит (блок), имеющий форму ре- акционного сосуда. 2. Полимеризация в растворе ведется ли- бо в жидкости, растворяющей и мономер и об- разующийся полимер («лаковый способ»), либо в среде, растворяющей только мономер. В по- следнем случае образующийся полимер выпа- дает из раствора и может быть отделен филь- трованием. Полимеризация в растворе может быть низко- или высокотемпературной. 3. Эмульсионная полимеризация ведется в жидкой среде, обычно в воде, не растворяющей или плохо растворяющей мономер и не раство- ряющей образующийся полимер. Метод дает возможность получать высокомолекулярные ли- нейные или сшитые полимеры в виде порошка или пленок. 4. Суспензионную (бисерную) полимериза- цию проводят, диспергируя мономер в виде капель размером 10-2—10~‘ мм в нераство- ряющей нлн плохо растворяющей среде (обычно в воде). В отличие от эмульсионной полимеризации в суспензионной используют инициаторы, растворимые в мономере. Поэто- му полимеризацию в каждой капле мо.жно рассматривать как блочную. Полимер получа- ют в виде гранул, удобных для дальнейшей переработки. i 5. Полимеризация в газовой фазе на гете- рогенных катализаторах применяется при про- изводстве высокополимеров из газообразных мономеров, например полиэтилена из этилена. 6. Твердофазная полимеризация кристал- лических или стеклообразных полимеров про- водится под действием ионизирующих излуче- ний, света или механических воздействий. Поликонденсация — ступенчатый процесс образования макромолекул путем взаимодей- ствия друг с другом реакционных центров всех реагентов системы. Общую схему поликонденсации можно за- писать в виде [-Мн-]П1 + [-Ми-]„г -» [-Мн-]„1+п21 где [—Мн—] и [—Мн——олигомеры или макромолекулы, содержащие в своей цепи илн Пг мономерных остатков. Эта схема учитывает также и начало про- цесса с участием мономеров: Мн + Мн Мн2; Мн2 + Мн -> Мн3. В большинстве случаев процесс поликон- денсации сопровождается отщеплением низко- молекулярных соединений (вода, аммиак, га- логенводороды, спирт и др.) в результате взаи- модействия функциональных групп 1 исходных соединений, поэтому для него характерно не- совпадение элементарного состана мономеров и получаемых на их основе полимеров. Наиболее широко в практике поликонден- сационного синтеза применяются мономеры с группами —ОН, —NH2, —СООН. Есть функцио- нальные группы, при взаимодействии которых с некоторыми другими группами не происходит образование «побочного» низкомолекулярного продукта. К таким группам относятся изоциа- натная —NCO, эпоксидная — С — С — Ч/ и винильная —СН=СН2 (обычно мономеры с винильной группой применяются в полнмери- зацнонном синтезе, но она может участвовать и в процессе поликонденсации, например, при взаимодействии с дитиолами, содержащими меркаптогруппы SH, или с соединениями, име- ющими группы SiH). Поликонденсация протекает как в присут- ствии, так и в отсутствие катализатора. Поли- конденсацию дифункциональных мономеров на- зывают линейной, поликонденсации мономеров 1 Функциональная группа — это часть молекулы мономера (нли олигомера, полимера), определяющая его принадлежность к тому или иному классу соеди- нений, имеющая характерную реакционную способ- ность и определяющая поведение мономера в хими- ческих реакциях.
96 Электроизоляционные полимеры Разд. 5 Таблица 5.2. Основные классы поликонденсациоиных полимеров и некоторые реакции их образования Тип полимера Реакция получения Сложные эфиры полн- Простые полиэфи- ры Полиамиды Полиуретаны Полнмочевины Полиангндриды Полиуглеводоро- ды Ароматические полнсульфоны Полисульфиды Полиацетали Фенолоальде- гидные смолы Карбамндофор- мальдегидные смолы 1. —СОХ + НОС-> —СО—О—С-Н НХ, I I где Х = —ОН, —OR, —Cl \ / - I О он, 1. —ОН + X—С— -> —О—С—, где X = —ОН, —С1 I । 2. —R^O -* — О—R— I I 1. —NH2 + ХОС->— NH—СО— 4-НХ, где X = — ОН, —OR, —Cl 2, R—СО—NH -* — R—CO—NH— 3. —NCO + HOOC — -> — NH—CO— -f-CO2 1. —NCO + HO-> —NH—CO—O— 2. —NH—CO—OCeH5 + —OH - —NH-CO—O- + CeH5OH —NCO + H2N— -* — NH—CO—NH— —COOH + HOOC — -* —CO—O—CO— + H2O I | Na | | 1. —CC1 + C1C-c—c— I I -Nacl I I I I II 2. —CC1 + HC— -* — С—С— + HC1 I III 3. —CH + HO—C——C—C—+H2o I III —R—ONa + Cl—R'—SO2— -> — R—О—R'-SO2— + NaCl Cl—R—C1 + Na2Sm — R— Sm— -f- NaCl О II —CH—CH2—CH—CH2— + R—C-- —CH—CH2—CH—CH2— I I 1 — H2o I | OH OH H O-CH-0 R OH OH OH о 11 h2n—co—nh2 + HC -> H —NH—CO—N—CH2— I CH2OH + H2O n
§ 5.1. Общие сведения 97 Продолжение табл. 5.2 Тип полимера Реакция получения Меламинофор- мальдегидные смолы о нгк-с^^с-ннг II I II + НС + нйо гг Полисилоксаны 1. —Si—ОН + НО—Si->- — Si—О—Si-f-H2O I. Ill 2. Si ONa-f-Cl—Si->—Si—О—Si J-NaCl I III I III 3. —Si—OX + Y—Si--< —Si—O—Si—|-XY, где X = — H, —R, —C—R; Y = — Cl, —OR, —C—R Полинмиды Полибензнмид- азолы, поли- бензоксазолы, полибензтиазо- лы Полиоксадиазо- лы .pc —R ocz где: R = —NH2 , —OH, —SEC X = —OH,—Cl,—OC6HS T = —JSH—,—O—s — —R— CO-NH-NHg + Cl—ОС—R--- -R— CO—NH—NH—ОС—R — с числом функциональных групп не менее трех — трехмерной (образуются соответственно линейные и сшитые полимеры). По числу уча- ствующих в реакции мономеров различают го- мополиконденсацию (участвует минимально возможное число типов мономеров — один нли два) и сополиконденсацию. Важная разновид- ность поликонденсации — полицнклоконденса- ция (полициклнзацня), при которой продукт линейной поликонденсации подвергается внут- римолекулярной циклизации (таким методом получают, например, полиимиды, полибензнми- дазолы и др.). При получении полимеров с высоким М по методу поликонденсации основную роль играют реакции олигомеров (н>1) между собой, так как мономеры исчерпываются уже на сравни- тельно ранних стадиях реакции. Высокомоле- кулярный полимер образуется обычно, при глубине превращения функциональных групп 4-232 (конверсии), близкой к 100 %. Прн поликонденсации М регулируют со- отношением исходных мономеров илн введени- ем монофункциональных соединений (конден- сационная теломернзация). Для поликонденсации характерно наличие обратных и обменных реакций (гидролиз, аци- долиз, аминолиз, эфиролиз, алкоголиз и др.). Если вклад этих реакций велик, поликонденса- цию называют равновесной (обратимой), в противном случае — неравновесной (необрати- мой). Методом поликонденсации получают поли- эфиры (например, полнэтилентерефталат), по- лиамиды, полиуретаны, поликарбонаты, поли- арилаты, полигетероарилены, феноло- н карба- мидоформальдегидные смолы и др. Некоторые типы полнконденсационных по- лимеров и реакций их получения приведены в табл. 5.2.
98 Электроизоляционные полимеры Разд. 5 В технике применяются различные методы поликонденсации. Линейную поликонденсацию проводят в расплаве, в растворе, в эмульсии, иа границе раздела фаз, а также в твердой фазе. 1. Поликонденсацию в расплаве осуществ- ляют обычно при 180—280 °C в атмосфере инертного газа. На конечной стадии в реак- торе создают вакуум, что позволяет достичь наиболее полного удаления выделяющихся низкомолекулярных соединений. Поликонденса- ция в расплаве — основной промышленный спо- соб линейной поликонденсации. Он использует- ся, например, при синтезе некоторых полиэфи- ров, полиамидов и других полимеров. 2. Поликонденсация в растворе широко применяется в промышленности для получения полимеров различных классов. Особенно ин- тенсивное развитие этот метод получил в по- следние годы в связи с необходимостью полу- чения высокомолекулярных или высокоплавких полимеров, которые невозможно синтезировать в расплаве. Этот метод применяется, например, при получении поликарбонатов, полнамидоими- дов и др. 3. Эмульсионная поликонденсация проте- кает в двухфазных системах, в которых реак- ционной зоной является одна нз фаз. В этом случае, несмотря на гетерогенность системы, поликонденсация проходит в капле одной из фаз как в растворе. Этим методом получают, например, ароматические полиамиды, полиэфи- ры, поликарбонаты. 4. Межфазная поликонденсация также протекает в гетерогенных двухфазных системах, однако процесс здесь идет не в объеме, а на поверхности: реакционная зона локализована на границе раздела фаз или вблизи нее. Этим методом получают те же полимеры, что и эмульсионной поликонденсацией. 5. Поликонденсация в твердой фазе про- водится путем нагревания тонконзмельченных и смешанных мономеров или олигомеров в те- чение длительного времени при повышенной температуре, но ниже температуры плавления образующегося полимера, а иногда и мономе- ра, обычно при 150—400 °C. Твердофазные про- цессы распространены в химии и технологии неорганических полимеров (керамика, огнеупо- ры). В некоторых случаях твердофазная поли- конденсация протекает в твердых (илн почти твердых) смесях, которым придана форма бу- дущего изделия (реакционное формование). Твердофазной поликонденсацией и, в част- ности, реакционным формованием получают, например, некоторые гетероциклические не- плавкие и нерастворимые (хотя и линейные) высокотермостойкие полимеры, такие как по- лиимиды, полиоксадназолы, полибензимидазо- лы и до. с длительной температурой эксплуа- тации 250 °C и выше. Методы трехмерной поликонденсации опре- деляются тем, что конечный продукт реакции (сшитый полимер) не поддается безотходной переработке. Поэтому сшитый полимер и изде- лия, его содержащие, как правило, изготавли- вают, используя промежуточный олигомер (жидкий или плавкий), а переход в трехмерное состояние (отверждение) сопровождается ме- ханическим воздействием, обычно прессова- нием. Трехмерная поликонденсация часто исполь- зуется при получении многих электроизоляци- онных материалов, например при изготовлении и переработке препрегов на основе фенолофор- мальдегидных или эпоксидных смол, при изго- товлении изоляции типа «монолит» и др. Полимераналогичные превращения — хими- ческие реакции макромолекул с низкомолеку- лярными соединениями, в процессе которых из- меняется природа функциональных групп, свя- занных с основной цепью, но сохраняется дли- на и строение скелета основной цепи. Методом полимераиалогичных превраще- ний можно получить ценные полимеры, которые ие удается синтезировать из низкомолекуляр- ных соединений вследствие неустойчивости со- ответствующих мономеров или по другим при- чинам. Так, поливиниловый спирт можно полу- чить лишь гидролизом его эфиров, в частности поливиннлацетата. Продукты полимераиалогичных превраще- ний (прн конверсии меньше 100 %) представ- ляют собой СПЛ, построенные из непрореаги- ровавших и прореагировавших звеньев. Распре- деление этих звеньев в цепи СПЛ может зна- чительно отличаться от распределения звеньев в продуктах сополимеризации соответствую- ющих мономеров. Следовательно, при одинако- вом среднем составе свойства модифицирован- ных путем полимераиалогичных превращений полимеров и продуктов сополимеризации мо- гут быть существенно различными. Таким об- разом, эти превращения позволяют создавать многочисленные новые высокомолекулярные соединения н в широком диапазоне изменять свойства готовых полимеров. Ряд полимераиалогичных превращений на- шел широкое промышленное применение, на- пример прн получении простых и сложных эфиров целлюлозы, поливинилового спирта, хлорировании полиэтилена и поливинилхлори- да, а также поливинилацеталей для электро- изоляционных эмальлаков (см. разд. 6). Основные свойства полимеров. При оценке свойств и применении полимеров первостепен- ное значение имеет М. Именно высокой М (обычно 103—10е) обусловлены многие интерес- ные и часто уникальные свойства полимеров. Пока М относительно мала, все физические и химические свойства полимеров быстро изме- няются с ее увеличением. Однако по достиже- нии некоторого предела дальнейшее возраста- ние М перестает отражаться на этих свойствах. Такой предел быстрее всего достигается для агрегатных состояний (жидкий олигомер ста- новится воскообразным уже при п порядка 20—30), несколько медленнее — для химиче- ских свойств . (исчезает влияние концевых групп) и еще медленнее — для механических и релаксационных свойств ’. В зависимости от химического состава, строения макромолекул, М и ММР, плотности «сшивки», молекулярной симметрии, надмоле- кулярной структуры и т. д. свойства полимеров изменяются в широких пределах. 1 Многие свойстве полимеров, в частности меха- нические и электрические, имеют релаксационный характер, т. е. зависят от изменений состояния по- лимерных тел со временем, обусловленных установ- лением в них статистического равновесия после внеш- них воздействий.
f 5.1. Общие сведения 99 При комнатной температуре полимеры преимущественно твердые тела, реже — жидко- сти с большой вязкостью. Линейные и умеренно разветвленные поли- меры с достаточно высокой М, как правило, обладают специфическим комплексом физико- химических и механических свойств. Основные из этих свойств: 1) способность образовывать высокопрочные анизотропные ориентированные волокна или пленки; 2) способность давать большие, длительно развивающиеся обратимые деформации, характеризующиеся малыми зна- чениями модуля упругости; 3) растворимость в органических растворителях, проходящая через стадию набухания. Эти свойства целиком обусловлены боль- шой длиной и гибкостью их макромолекул, т. е. способностью макромолекул в широких преде- лах изменять свою форму (конформацию) за счет вращения образующих главную цепь звеньев относительно ординарных химических связей с сохранением валентных углов. При переходе от линейных и малоразветв- ленных полимеров к сильно разветвленным и, наконец, сшитым их специфические свойства постепенно утрачиваются. Макромолекулы по- степенно теряют гибкость и растворимость. Многие линейные и умеренно-разветвлен- ные полимеры способны плавиться при мно- гократном нагревании. Такие полимеры назы- ваются термопластичными (например, полисти- рол, полиэтилен и др.). Их химическая струк- тура закладывается уже при синтезе, а пере- работка сводится к переводу полимера при на- гревании в вязкотекучее состояние и под дав- лением приданию ему желаемой формы из- делия. Многие низкомолекулярные полимеры (главным образом поликонденсационные оли- гомеры, реже — полимеризацнонные) терморе- активны, т. е. способны отверждаться с обра- зованием неплавких и нерастворимых (сши- тых) продуктов. Отверждение термореактивных олигомеров (обычно прн нагревании) идет либо непосредственно, либо в присутствии специ- альных добавок (отвердителей, катализаторов, ускорителей и т. п.). Примерами таких олиго- меров могут служить резольные фенолофор- мальдегидные смолы, эпоксидные смолы, фор- полимеры дналлнлфталата и др. По степени отверждения термореактивные полимеры классифицируют на стадии А, В и С, причем в основу такой классификации положе- но отношение степени завершенности реакции р для данного полимера к степени завершенности реакции в точке гелеобразования 1 рк. Полимер в стадии А — это полимер, для которого р<рк, полимер в стадии В характеризуется тем, что система близка к точке гелеобразования рк, при р^>рк мы имеем дело с полимером в ста- дии С. Полимер в стадии А плавится и растворя- 1 В точке гелеобразования наблюдается образо- вание геля или нерастворимого полимера. (За точку гелеобразования принимается момент, в который реакционная система теряет текучесть.) Гель не растворим во всех растворителях при повышенных температурах, при которых еще не идет деструкция полимера. Гель соответствует образованию бесконеч- ной сетки, в которой макромолекулы соединены друг с другом в одну гигантскую трехмерную макромоле- кулу. 4* ется. Полимер в стадии В еще размягчается при нагревании, но растворяется уже очень пло- хо. Полимер в стадии С имеет сильно сшитую структуру, поэтому он не плавится при нагре- вании вплоть до температуры разложения и не растворяется. Обычно переработке подвергается полимер в стадии В, хотя в ряде случаев перерабатыва- ют н полимер в стадии А. В результате после- дующего отверждения полимер переходйт в стадию С. Жесткая сшитая структура обеспечивает высокую стабильность размеров и других ха- рактеристик таких полимеров в широких ин- тервалах условий эксплуатации. Линейные н разветвленные как аморфные, так и кристаллизующиеся полимеры могут на- ходиться в трех различных физических состоя- ниях: стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем; сшитые — в зависимости от час- тоты «сшивки» — в стеклообразном и высоко- эластическом нли только в стеклообразном. Обычно эти физические состояния выявля- ют по зависимости: деформация — температура (термомеханическим кривым) (рис. 5.1). Все этн три физических состояния соответ- ствуют одной и той же аморфной фазе. Их возникновение связано только с различием скоростей релаксационных процессов и вязкого течения, вследствие чего они не могут сосуще- ствовать в равновесии при одной и той же температуре. К числу важнейших свойств полимеров относятся нх тепловые переходы из одного фи- зического состояния в другое, характеризую- щиеся температурой стеклования Тот и темпе- ратурой текучести Т-, и переход из кристалли- ческого фазового состояния в аморфное, харак- теризующееся температурой плавления Тал (кристаллической фазы) полимера. Температура стеклования — это темпера- тура перехода из высокоэластического в стек- лообразное состояние. Температурой текучести называют температуру перехода из высокоэлас- тнческого (или из стеклообразного для относи- тельно низкомолекулярных полимеров) в вяз- котекучее состояние. Значения всех этих тем- ператур лежат в некотором интервале, обуслов- ленном полидисперсностью полимеров и ста- Рис. 5.1. Типичные термомеханические кривые линейных полимеров, полученные методом Каргина: 1 н 2 — термомехаиические кривые аморфных поли- меров с различной М (М]<.М2); 3 — термомехаиичес- кая кривая кристаллического полимера; I, II и III— температурные области физических состояний (соответственно стеклообразного, высокоэластическо- го и вязкотекучего); пунктирные кривые — зависимо- сти истинной остаточной деформации от температуры
100 Электроизоляционные полимеры Разд. 5 тистическим характером движения макромо- лекул. Возможность реализации у полимеров тех или иных тепловых переходов зависит от их морфологии, режима нагружения, скорости из- менения температуры. Полностью аморфные полимеры характеризуются только ТСт и Тт, тогда как полностью кристаллические имеют только Тпл. Большинство полимеров подверга- ется кристаллизации только частично, подоб- ные полукристаллические полимеры характери- зуются Гет, Тпл И Тт. Тепловые переходы в полимерах легко об- наружить по изменению таких их свойств, как удельный объем, удельная теплоемкость, tg б. Температуры плавления и стеклования полиме- ров влияют на их механические свойства при той или иной температуре и определяют наря- ду с Тт или температурой разложения полиме- ров температурный интервал их использования. Наиболее важные механические свойства полимеров сильно зависят от М. Так, доста- точно высокая механическая прочность начина- ет проявляться только при М больше 5-103-=- -е-105. Выше этого минимального значения ме- ханические характеристики полимеров резко улучшаются при увеличении М н перестают за- висеть от нее только при весьма больших зна- чениях. Во многих случаях существует некото^- рый интервал М полимера, соответствующий его оптимальным свойствам. Помимо М на Тт и Тст и соответственно на механические и другие свойства полимеров большое влияние оказывают молекулярная симметрия, структурная жесткость и межмо- лекулярные взаимодействия. Помимо термомеханических кривых меха- нические свойства полимеров принято характе- ризовать их деформационно-прочностными ха- рактеристиками. Прн этом исследуют поведение полимера при приложении к нему напряжения и определяют деформацию до момента разру- шения образца. Полученные результаты обыч- но представляют в виде кривой зависимости напряжения от деформации (рис. 5.2). Наиболее важные величины, характеризу- ющие деформационно-прочностное поведение полимера: 1) модуль упругости’—сопротивление де- формации, которое определяется отношением напряжения, рассчитанного на исходное сече- ние образца, к обратимой деформации, отвеча- ющей этому напряжению; 2) прочность прн растяжении — напряже- ние, необходимое для разрушения образца при его растяжении; 3) относительное удлинение (при разры- ве) — деформация в момент разрушения образ- ца при его растяжении; 4) эластическая деформация — эластич- ность, оцениваемая степенью обратимой де- формации полимеров, находящихся в высоко- эластическом состоянии. Механические свойства полимера изменя- ются в широких пределах в зависимости от сте- пени кристалличности, числа поперечных свя- зей, Тст н ТПЛ- 1 Модуль эластичности для полимеров, находя- щихся в высокоэластическом состоянии. Высокой прочностью и низким удлинением характеризуются полимеры с высокой степенью кристалличности, большим числом поперечных связей или высокой Тат. Наоборот, полимеры с низкой степенью кристалличности или сшив- ки и низкими Тст, как правило, имеют высокое удлинение и низкую прочность. Аморфный по- лимер обычно теряет прочность выше Тст, а кристаллический полимер — выше ТПл. Таким образом, механические свойства по- лимеров сильно зависят от температуры. Для твердых (стеклообразных или кристалличе- ских) полимеров важное значение имеет теп- лостойкость, т. е. способность не размягчаться (сохранять форму) при повышении температу- ры. Количественно эта характеристика опреде- ляется температурой, при которой в условиях действия постоянной нагрузки деформация об- разца ие превышает некоторое значение. В условиях эксплуатации теплостойкость зависит от приложенной нагрузки и длитель- ности ее воздействия. Прн этом для стеклооб- разных аморфных полимеров она не может превышать Тст, а для кристаллических Гпл. В ряде отраслей техники существенное значение имеет относительное изменение проч- ности (или какого-либо другого показателя) при повышении температуры, обозначаемое как коэффициент теплостойкости. Особенно широ- ко это понятие применяется в области эласто- меров и химических волокон. Большое практическое значение имеет так- же холодостойкость полимеров, т. е. их спо- собность сохранять эксплуатационные свойства прн низких температурах. Критерий холодо- стойкости для стеклообразных полимеров — от- сутствие хрупкости, для эластомеров, кроме того, — сохранение высокоэластических свойств; температурная граница холодостойкости этих материалов — соответственно температура хрупкости 7\р и Тст- Для практических целей важен также коэффициент холодостойкости ма- териала k=xT/xK, где хт и х2о — значения ка- кого-либо показателя (механического, электри- ческого и др.) при низкой температуре Т и 20 °C. Эффективный способ повышения холо- достойкости полимеров, эксплуатируемых в стеклообразном состоянии, — пластификация. Электрические свойства полимеров, т. е. совокупность свойств, определяющих поведение полимеров в электрическом поле, Еар, р, ps, Относительное удлинение Рис. 5.2. Типичные деформационно-прочностные характеристики основных полимерных мате- риалов: 1 — эластомеры; 2 — гибкие пластмассы; 3 — жесткие пластмассы и волокна; 4 — кристаллические полиме- ры; <7В — предел вынужденной эластичности (напря- жение в момент образования «шейки»); о —проч- ность при растяжении
§ 5-1- Общие сведения 101 гг и tg б, в значительной степени определяются полярностью звеньев макромолекул, наличием остаточных функциональных групп и различ- ными примесями и зависят от температуры, частоты и амплитуды внешнего электрического поля, а в ряде случаев от конструкции электро- дов и размеров образцов. Все это определяет выбор полимера для применения в качестве конденсаторного диэлек- трика или электроизоляционного материала. Кроме того, поскольку диэлектрические свойства полимеров связаны с их строением, их изучение является методом исследования молекулярной структуры и теплового движения в полимерах. Очищенные неполярные полиме- ры, полученные методом полимеризации (поли- этилен, полистирол, политетрафторэтилен и др.), отличаются большим р (1014—101е Ом-м), малым tg 6 (порядка 10~4), малым значением 8г (2,0—2,4). Полярные полимеры (полиамиды, полиэфиры, поливинилхлорид и др.) имеют бо- лее низкие значения р, большие значения tg б и 8г и, как правило, большую зависимость этих характеристик от температуры. С повышением температуры значение Еир большинства полимеров обычно снижается, особенно резко в области Тст для аморфных полимеров и Гпл для кристаллических. При комнатной и более низких температурах по- лярные полимеры имеют более высокую Еар, чем неполярные. С повышением жесткости по- лимера (например, в результате радиационного сшивания полиэтилена) температурная зави- симость £пр становится менее резкой. Значение р определяется наличием в поли- мере носителей заряда (ионов, полярных групп) и их подвижностью. При внесении поли- мера в постоянное поле р увеличивается вслед- ствие поляризационных процессов. После уста- новления стационарной поляризации полимер характеризуется остаточным (т. е. ие завися- щим от времени) значением р, которое опреде- ляется количеством свободных носителей заря- да в единице объема, строением полимера и температурой. Значения р, Ом-м, некоторых стеклообразных полимеров при 20 °C приведе- ны ниже: Полиизопрен ...... Ю11 Эпоксидные смолы (отвер- жденные) ................... Ю14 Политетрафторэтилен . . Ю16 Полиамиды............... ЮВ 9 *—Ю13 Поликарбонаты........... Ю14—1016 Полиимиды............... 1O1S—101в Полифениленоксид .... Ю16 Поливинилхлорид .... Ю9—1014 Полиэтилен.............. Ю16—1018 В подавляющем числе случаев носителями заряда в полимерах являются ионы. Поэтому р существенно снижается при наличии примесей, особенно полярных (например, воды), и в ус- ловиях, облегчающих ионизацию молекул. Зна- чение р экспоненциально падает с ростом тем- пературы. В отличие от р удельное поверхностное со- противление ps определяется наличием носите- лей заряда на поверхности полимера, главным образом адсорбированных проводящих приме- сей (например, воды). Значения ps, Ом, неко- торых полимеров при 20 °C и относительной влажности воздуха 100 % составляют: Политетрафторэтилен . , 1012 Полистирол................. 1011—10*2 Полиэтилен..................... 109 Относительная диэлектрическая проницае- мость слабополярных полимеров обычно со- ставляет 2,8—4,0; для полярных она меняется в широких пределах, от 4,0 до 20, в зависимо- сти от строения полимера; ег неполярных по- лимеров уменьшается с температурой. Относительная диэлектрическая проницае- мость пластмасс и эластомеров при комнатной температуре обычно не превышает 4—7, дости- гая 15—20 лишь для полимеров, содержащих большое количество сильнополярных групп в боковых цепях, например цианэтилцеллюлозы. Влияние строения полимера на ег в основном определяется значением дипольного момента отдельного звена макромолекулы и числом по- лярных групп в единице объема. Диэлектриче- ская проницаемость зависит от присутствия в полимере воды. Так (при 20°C и 1 кГц), ег хлопковой целлюлозы составляет 3,2; 7,1 и 18 при относительной влажности 0; 45 и 65 % со- ответственно. Диэлектрическая проницаемое:ь зависит от степени кристалличности и характе- ра надмолекулярных образований; например, 8г аморфного полистирола составляет 2,49— 2,55, кристаллического — 2,61 (1 кГц, 20 °C). Знание ег имеет важное значение при подборе материалов в кабельной технике и в конденса- торостроении. В первом случае предпочтитель- ны материалы с малой ег (слабополярные по- лимеры), во втором — с повышенными значе- ниями ег. При высоких частотах используются такие слабополярные диэлектрики, как поли- стирол, полиэтилен, политетрафторэтилен, по- липропилен, у которых малы диэлектрические потери. В конденсаторах, предназначенных для использования при низких частотах или при по- стоянном токе, можно применять полярные по- лимеры с повышенными значениями ег в стек- лообразном состоянии. Значения tg 6 (в области релаксации ди- польной поляризации) зависят от химического строения, в частности, молекулярной и надмо- лекулярной структуры полимера, а также от ряда внешних факторов — гидростатического давления, степени ориентационной вытяжки (ведущей к анизотропии значений tg6), при- сутствия низкомолекулярных примесей, в част- ности влаги. Низкомолекулярные примеси и ге- терогенные включения в полимерном образце (пузыри воздуха, пыль, частицы низко- и вы- сокомолекулярных веществ) могут привести к появлению дополнительных максимумов tg 6 и дисперсии tg 6, связанной с дипольной поляри- зацией примесных молекул или межфазной по- ляризацией. Вне максимумов tg 6 уровень ди- электрических потерь не зависит или зависит слабо от f и температуры и повышается при наличии в полимере полярных примесей и вла- ги. Значения tg 6 для неполярных полимеров лежат в пределах от 5-10~5 до 10~3 и слабо зависят от f и температуры. Вблизи и выше Гст возможен рост tg 8 при повышении тем- пературы, что связано с повышением ионной проводимости полимера. Значения tg 6 поляр- ных полимеров определяются их строением и
’02 Электроизоляционные полимеры Разд. 5 Таблица 5.3. Основные области применения в электрической изоляции некоторых наиболее распространенных полимеров Электроизоляционные материалы Тип полимера Волокна, бумаги, ткаии Пленки Пластмассы Эластомеры (каучук, ре- зина, термо- эластомеры) Композици- онные мате- риалы Клен Лаки н эмали Составы без растворителя (компаунды) термо- пласты реакто- пласты Полиэтилен _|- + + Полипропилен + + + Сополимеры этилена и про- пилена + + Сополимеры диенов — — Полистирол и сополимеры стирола — + + Поливинилхлорид — + + Сополимеры винилхлорида -|- + Поливинилиденхлорид и со- полимеры винилидеихло- рида 4" + + Поливинилфторид — + — Поливинилиденфторид и сополимеры вииилиден- фторида — + + Политри фторхлорэти лен и сополимеры трифтор- хлорэтилена — + + Политетрафторэтилен — + + Хлорированные полиоле- фины —. + + Полиакрилаты + + Полисилоксаны — — Эпоксидные смолы — - — Полиэфиры + Полиамиды 4“ + Полиуретаны Полиимиды, полиамидо- имиды и другие гетеро- циклоцепные полимеры — + — Ненасыщенные полиэфиры — Феноло- и аминоформальде- гидиые смолы —. —. — Производные целлюлозы + + — Полиацетали —— Поликарбонаты — + + +++ 1+1+1 II 1 1+ +++++++ ++ 1+1 III II 1+111++ +1 + +1 +++ ++ +11 ++1 1+ 1+1 II + III++++1+ II III 11+ ++ 111 II 1 III++++++ +1 1+1 1 1 1 ++ ++1 II + ++ ++++I 4—h I+ 1 + 1 III 1+ ++1++++ II 1 II III ++ ||| подвижностью макромолекул и в сильной сте- пени зависят от f и температуры. Повышен- ные значения tg 6 полярных полимеров огра- ничивают их применение при высоких час- тотах. При действии на полимеры нагрева, облу- чения, ультразвука, химических сред происхо- дят необратимые изменения их химического строения и М, ухудшение механических, элек- трических и других свойств. Такие изменения известны под общим термином «старение» по- лимеров. Практически наиболее важный вид старе- ния полимеров — термическое старение. Спо- собность полимеров сохранить неизменным химическое строение при действии повышенных температур называется термостойкостью. Химические процессы, протекающие при высоких температурах, сопровождаются де- струкцией и (или) структурированием полиме- ров, а в присутствии кислорода и воды окисли- тельными и гидролитическими превращениями. Последние сильно ускоряют разрушение поли- мера, что отрицательно сказывается на физи- ческих свойствах изделий, в частности иа их механической прочности. Таким образом, тер- мостойкость определяет тот температурный предел, выше которого уже не может быть ис- пользована теплостойкость полимера, даже ес- ли мы сумеем поднять последнюю до более высокой температуры. Для полной характеристики полимера очень важно знать, какой температурный ин- тервал имеется между его теплостойкостью н термостойкостью. Практическая возможность изготовления изделий методами, требующими перехода полимера в вязкотекучее состояние, зависит от этого интервала: чем он меньше и выше расположен, тем труднее перерабатыва- ется полимер. Теплостойкость линейных полимеров в большинстве случаев ниже, чем их термостой- кость, т. е. Тст и температура размягчения или Тт лежат ниже температуры разложения.
Общие сведения 103 Однако в случае сшитых полимеров, а так- же полимеров с очень жесткими цепями мак- ромолекул картина меняется и теплостойкость часто оказывается выше, чем термостойкость. Термостойкость полимеров определяют ме- тодами термогравиметрии и дифференциально- го термического анализа. Для повышения термостойкости н вообще стойкости к старению в полимеры вводят раз- личные стабилизаторы, в частности антиокси- данты, которые замедляют термоокислительиую деструкцию. Нагревостойкость полимерных материалов, главным образом зависит от их тепло- и тер- мостойкости и некоторых других свойств, оп- ределяющихся их химической структурой и со- ставом, а также от конструкции изоляции и от функций, которые они выполняют в электро- оборудовании. Линейные карбоцепные полиме- ры, за исключением полифениленов и фторсо- держащих, имеют малую нагревостойкость. Их длительная рабочая температура не превышает 120 °C. Гетероцепиые полимеры, в особенности сшитой структуры, имеют длительную рабочую температуру 120—180 °C. Особенно нагрево- стойки полимеры с фениленовыми группами и гетероциклами в цепи (полиимиды, полибен- зимидазолы, полибензоксазолы, полиакрилаты, ароматические полиамиды и т. п.), а также по- лиорганосилоксаны и некоторые другие элемеи- тоорганические полимеры, длительная рабочая температура которых достигает 180—240 °C. При описании свойств полимеров в части длительной рабочей температуры учтен ГОСТ 8865-70 «Материалы электроизоляционные. Классификация по нагревостойкости». Однако необходимо принимать во внимание замечания в этом ГОСТ: а) имеется ряд материалов, по которым от- сутствует достаточный опыт эксплуатационной практики; б) имеются многочисленные разновидно- сти одного и то же материала, обладающие различной нагревостойкостью; в) нагревостойкость материалов зависит от конструкции изоляции и от функций, кото- рые они выполняют в электрооборудовании. Поэтому приведенные в этом разделе све- дения о длительных рабочих температурах яв- ляются ориентировочными. Ориентировочными являются и некоторые другие сведения о свойствах полимеров, так как литературные данные часто противоречивы или недостаточно точны. Например, ие всегда указываются условия определения электричес- кой прочности (иет данных о толщине образ- ца), Гст и Тпл (не оговаривается структура полимера) и т. п. Ниже приведены обобщенные данные, взятые из различных источников. Основные области применения в электри- ческой изоляции некоторых наиболее распро- страненных полимеров приведены в табл, 5.3. 5.2. ОРГАНИЧЕСКИЕ СИНТЕТИЧЕСКИЕ КАРБОЦЕПНЫЕ ПОЛИМЕРЫ ПОЛИОЛЕФИНЫ Полиолефины (код ОКП 22 1110)—поли- меры, образующиеся при гомо- или сополиме- ризации олефинов. Гомополиолефины имеют общую формулу R —СН2— L R' В зависимости от природы заместителей R и R' они могут быть разделены на три ос- новные группы. 1. R = R'=H, или R=H, R'— алкил линей- ного строения, или R и R' — алкилы линейного строения, например СН3, С2Н5. К этой группе относятся полиэтилен, полипропилен, полибу- теи, полиизобутилеи. 2. R = H, R'— алкил разветвленного строе- ния. К этой группе относятся, например, поли- 4-метилпентен-1, поли-З-метилбуден-1. 3. R = H, R' — циклогексил или другой цик- лический либо полициклический углеводородный радикал. Из полиолефинов этой группы наибо- лее полно изучен поливинилциклогексан. Особую группу составляют полимеры цик- лоолефинов, в частности циклопентена. Среди СПЛ олефинов наибольшее значе- ние имеют этилеипропиленовые СПЛ, а также кристаллические блоксополимеры, так называ- емые полиалломеры. Кристаллические полиолефины обладают достаточно высокой механической прочностью, высокими электроизоляционными свойствами, устойчивы к действию агрессивных сред (за исключением сильных окислителей, например, азотной кислоты), способны образовывать лег- ко ориентируемые пленки и в ряде случаев во- локна (например, полипропилен), могут пере- рабатываться любыми способами, принятыми в промышленности пластмасс. Недостаток поли- олефинов— плохая адгезия, обусловленная от- сутствием полярных групп, и сравнительно не- высокая жесткость, из-за которой ограничива- ется применение этих полимеров как конструк- ционных материалов. С другой стороны, от- сутствием полярных групп объясняется повы- шенная химическая стойкость полиолефинов. Введение разветвленных алифатических или циклических заместителей заметно повыша- ет температуру плавления и нагревостойкость полиолефинов. В электроизоляционной технике наиболь- шее применение нашли полиэтилен, полипро- пилен и их СПЛ. Полиэтилен (ПЭ) — твердый термопла- стичный полимер белого цвета; макромолеку- лы имеют линейное строение с небольшим ко- личеством боковых ответвлений. В промышлен- ности ПЭ получают тремя основными метода- ми: 1. Полимеризацией этилена (Э) при высо- ком давлении (130—250 МПа) и высокой тем- пературе (190—-300 °C) в течение 30—100 с в присутствии инициаторов (кислорода, органи- ческих перекисей) по радикальному механизму. Полученный по этому методу ПЭ называют ПЭ высокого давления (ВД) или ПЭ низкой плотности (код ОКП 22 1111). 2. Полимеризацией Э при низком давлении (ниже 1 МПа) и температуре ниже 80 °C с при- менением катализаторов Циглера — Натта по ионио-координациоиному механизму. Получен- ный ПЭ называется ПЭ низкого давления (НД)
104 Электроизоляционные полимеры Разд. 5 Таблица 5.4. Показатели, характеризующие макромолекулярные цепи полиэтилена Показатель ПЭВД ПЭНД ПЭСД Общее число групп СН3 иа 1000 атомов углерода 15—25 3—6 Не более 3 Расположение боковых ответвлений друг от дру- ~50 200—250 200—250 га со средним интервалом, углеродных атомов сн3, С2Н6, сн3, С2Н6 Ответвления в макроцепи1 сн3, С2Н5 С4Н9 Общее число двойных связей на 1000 атомов уг- 0,4—0,6 0,6—0,8 0,6—0,8 лерода Степень кристалличности2, % ~60 70—85 ~90 Размеры кристаллитов, нм 5—20 5—50 5—50 Средиемассовая молекулярная масса 30—400 тыс. 50—800 тыс.3 50—800 тыс.3 Плотность, кг/м3 918—930 954—960 960—968 1 У ПЭВД наряду с короткими ответвлениями имеются и длинные боковые цепи. 2 Кристалличность ПЭ с повышением температуры уменьшается. 8 Выпускаются также марки ПЭНД и ПЭСД с Mw, достигающей нескольких миллионов. или ПЭ высокой плотности (код ОКП 22 1112). 3. Полимеризацией Э при среднем давле- нии (3—4 МПа) и температуре ниже 160 °C с применением в качестве катализаторов окси- дов металлов переменной валентности по ион- ному механизму. Такой ПЭ называется ПЭ среднего давления (СД) или ПЭ высокой плотности (код ОКП 22 1113). Эти три типа ПЭ различаются по степени разветвленности (наиболее разветвлен ПЭВД, наименее — ПЭСД) и по другим показателям (табл. 5.4), а также по режимам переработ- ки в изделия. Конформация цепи ПЭ — плос- кий зигзаг. ПЭ выгодно отличается от других термо- пластов сочетанием высокой прочности с до- статочной эластичностью и способностью рабо- тать в широком интервале температур (от —120 до +100°C). ПЭ — неполярный поли- мер, обладающий высокими электроизоляци- онными свойствами (табл. 5.5, рис. 5.3—5.6). Таблица 5.5. Показатели полиэтилена Показатель ПЭВД ПЭНД ПЭСД Прочность, МПа: при растяжении 10—17 18—45 18—40 при изгибе 17—20 20—40 25—40 при срезе 14—17 20—36 20—37 Предел текучести, МПа 9—16 25—35 28—38 Модуль упругости при изгибе, МПа 120—260 650—750 800—1250 Относительное удлинение, %, в нача- ле течения 15—20 10—12 5—8 Ударная вязкость1 образца с надре- зом, кДж/м2 р, Ом-м Не ломается 2—150 7—150 ~10« ~1016 ~1015 ps, Ом ~1015 ~1013 ~1015 ег при 1 МГц 2,2—2,3 2,2—2,4 2,3—2,4 tg6 при 1 кГц—1 МГц (2—3)-10—1 (2—4)-10—4 (2—4)-10-—* £„₽, МВ/м, при толщине 1 мм Температура, °C: 45—55 45—55 45-55 плавления 103—110 124—132 128—135 хрупкости От —120 до—80 От —150 до —70 От—140 до—70 Коэффициент теплопроводности, Вт/(м-°С) 0,33—0,36 0,42—0,44 0,46—0,52 Удельная теплоемкость при 20— 25°C, кДж/(кг-°С) 1,9—2,5 1,9—2,1 1,7—1,9 ТК/, °C-1 (от 0 до 100 °C) Водопог лощение за 30 сут, %: (2,1—5,5)-10—4 (1-2,5)-10—4 (1 — 1,5)-10—4 при 20 °C 0,02 0,005 <0,01 при 70 °C — 0,04 — Длительная рабочая температура2, °C 90 90 90 1 Показатель сильно зависит от М; чем больше М, тем выше значения показателя. 2 Для стабилизированного и облученного ПЭ рабочая температура 105 °C.
§ 5.2 Органические синтетические карбоцепные полимеры 105 Для ПЭ характерно малое изменение электри- ческих свойств в широком диапазоне темпера- тур и частот. Тангенс угла диэлектрических потерь ПЭ в интервале температур от —45 до 4-115 °C и частот 10—50 кГц находится в пре- делах (2-?4) • 10~4. Электрические свойства ПЭ ухудшаются с увеличением степени его окисления и прн наличи примесей. Свойства ПЭ можно модифицировать смешением его с другими полимерами или сополимерами. Так, при смешении ПЭ с полипропиленом повыша- ется нагревостойкость, при смешении с бутил- каучуком или этиленпропиленовым каучуком — ударная вязкость и стойкость к растрескива- нию. ПЭ обладает низкой газо- и паропроница- емостью и мало проницаем для воды и водя- ных паров. Химическая стойкость ПЭ зависит от М, ММР и особенно от плотности; с ее уве- Рис. 5.3. Зависимость Env ПЭВД от толщины: 1 — при 30 °C; 2 — при 90 °C Рис. 5.4. Зависимость р ПЭВД от температуры Рис. 5.5. Зависимость tg 6 (1) и ег (2) ПЭВД от температуры Рис. 5.6. Зависимость tg 6 ПЭНД и ПЭВД от температуры при 3-10’ Гц: 1 - ПЭНД; 2- ПЭВД личением химостойкость ПЭ возрастает. Наи- более высокой химостойкостью обладают ПЭНД и ПЭСД. ПЭ не реагирует со щелоча- ми, с растворами солей, органическими кисло- тами и даже с концентрированными соляной и плавиковой кислотами. При действии H2SO4 (концентрации 80 % и выше) и температуре выше 50 °C свойства ПЭ изменяются. ПЭ раз- рушается при 20 °C 50 %-ной HNO3, а также жидкими и газообразными хлором и фтором. ПЭ не растворяется, но набухает в органичес- ких растворителях при 20 °C; выше 80 °C раст- воряется во многих растворителях, особенно хорошо в углеводородах и их галогенпроизвод- ных. ПЭ можно хлорировать, сульфохлориро- вать, бромировать, фторировать. Эти реакции используются на практике для модификации свойств ПЭ. Например, с введением в ПЭ до 76 % фтора повышаются нагревостойкость, температура плавления и химостойкость. На воздухе в изделиях из ПЭ, находящих- ся в напряженном состоянии, могут появиться мелкие трещины. Процесс этот проходит в те- чение нескольких лет или даже десятков лет. Но ои значительно ускоряется при контакте со спиртами, мылами, нефтяными маслами, синте- тическими моющими средствами, эмульгирую- щими веществами При воздействии на ПЭ тепла, ультрафио- летовых лучей, кислорода воздуха происходит старение, которое выражается в ухудшении физико-механических и электроизоляционных свойств. Чтобы затормозить этот процесс, по- лимер стабилизируют введением антиоксидан- тов (ароматических аминов, алкилфенолов, фосфитов и др.) и светостабилизаторов (сажа, производные бензофенонов и т. п.). При изготовлении изделий из ПЭ наблю- дается их усадка. Значения термической усад- ки при охлаждении изделий от 115 до 20 °C изменяются в следующих пределах: линей- ная — от 5,1 до 0 %, объемная — от 15,3 до 0 %. Кроме термической, существует усадка из- делий, связанная с наличием внутренних напря- жений. В среднем такая усадка колеблется в пределах от 1 до 3 %. ПЭ практически безвреден и не выделяет в окружающую среду опасных для здоровья че- ловека веществ. Вредное действие могут ока- зывать лишь продукты его разложения. ПЭ перерабатывается при 120—280 °C всеми известными методами, применяемыми при переработке термопластов. Различные электроизоляционные материа- лы иа основе ПЭ — пластмассы, пленки, пено- пласты и др. применяются для изоляции про- водов и кабелей, для изготовления деталей радиотехнической аппаратуры.• За рубежом ПЭ низкой плотности выпускают под названиями: петротен (США), алкатен (Великобритания), хостален (ФРГ), стафлен (Япония), лотреи (Франция), фертен (Италия), а ПЭ высокой плотности — карлона (Великобритания), хей- жекс (Япония), манолен (Франция), мои- лен (Италия). Облученный ПЭ. Облучение ПЭ частица- ми высоких энергий приводит к образованию сложных пространственных молекул с попереч- ными связями между линейными цепями. При температуре НО—115°C полимер не плавится, а становится резиноподобным, сохраняя при
106 Электроизоляционные полимеры Разд. 5 температуре до 200 °C прочность при растяже- нии и стойкость к продавливанию. Благодаря изменению химической струк- туры у облученного ПЭ повышается стойкость к растворителям и к поверхностному растрес- киванию в напряженном состоянии при контак- те с активными средами (водными растворами мыл, синтетическими моющими средствами, эмульгирующими веществами и др.). При ста- билизации облученного ПЭ повышается срок службы его по сравнению с облученным неста- билизированиым ПЭ. При изоляции проводов облученным ПЭ можно токопроводящие жилы облуживаць, не опасаясь расплавления изоляции вблизи облу- женной проволоки. Вулканизированный ПЭ имеет «сшитую» структуру макромолекул. По сравиеиию с обыч- ным ПЭ ои более стоек к токовым перегрузкам, так как ие размягчается при повышенных тем- пературах. Для вулканизации ПЭ применяют, например, перекисные соединения, обеспечива- ющие «сшивку» макроцепей прн высокой тем- пературе. При применении изоляции из вулка- низированного ПЭ исключаются случаи ее рас- трескивания в напряженном состоянии под вли- янием тепла, воды и химических агентов. По другим свойствам вулканизированный ПЭ ана- логичен линейному. Получение «сшитого» ПЭ методом вулка- низации дешевле и технологически удобнее, чем методом облучения. Хлорированный полиэтилен (ХПЭ). ПЭ мо- жет быть модифицирован хлором. При этом могут быть получены продукты с разнообраз- ными свойствами, зависящими от структуры, состава, М исходного полимера, а также от ме- тода и степени хлорирования. Введение хлора в макромолекулу ПЭ приводит к снижению кристалличности, изменению температур раз- мягчения, стеклования и др. Так, ХПЭ, содер- жащий 16—25 % хлора, — термопласт, харак- теризующийся высоким относительным удли- нением (до 1700 %) и хорошей холодостойко- стью. ХПЭ с 26—48 % хлора — эластомер. При дальнейшем увеличении содержания хлора жесткость, температуры размягчения и стекло- вания ХЭП повышаются вследствие увеличения межмолекулярного взаимодействия. ХПЭ с 49—60 % хлора — кожеподобный, а более глу- боко хлорированный полимер — стеклообраз- ный продукт, приближающийся по свойствам к непластифицироваиному поливинилхлориду. Ниже приведены некоторые свойства ПЭ высо- кой плотности, хлорированного в растворе (25 % хлора): р, Ом-м............................. 1013 £„р, МВ/м............................. 30 8г при 1 кГц......................... 6,1 8г при 1 МГц......................... 4,3 tg б при 1 кГц..................... 0,019 tg6 при 1 МГц...................... 0,134 Водопоглощение, %: за 1 сут.......................... 0,1 за 30 сут................ . . 0,6 Хлорированные ПЭ эластомеры можно вулканизировать и подвергать радиационному облучению для получения «сшитых» продук- тов. Применяются ХПЭ эластомеры, а также их смеси с другими полимерами для изоляции проводов и кабелей. За рубежом ХПЭ выпускают под названия- ми: тирин, СРЕ (США), галофлекс, СРЕ (Ве- ликобритания), хлорхостален, лютриген (ФРГ), эласлен, дайзолак (Япония). Хлррсульфироваиный полиэтилен (ХСПЭ) — каучукоподобный продукт, обра- зующийся при взаимодействии ПЭ с хлором и сернистым ангидридом. Введение атомов хло- ра в макромолекулу ПЭ приводит к наруше- нию регулярности ее структуры и к превраще- нию высококристаллического продукта в аморфный. Хлорсульфоиовые группы (SO2 С1) обусловливают способность ХСПЭ к вулкани- зации. Содержание хлора в промышленных ти- пах ХСПЭ может изменяться от 25 до 45 %, содержание серы — от 0,8 до 2,2 % (мае.). ХСПЭ хорошо растворяется в ароматических и хлорированных углеводородах, хуже — в кето- нах и сложных эфирах и нерастворим в алифа- тических углеводородах и спиртах. Для раст- ворения обычно используют толуол и ксилол, а также их смеси. ХСПЭ обладает резиноподоб- ными свойствами и отличается стойкостью к воздействию химических агентов, хорошей прочностью, высокой светостойкостью и стой- костью к действию озона. Он обладает низкой газопроницаемостью, а по адгезии к различным поверхностям приближается к хлоропреновому каучуку. Некоторые свойства ХСПЭ, получен- ного из ПЭ низкой плотности (содержание хлора 27 %, серы 1,3 %), приведены ниже: Плотность, кг/м3...................... 1110 р, Ом-м............................... 1013 ЕПр, МВ/м............................. 16—24 8r (1 кГц)......................... 5—7 tg 6 (1 кГц)....................... 0,025 Коэффициент теплопроводности, Вт/(м°С)........................... 0,11 Хлорсульфированный ПЭ применяется в кабельной промышленности; на его основе по- лучают не только изоляцию, но и внешнюю ат- мосферостойкую оболочку кабелей. В промышленном масштабе ХСПЭ произ- водят в СССР (торговое название продукта, получаемого из полиэтилена низкой плотно- сти, — ХСПЭ, из полиэтилена высокой плот- ности — ПХС) и в США (хайпалон). Сополимеры этилена (СЭ) (код ОКП 22 1120) получают с целью модификации свойств полиэтилена — повышения растворимости, ад- гезии, физико-механических свойств и т. п. Наиболее широко в электроизоляционной технике применяют статистические СЭ с про- пиленом (СЭП), которые получают при низком (около 1 МПа) и среднем (2—6 МПа) давле- ниях в присутствии комплексных металлоорга- нических катализаторов. Свойства СЭП зависят в основном от со- отношения между этиленом и пропиленом в сополимере, а также от способа синтеза. СЭП получают с содержанием 0,2—3 °/о звеньев пропилена (М = 30 000-?-800 000) и с содержа- нием 20—60 % звеньев (чаще 25—40 % звень- ев) пропилена (М = 80 0004-250 000). Сополимеры имеют приблизительно такие же электроизоляционные свойства, как поли- этилен. С увеличением содержания пропилена в СЭП степень кристалличности уменьшается,
§ 5.2 Органические синтетические карбоцепные полимеры 107 снижаются плотность, модуль упругости, жест- кость, температура плавления, ио увеличива- ются газо- и паропроницаемость, растворимость в органических растворителях, эластичность, ударная вязкость, относительное удлинение, стойкость к растрескиванию под напряжением при контакте с поверхиостно-активнымн аген- тами, стойкость при действии длительных на- грузок. СЭП имеет высокую стойкость к окис- лению и атмосферостойкость. Они стойки к действию спиртов, кетонов, эфиров, щелочей, кислот. Электроизоляционные материалы, по- лученные иа основе СЭП, эластичны, характе- ризуются хорошими механическими свойствами, высокой атмосфере-, иагрево- и холодостой- костью, стойкостью к действию агрессивных сред, отличными электрическими свойствами, но оин горючи и имеют низкую маслостойкость. Эти материалы применяют для изоляции про- водов и кабелей. Полипропилен (ПП) (код ОКП 22 ИЗО)— термопластичный линейный полимер [-СН^-СНСН3-]„. Наибольшее практическое значение имеет изотактический ПП, хотя известны также син- диотактический, атактический и стереоблокпо- лимер. В промышленности изотактический ПП по- лучают полимеризацией пропилена в присутст- вии комплексного катализатора Циглера — Натта: а) в растворе (в среде инертного раст- ворителя) при 70—80 °C и 0,5—1 МПа; б) в массе при 70—80 °C и 2,7—3 МПа. Полимеризация проходит по анионно-ко- ордииациоиному механизму. Полученный та- ким образом ПП имеет изотактическую струк- туру с регулярно построенной («голова к хво- сту») цепью. В изотактическом ПП всегда со- держится небольшое количество (2—5%) ата- ктической аморфной фазы. Изотактический ПП имеет максимальную степень кристаллично- сти — 73—75 %. Полипропилен — бесцветный полимер без характерного запаха и вкуса. В тонких слоях ПП прозрачен, в толстых — молочно-белый. Молекулярная масса, выпус- каемого промышленностью ПП, равна 75 000— 200 000. ПП — химостойкий материал. Заметное воздействие на него оказывают только сильные окислители (концентрированные HNO3, H2SO4). ПП обладает высокой стойкостью к щелочам, растворам солей и другим неорганическим аг- рессивным средам. В органических растворите- лях ПП при 20 °C незначительно набухает. При температуре выше 100 °C он начинает раство- ряться в ароматических углеводородах (бен- зол, толуол). Изделия из ПП выдерживают кипячение в воде и стерилизацию паром (до 130 °C) без изменения формы и механических свойств. ПП — хороший электроизоляционный ма- териал. Его электрические свойства практи- чески не изменяются даже после длительной выдержки в воде, а е, мало зависит от часто- ты и температуры. Ниже приведены основные свойства изотактического ПП: Плотность, кг/м3 .... 920—930 Предел текучести, МПа . 27—30 Прочность при растяжении, МПа................................ 30—35 Относительное удлинение, %......................... Ударная вязкость, кДхс/м2 Епр при толщине 1 мм, МВ/м...................... ps, Ом.................... р, Ом-м................... 8г при 105 Гц............. tg 6 при 10б Гц........... Гпл, °C................... Гет, °C................... Коэффициент теплопровод- ности, Вт/(м-°С) . . . . Удельная теплоемкость, кДж/(кг-°С)............... ТК I, °C-1 (от 0 до 100 °C), Холодостойкость, °C . . . Водопоглощение за 30 сут при 20 °C, %.............. Длительная рабочая темпе- ратура (для термоста би - лизироваииого или облу- ченного ПП), °C . . . 200—800 5—12 30—35 101» 1012—1016 2,0 (3—5)-10—4 172 От—10 до—20 0,15 1,9 1,110-* От—5 до—25 0,03 105 Для ПП характерна очень низкая газо- и паропроницаемость. Вследствие наличия тре- тичных углеродных атомов ПП более чувстви- телен, чем полиэтилен, к действию кислорода, особенно при повышенных температурах. По- этому в процессе переработки ПП обязатель- но надо добавлять стабилизаторы. ПП перера- батывается в изделия теми же способами, что и полиэтилен. Изделия из него отличаются стойкостью к истиранию (сравним с этим по- казателем для изделий из полиамидов) и по- верхностной твердостью, которая у ПП выше, чем у полиэтилена. Для ПП характерна высо- кая стойкость к многократным изгибам. Из-за неполяриости ПП имеет низкую адгезию, по- этому основной метод соединения деталей из ПП — сварка. Чистый ПП физиологически без- вреден. Из ПП изготавливают пластмассы, волокна, пленки, пенопласты, которые применяются в радио- н электротехнике (различные детали, кабельная изоляция, конденсаторы). ПП выпускают за рубежом под названия- ми: профакс, поли-про, олеформ (США), моп- леи (Италия), хостален (ФРГ), пропатен (Ве- ликобритания), данлай, доибанд (Япония). ПОЛИМЕРЫ ГАЛОГЕНПРОИЗВОДНЫХ НЕПРЕДЕЛЬНЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ Поливинилхлорид (ПВХ) [—СН2 — —СНС1—]„ (код ОКП 22 1210) — термоплас- тичный полимер преимущественно линейного строения — получают полимеризацией винил- хлорида по радикальному механизму в массе, эмульсии, суспензии или в органическом раст- ворителе. В промышленности чаще всего используют эмульсионный и суспензионный методы. Винил- хлорид можно также полимеризовать и по ион- ному механизму, однако число катализаторов ионной полимеризации очень ограничено. Полимеризацию в массе проводят в авто- клаве при 30—70 °C в присутствии инициато- ров, растворимых в мономере, — органические перекиси, азодинитрилы и др. Этим методом получают очень чистый ПВХ (код ОКП 22
108 Электроизоляционные полимеры Разд. 5 1213), ие загрязненный эмульгатором, защит- ным коллоидом и др. Полимеризацию в суспензии проводят в течение 8—14 ч при 30—70 °C и давлении 0,4— 1,2 МПа по периодической схеме. Полученная суспензия (код ОКП 22 1211) содержит лег- ко фильтруемые частички ПХВ размером. 75— 150 мкм (иногда до 600 мкм). Полученный этим методом ПВХ характеризуется сравни- тельно узким ММР; его свойства и структура сильно зависят от природы инициатора, защит- ного коллоида и различных добавок, а также от технологических параметров. Молекулярную массу ПВХ регулируют температурой полиме- ризации. Суспензионный ПВХ по сравнению с эмуль- сионным обладает лучшими электроизоляцион- ными свойствами, более высокой водо- и нагре- востойкостью, улучшенной светостойкостью, так как содержит незначительные количества примесей. Недостаток суспензионной полимери- зации ПВХ — трудность осуществления ее не- прерывным способом. Полимеризацию в эмульсии проводят по периодической или непрерывной схеме в тече- ние 2—5 ч при 40—60 °C, давлении 0,5 — 0,8 МПа и неинтенсивном перемешивании (60— 70 об/мии). Диспергирующей средой служит вода, содержащая эмульгатор (например, мы- ла высших жирных кислот), инициатор (напри- мер, персульфаты щелочных металлов или ам- мония) и регулятор pH (например, фосфаты щелочных металлов). Скорость полимеризации в эмульсии зна- чительно выше, чем в суспензии, и зависит от концентрации инициатора, количества эмульга- тора и других факторов. ПВХ, полученный этим методом, характе- ризуется узким ММР. В результате эмульсионной полимеризации образуется латекстонкая дисперсия ПВХ с раз- мером частиц 0,05—0,5 мкм (иногда до 1 мкм), характеризующаяся значительной полидисперс- ностью по размерам полимерных частиц, име- ющих, как правило, сферическую форму (код ОКП 22 1212). Недостаток метода — труд- ность удаления мыла и других добавок из гото- вого продукта и значительно худшая, по срав- нению с суспензионным ПВХ, перерабатывае- мость в жесткие и полужесткие изделия. Полимеризация в растворе (дихлорэтан, бензол, хлорбензол и др.) имеет ограниченное применение. Скорость реакции зависит от кон- центрации мономера и инициатора, а также от природы растворителя. Получать ПВХ можно и фотополимериза- цией, которая протекает при низкой темпера- туре в присутствии сенсибилизаторов (напри- мер, соли уранила). Этим методом получают нагревостойкий ПВХ, из которого формуют во- локна, которые имеют в 2 раза более высокую прочность и в 2 раза меньшую усадку при 100 °C по сравнению с волокном, полученным из обыч- ного ПВХ. ПВХ — твердый продукт белого цвета, те- оретическое содержание хлора — 56,8 %, прак- тическое всегда несколько меньше. Коэффици- ент полимеризации 100—2500. Элементарные звенья в цепях полимера расположены в основ- ном в положении 1,2. Степень упорядоченности макромолекул ПВХ зависит от температуры полимеризации, а также от М. Максимально возможная упорядоченность реализуется при температурах полимеризации выше 55 °C или в случае отжига при температурах выше 70 °C. Степень кристалличности промышленного ПВХ может достигать 10 %, а полимера, полученно- го при температурах ниже —10 °C или ради- кальной полимеризацией при 20—50 °C, — со- ответственно 10—23 и 33—35 %. Кристалличес- кий ПВХ имеет синдиотактическую конфигу- рацию. Температура текучести ПВХ тем выше, чем ниже температура полимеризации. Ниже приведены основные свойства прес- сованных образцов ПВХ (см. также рис. 5.7— 5.9): Плотность при 20 °C, кг/м3 Прочность, МПа: при растяжении . . . при сжатии . . . . при изгибе ........... Модуль упругости при рас- тяжении, МПа.............. Относительное удлинение, при разрыве, % . . . . Ударная вязкость, кДж/м2: образцы без надреза . образцы с надрезом . ps, Ом.................... р, Ом-м: при 20 °C............... при 140 °C.............. ег при 50 Гц: 20 °C................... 140 °C.................. ег при 10е Гц (20 °C) . . tg 6 при 50 Гц: 20 °C................. 140 °C................ tg 6 при 10б Гц (20 °C) . Епр, МВ/м: при 20 °C............. при 140 °C............ Тт, °C.................... Тст, °C................... Коэффициент теплопровод- ности, Вт/(м-°С) .... Удельная теплоемкость, кДж/(кг-°С)............... ТК I, °С-‘................ Теплостойкость по Мартен- су, °C ................... Холодостойкость, °C . . . Водопоглощеиие за 24 ч, Длительная рабочая тем пература, °C .... . 1350—1430 40—60 70—160 80—120 2700—4000 5-100 -150 2—10 1013—101* 1013—1013 5-Ю8 3,2 12,0 3,1—3,4 0,02 0,1 0,015—0,018 35—45 <5 180—220 и выше 78—105 0,15—0,17 1,0—2,1 (6—8)-10—5 50—80 <—10 0,4—0,6 90 ПВХ, полученный полимеризацией винил- хлорида в массе, суспензии или эмульсии, — порошкообразный материал, свойства которо- го (М, ММР) в значительной мере определяют поведение полимера при переработке и свойст- ва изделий из него. Зерна суспензионного порошкообразного ПВХ подразделяют на монолитные и пористые, а эмульсионного — на полые и компактные частицы. Растворимость ПВХ уменьшается с увели- чением коэффициента полимеризации и зави- сит от метода получения. Так, ПВХ, получен- ный эмульсионной полимеризацией, раствори-
5 5.2 Органические синтетические карбоцепные полимеры 109 ется хуже ПВХ, полученного в суспензии, мас- ле или растворителе. ПВХ с коэффициентом полимеризации 300—500 легко растворяется в кетонах, сложных эфирах, хлорированных уг- леводородах и др. Растворимость ПВХ с ко- эффициентом полимеризации 2000—2500 огра- ничена; удается получить лишь 1-—10 °/о-ные растворы в кетонах, этилхлориде, дихлорэта- не, хлорбензоле, нитробензоле, диоксане и др. ПВХ до 60 °C стоек к действию соляной и муравьиной кислот любых концентраций, сер- ной кислоты — до 90 %-ной, азотной — до 50 %-ной и уксусной до 80 %-ной концентра- ции. ПВХ не изменяется при действии щелочей любых концентраций, промышленных газов (NO2, Cl2, SO3, HF и др.), растворов солей А1, Na, К, Fe, Си, Mg, Ni, Zn, Sn и других метал- лов, а также бензина, керосина, масел, жиров, глицерина, спиртов, гликолей. При энергетических и механических воз- действиях на ПВХ имеют место дегидрохлори- рование, окисление, деструкция макроцепей, структурирование, ароматизация и графитиза- ция. Основная реакция, ответственная за по- терю полимером эксплуатационных свойств, — выделение НС1. При нагревании ПВХ .выше 100 °C (не выше 350 °C) в основном выделяют- ся НС1 и небольшие количества ароматических углеводородов (бензол). Одновременное поли- мере образуются сопряженные двойные связи. Хромофорный эффект (появление окраски Рис, 5.7. Зависимость р непластифицироваи- ного ПВХ от температуры Рис. 5.8. Зависимость tg6 (7) и ег (2) ПВХ от температуры Рис. 5.9. Зависимость tg 6 ПВХ от частоты от желтоватой до черной) проявляется уже при выделении всего 0,1—0,2 % НС1. Поперечные связи между макромолекулами обычно обра- зуются лишь при длительном нагревании ПВХ (2—4 ч при 175°C). При УФ- и у-облучении ПВХ (20 °C и вы- ше) наряду с дегидрохлорированием происхо- дит сшивание макроцепей. Механохимические воздействия, сопровождающие переработку ПВХ, интенсифицируют деструкцию, в частно- сти выделение НС1. Для получения материалов ПВХ стабили- зируют. Принцип стабилизации ПВХ заключа- ется в устранении или ослаблении вредного влияния химических, энергетических и (или) механических воздействий. Необратимые изме- нения, из-за которых дальнейшее практическое использование материалов на основе ПВХ ста- новится невозможным, в основном связаны с реакцией дегидрохлорирования. Поэтому при приготовлении композиций на стадии смешения в ПВХ вводят смесь из нескольких стабилиза- торов (обычно более четырех) и смазок, кото- рые подбирают эмпирически в зависимости от сорта ПВХ, вида переработки, типа материала и конструкции перерабатывающих машин. В качестве термостабилизаторов, которые свя- зывают НС1, используют эпоксидированное соевое масло, различные основные и средние соли свинца, оловоорганические соединения, мыла Ba, Cd, Са, Zn и некоторых других ме- таллов. В качестве антиоксидантов применяют, на- пример, производные фенолов и бисфенолов, гидрохиноны, производные мочевины и тиомо- чевины и др. Применяют также соединения, по- глощающие УФ-лучи: производные бензофено- нов или бензтриазолов, кумарина, салициловой кислоты. В качестве смазок используют пара- фины, воски, высокомолекулярные кислоты па- рафинового или олефинового ряда и т. п. С физиологической точки зрения ПВХ со- вершенно безвреден. Физиологическая актив- ность различных материалов на основе ПВХ зависит от характера вводимых добавок: ста- билизаторов, смазок, красителей, пластифика- торов и т. п. Вредное действие оказывают про- дукты разложения ПВХ: хлорорганические со- единения, НС1, СО и др. При этом отмечается раздражение глаз и слизистой оболочки носа, а также возбуждение, переходящее в вялость. При горении ПВХ выделяется большое коли- чество тепла, образуется густой плотный дым. В зависимости от количества введенного пластификатора и характера переработки из ПВХ получают электроизоляционные материа- лы: винипласты, пластикаты и пенопласты, а также лаки. При получении материалов из ПВХ обыч- но применяют пластификаторы (например, ди- бутилфталат, трикрезилфосфат). Свойства ПВХ можно модифицировать сме- шением его с другими полимерами или сопо- лимерами. Так, ударная вязкость материалов повышается при смешении ПВХ с хлорирован- ным полиэтиленом, хлорированным или суль- фохлорированным бутилкаучуком, а также с сополимерами стирол-акрилонитрилом или бу- тадиен-стирол-акрилоиитрилом. Материалы из ПВХ иашли широкое при- менение в электротехнике, особенно пластикаты в кабельном производстве. Они применяются
ио Электроизоляционные полимеры Разд. 5 для изоляции защитных оболочек кабельных изделий, изоляции проводов, а также в виде трубок, лент и листов в электрических маши- нах и аппаратах, работающих при промышлен- ных частотах, являются хорошим дугогасящим материалом; находят применение в «стреляю- щих» разрядниках. Перхлорвиниловые полимеры (ПХВП) (код ОКП 22 1930) — продукты ограниченного хло- рирования ПВХ, содержащие 62,5—64,5 °/о связанного хлора. ПВХ подвергают хлорирова- нию с целью повышения адгезии и нагревостой- кости, а также улучшения растворимости. ПХВП имеют улучшенную холодостойкость (до —45 °C) и большую стойкость к действию агрессивных сред по сравнению с ПВХ. Кроме ПХВП промышленностью выпуска- ется и другой продукт хлорирования ПВХ, ко- торый содержит 64—66 % хлора. Этот продукт обладает повышенной иагревостойкостью, но хуже растворяется по сравнению с ПХВП. ПХВП получают хлорированием растворов ПВХ обычно по периодической схеме. Хлори- рование можно осуществлять под действием радикальных инициаторов (перекисей), УФ- или у-излучеиия. Полученный ПХВП выделяют из раствора с помощью осадителя или отгоняют растворитель. В первом случае образуется по- рошок со средним диаметром частиц до 100 мкм, а во втором случае — пористая крош- ка с частицами до 200 мкм. ПХВП — аморфные самозатухающие ма- териалы; молекулярная масса зависит от М ис- ходного ПВХ (обычно 40 000—80 000) и спо- соба хлорирования. Ниже приведены некоторые свойства ПХВП: Плотность при 20 °C, кг/м3 . 1470—1500 Прочность, МПа: при изгибе............. НО при растяжении .... 65—75 Относительное удлинение, °/о 4—6 Модуль упругости, МПа . . 3200 Ударная вязкость, кДж/м2: без надреза............ 400 с надрезом ...................... 5 ps, Ом.................... >108 р, Ом м................... >1014 ег при 50 Гц............... 3,0 tg 6 при 50 Гц............ НО-2 £пр, МВ/м................. 20,0 Температура, °C: стеклования...........• , 85—95 разложения............... 130—145 Теплостойкость, °C: по Мартенсу..................... 70 по Вика......................... 120 ТК I, °C-1...................... (6— 8)-10—5 Холодостойкость, °C ... . ~ —45 Влагопоглощение за 7 сут при 20 °C, на 100 см2, мг . . . 10 ПХВП растворяются (образуя 10—30 Уо- нне растворы) в хлороформе, дихлорэтане, то- луоле, ксилоле, ацетоне н др.; набухают в бен- золе, эфире, четыреххлористом углероде и др.; ие растворяются в гексаие, метаноле, этаноле, бутаноле, петролейном эфире, воде. Разложе- ние нестабилизированиого ПХВП с отщеплени- ем HCI начинается при 90 °C. Нагревание ПХВП в инертной среде при температурах до 330 °C сопровождается выделением НС1 и ок- рашиванием. Длительное нагревание приводит к сшиванию макромолекул. При температурах выше 330 °C образуется бензол, моно- и ди- хлорбеизолы. Конечным продуктом термическо- го разложения является пористый уголь. Дест- рукция ПХВП ускоряется в присутствии окси- дов металлов (FesO3, ZnO, Сг2О3), солей тяже- лых металлов (Fe, Си, Zn) и в результате дей- ствия УФ-излучения. Из ПХВП изготавливаются волокна, ткаин, ленты, лаки и эмали. Покрытия предохраня- ют электрооборудование от коррозии, они стой- ки к действию концентрированных соляной и серной кислот, щелочей, сернистого газа, беи- зи'на, масел, спирта; разрушаются концентриро- ванной азотной кислотой. Модифицирование ПХВП радиационной привитой сополимеризацией с метакриловой кислотой, винилфторидом и акрилонитрилом повышает относительное удлинение и прочность волокон и изделий из ПХВП. За рубежом ПХВП выпускают под назва- ниями: игелит PC (ГДР), ренофлекс, тровидур, вииидур, винифоль (ФРГ), сольвитерм (Фран- ция), ника темп (Япония). Сополимеры винилхлорида (ВХ) (код ОКП 22 1220) получают: а) сополимеризацией ВХ с одним или не- сколькими мономерами (статистические СПЛ); б) прививкой одного или нескольких моно- меров на макромолекулы ПВХ либо прививкой ВХ на макромолекулы других полимеров или сополимеров (привитые СПЛ); в) взаимодействием ПВХ с другими поли- мерами (привитые и блок-сополимеры). Сополимеры ВХ отличаются от ПВХ луч- шими текучестью, растворимостью, иагрево- стойкостью, перерабатываемостью, механичес- кими свойствами, адгезией. Они могут перера- батываться без добавления пластификаторов. Методы получения и переработки СПЛ ана- логичны методам получения и переработки ПВХ. Статистические сополимеры ВХ получают радикальной или ионной сополимеризацией, чаще всего в растворе (30—60 °C, 20—70 ч) или в эмульсии (40—60 °C, 3—10 ч). Наибольшее практическое применение по- лучили следующие статистические сополимеры ВХ. Сополимеры винилхлорида с винилацета- том (код ОКП 22 1222). Свойства СПЛ зави- сят от соотношения между ВХ и винилацета- том. Обычно СПЛ содержат 3—20 % винил- ацетата. Чем больше винилацетата содержит СПЛ, тем он лучше растворяется, перерабаты- вается и обладает лучшей пластичностью, одна- ко при этом снижаются водостойкость, темпе- ратура размягчения, жесткость и твердость. Сополимер, содержащий 15 % винилаце- тата, применяется для получения волокна (виньон) и пленок. Сополимер с содержанием 5 % винилацетата применяется для получения пластических масс. Примерные свойства СПЛ: плотность 1340 кг/м3, температура размягчения 130— 160°C, водопоглощение за 24 ч 0,05 %, проч- ность при растяжении 56—70 МПа, ps равно 1014 Ом, а ег —3,5. За рубежом сополимеры выпускают под
5 5.2 Органические синтетические карбоцепные-полимеры 111 названиями: люковил (Франция), старой, випла- вил (Италия), весторан, виниол (ФРГ), корвик (Великобритания), сольвик (Бельгия), ннполит (Япония), марвинол, крии (США). Сополимеры винилхлорида с акрилонитри- лом (код ОКП 22 1225) содержат обычно 20— 60 % ВХ. Их плотность 1200—1350 кг/м3, тем- пература размягчения 120—135’С, вг-»4,2, tg6“0,027, р«=4,1 -101а Ом-м (при 50°С), во- допоглощеиие ~ 0,4 % за 24 ч. Сополимеры при 20 °C хорошо растворяют- ся, стойки к действию концентрированных растворов кислот и окислителей, при повышен- ных температурах стойки к растворам щелочей и кислот средних концентраций. Сополимеры горят в пламени, но горения не поддерживают, стойки к плесени, моли, гнилостным микроор- ганизмам. Сополимеры применяют главным образом для производства волокна и для получения электроизоляционных материалов. Сополимеры винилхлорида с метилмета- крилатом (ММА) (код ОКП 22 1229), содер- жащие 20 % ММА, используют для получения непластифицированиых прозрачных листовых материалов (винипроз), а СП Л, содержащие 14 % ММА, — для производства электроизо- ляции кабелей. Сополимеры винилхлорида с метилакрила- том (код ОКП 22 1224) представляют собой негорючие белые порошки, растворимые в ди- хлорэтане, диоксане, хлорбензоле. Сополимер, содержащий 16 % метилакрилата, использует- ся для получения кабельных пластикатов, ко- торые имеют более высокие электроизоляцион- ные свойства по сравнению с ПВХ, так как со- держат в своем составе меньше пластификато- ров. Сополимеры винилхлорида с бутилакрила- том (код ОКП 22 1229) (20—25 % последне- го) используют для получения электроизоля- ционных кабельных пластикатов, характеризу- ющихся повышенной холодостойкостью, кото- рая на 15—20 °C ниже, чем у обычных пластн- катов на основе ПВХ. При этом расход плас- тификатора снижается в 1,5—2 раза. Сополимеры винилхлорида с винилиден- хлоридом (ВДХ) (код ОКП 22 1221), содержа- щие 5—95 % ВДХ, получили наиболее широкое практическое применение. При содержании ВДХ до 70 % СПЛ аморфны, лучше растворя- ются и имеют более низкие температуры стек- лования и размягчения, чем поливинилиден- хлорид. Если содержание ВДХ выше 70 %, СПЛ кристалличны. Такие СПЛ содержат 80—95 % ВДХ. Их выпускают в виде порошка белого цвета или гранул размером не более 4,8 мм. Кристаллические СПЛ малогорючи, стойки к действию спиртов, жиров, масел, скипидара, нефтепродуктов, ССЦ, H2SO4 и HNO3 (65 %- ных), соляной и органических кислот: ограни- ченно стойки к бензолу, H2SO4 (98 %-ной), NaOH (50 %-ный раствор); неустойчивы к дей- ствию дихлорэтана, дихлорбензола, кетонов, Эфиров, водных растворов аммиака. Эти СПЛ используют для изготовления жестких изделий (корпусов электрических батарей и аккумуля- торов), пленок и волокна. Аморфные СПЛ, со- держащие 30—60 % ВДХ, — порошки белого цвета; коэффициент полимеризации — от не- скольких сотен до тысячи. Их используют для получения латексов, а также лаков, которые применяют, иапрнмер, для покрытия аккуму- ляторов. Водные дисперсии сополимера при- меняют для пропитки. Сополимеры, содержащие до 20 % ВДХ, — порошки белого цвета; коэффициент полиме- ризации — до нескольких тысяч; обладают луч- шей текучестью и формуемостью, чем ПВХ. Применяются для изготовления различных из- мерительных приборов. Поливинилиденхлорид (ПВДХ) — линей- ный кристаллизующийся полимер белого цвета [—СН2—СС12—]п; получают полимеризацией ВХ по радикальному механизму прн 25—60 °C в эмульсии, растворе, блоке или суспензии. По- лимер размягчается при 185—200 °C, а разла- гается при 210—225 °C. Для практических це- лей обычно используют ПВДХ с М 104—105. Поливинилиденхлорид в аморфном состоя- нии кристаллизуется при 0—150 °C (оптималь- но 60—120 °C). Степень кристалличности до- стигает 40—50 %. Высокомолекулярный ПВДХ растворяется в три (диметиламидо) фосфате, ди- этилсульфоне и тетраметилсульфоне, а при ки- пячении — в тетралине и СС14. Низкомолеку- лярный ПВДХ растворяется также в диоксане и тетрагидрофуране. С уменьшением М прочность ПВДХ резко снижается и одновременно возрастает темпе- ратура хрупкости. При комнатной температуре ПВДХ стоек к действию кислот, щелочей, углеводородов, спиртов, эфиров, кетонов и др. Основная реакция при нагревании — де- гидрохлорирование, причем скорость выделе- ния НС1 на 1—2 порядка больше, чем у ПВХ. Недостаточная нагревостойкость затрудняет переработку ПВДХ, которая возможна лишь в присутствии стабилизаторов. Из ПВДХ можно получать механически прочные, стойкие к действию растворителей и кислот волокна, пленки, литые и прессованные изделия. Однако из-за трудности переработки и стабилизации он имеет ограниченное практи- ческое применение. Некоторые свойства ПВДХ приведены ниже: Плотность, кг/м3.................. 1875 Прочность, МПа: при растяжении .... 40 при изгибе . ..... 100—ПО Ударная вязкость, кДж/м2 . 100—150 Относительное удлинение, % 400—600 р, Ом-м...................... Юн—1014 Ег при 106 Гц................ 3,5 tg б при 106 Гц.............. 0,02—0,08 Температура размягчения, °C 185—200 Коэффициент теплопроводно- ности, Вт/(м-°С).................... 0,09 Удельная теплоемкость, кДж/(кг-°С)........................ 1,32 Теплостойкость по Мартенсу, °C................................. 75—95 Водопоглощение за 24 ч, % . 0,01 Сополимеры винилидеихлорида с акрило- нитрилом (от 20 до 40 %) получают в виде латексов, а также твердых продуктов; порошки белого цвета; М — несколько сотен тысяч. Со- полимеры хорошо растворяются в ацетоне и
112 Электроизоляционные полимеры Разд. 5 других кетонах, некоторых сложных эфирах (например, этилацетате); нерастворимы в спир- тах и хлорорганических ароматических раство- рителях. Их применяют для получения свето- стойкого и прочного волокна, а также масло- и бензостойких пленок и покрытий. Сополимеры винилнденхлорида с бутадие- ном — каучукоподобные материалы; их вулка- низаты по сравнению с бутадиеновым каучу- ком характеризуются повышенной стойкостью к действию растворителей, химической стойко- стью и пониженной горючестью. Поливинилфторид [—СН2—CHF—]п (ПВФ) (код ОКП 22 1319) —твердый продукт белого цвета; получают полимеризацией винил- фторида в присутствии перекисных инициа- торов. ПВФ устойчив к окислению, гидролизу; обладает низкой паро- и газопроницаемостью, отличается высокой атмосферостойкостью. Пленка ПВФ остается прозрачной и гибкой после атмосферных испытаний в течение 16 лет; она обладает высокой стойкостью к истира- нию, эрозии и растрескиванию. При температурах ниже ПО °C ПВФ не растворяется в обычных органических раство- рителях, выше этой температуры он растворя- ется в кетонах, динитрилах, N-замешенных амидах и др. При радиационном облучении в ПВФ имеют место как деструкция, так и «сши- вание» макромолекул. Ниже приведены неко- торые свойства ПВФ: Плотность, кг/м3 . . . 1390 Прочность при растяже- нии, МПа......................... 110 Относительное удлине- ние, %........................... 135 Прочность при изгибе (двойные изгибы), цик- лы ..................... 230 000 Модуль упругости при растяжении, МПа . . 1820 ps, Ом.................. Id» р, Ом-м, при 130 °C . 108 ег при 60 Гц ... . 7,5 Тп..„ °C................ 198 Температура начала разложения, °C . . . 300 Рабочая температура, °C......................... От —70 до 4-120 Из ПВФ получают в основном пленочные материалы, которые используют для изоляции проводов и кабелей. Поливинилиденфторид [—СН2—СРг—]„ (ПВДФ) (код ОКП 22 1319)—кристалличе- ский термопластичный полимер белого цвета, AI — выше 100 000. ПВДФ получают полиме- ризацией винилиденфторида в присутствии ини- циаторов радикального типа. ПВДФ растворяется в диметилацетамиде, ди метилсульфоксиде, диметилформамиде и ие растворяется в кетонах и эфирах. ПВДФ — самозатухающий материал; об- ладает высокой механической прочностью, из- носо- и атмосферостойкостью, стойкостью к ионизирующему и особенно к УФ-излучеиию, действию минеральных кислот (за исключением дымящей H2SO4), щелочей, галогенов и угле- водородов. ПВДФ ие изменяется при нагревании при 150 °C в течение более года; при 340 °C де- структируется с отщеплением HF н образова- нием двойных связей. ПВДФ перерабатывают при 190—270 °C прессованием, экструзией и лнтьем под давле- нием. Изделия из него характеризуются высо- кой стабильностью размеров. Чтобы изготовить из ПВДФ изделия с очень точными размерами, после формования их необходимо медленно ох- лаждать. ПВДФ применяется главным образом для изоляции проводов и кабелей. Широко исполь- зуются его пьезоэлектрические свойства (см. т. III). Ниже приведены основные свойства ПВДФ: Плотность при 25 °C, кг/м3 1760 Гпл, °C................... 170—180 Прочность, МПа: при растяжении ... 50 при сжатии .... 70 Модуль упругости, МПа: при растяжении . . . 1000—1600 при сжатии................... 2800 при изгибе................... 1400 Ударная вязкость по Изо- ду, кДж/м1 2: образцы с надрезом 16,4 образцы без надреза . 164 Твердость по Шору (шка- ла Д) ........................... 80 Твердость по Роквеллу . . ПО Относительное удлинение’, %......................... 30—300 р, Ом-м................... 2-10i2 ег при 106 Гц............. 6,6 tgб при 106 Гц . . . . 0,17 £пр при толщине образца 0,35 мм, МВ/м............. 40 Коэффициент теплопровод- ности, Вт/(м-°С) .... 0,126 Удельная теплоемкость, кДж/(кг-°C)............... 1,38 Теплостойкость по Вика, °C 166 Водопоглощеиие за 24 ч, % 0,04 Длительная рабочая тем- пература, °C ............. От—70 до-(-150 1 В зависимости от условий охлаждения поли- мера при формовании. Торговые марки ПВДФ: фторлои-2 (СССР), кайнар-21 и кайиар-18 (США), KF-полимер (Япония). Сополимеры винилиденфторида (СВДФ) (код ОКП 22 1320) с гексафторпропиленом нли с перфторметилвиннловым эфиром обладают каучукоподобными свойствами. Макромолеку- лы СВДФ имеют следующую общую формулу: L _ где X — CF3 или CF3O. Сополимеры получают эмульсионной сопо- лимеризацией мономеров в присутствии ини- циаторов. СВДФ не имеют запаха, их цвет — от белого до светло-кремового. Нерастянутые образцы аморфны. СВДФ характеризуется зна- чительным межмолекулярным взаимодействи- ем. Этим объясняется их высокая (больше, чем у других синтетических каучуков) жесткость.
§ 5.2 Органические синтетические карбоцепные полимеры 113 Соотношение мономеров в СВДФ может изменяться в широких пределах. Например, в СВДФ с гексафторпропиленом содержание по- следнего может быть 40—85 % (мае.). С уве- личением содержания гексафторпропилеиа по- вышается эластичность, но уменьшается меха- ническая прочность. Сополимеры хорошо растворяются в кето- нах, сложных эфирах и некоторых галогенсо- держащих углеводородах; ие растворяются в спиртах, углеводородах. Сополимеры отличаются высокой нагрево- стойкостью, стойкостью к действию озоиа и УФ-излучения. До 250 °C у сополимеров от- щепляются галогенводороды и происходит сла- бое сшивание макромолекул, при более высо- ких температурах — деструкция и сшивание об- разующихся фрагментов. Сополимеры не поддерживают горения: за- гораются в пламени и затухают при его уда- лении. Радиационная стойкость невысока. Прн од- новременном действии излучений высокой энер- гии и. повышенных температур СВДФ утрачи- вают каучукоподобные свойства. Сополимеры применяются для изоляции проводов и кабелей, которые могут эксплуати- роваться при температурах 200 °C и выше в контакте с маслами, топливами, смазками. Некоторые свойства СВДФ приведены в табл. 5.6. Политрифторхлорэтилеи [—CF2—CFC1—]„ (ПТФХЭ) (код ОКП 22 1311) —линейный тер- мопластичный кристаллический полимер белого цвета получают в промышленности радикаль- ной полимеризацией трнфторхлорэтилена в массе, суспензии или эмульсии в присутствии инициатора. Для технических целей применяют ПТФХЭ с М = 56 ООО-ь 200 000. Степень кристал- личности, размеры кристаллитов и физико-ме- ханические свойства ПТФХЭ сильно зависят от условий термообработки и охлаждения. Макси- мальной степенью кристалличности (80 % н выше) и макрокристаллической структурой об- ладает полимер, медленно охлажденный (неза- каленный) из расплава до температуры ниже 150 °C. Для такого ПТФХЭ характерны мут- ность, повышенные плотность, твердость и ме- ханические свойства. Наименьшую степень кри- сталличности (12—40 %) и микрокристалличе- скую структуру имеет быстро охлажденный (закаленный) ПТФХЭ, который отличается прозрачностью в тонких слоях, пониженной плотностью н более высокой эластичностью, чем закристаллизованный. Отжиг (прогрев) за- каленного ПТФХЭ при 150—195 °C приводит к существенному возрастанию степени кристал- Таблица 5.6. Показатели сополимеров вииилидеифторида Показатели Сополимер винилиденфторида с гексафтор- пропиленом перфторметилви- ниловым эфиром Плотность, кг/м3 р, Ом-м tg 6 £вд, МВ/м 1800—1860 1,4-101° 0,02 5—10 1800—1900 1,0-1011 0,04 10—20 Рис. 5.10. Зависимость tg 6 фторопласта-3 от температуры личности, плотности и снижению эластичности. ПТФХЭ не горюч, атмосферостоек, химиче- ски инертен, имеет низкую влаго- и газопрони- цаемость, характеризуется высокими механиче- скими свойствами и низкой хладотекучестью. Основные свойства ПТФХЭ приведены в табл. 5.7 и на рис. 5.10. В области низких частот ПТФХЭ имеет высокие электроизоляционные свойства (табл. 5.7), которые практически не изменяются в ус- ловиях повышенной влажности вследствие ис- ключительной влагостойкости и несмачиваемо- сти водой. Применение ПТФХЭ при высоких частотах ограничивается значительными ди- электрическими потерями, поскольку основные звенья макромолекул имеют несимметричное строение. ПТФХЭ стоек к действию растворов ще- лочей, кислот, сильных окислителей (Н2О2, озон), газообразных F2 и С12; разрушается под действием расплавленных щелочных металлов. При комнатной температуре ПТФХЭ не рас- творяется ни в одном из известных органиче- ских растворителей, но набухает в эфире, ксилоле, тетрахлорэтилене, этнлацетате; рас- творяется в 2,5-днхлорбензотрифториде, о-хлор- бензотрифториде и некоторых других раство- рителях при температурах выше их температур кипения. ПТФХЭ стоек при нагревании на воздухе до 250 °C. При нагревании его при 260—270 °C (10 ч и более) снижается М ПТФХЭ, но потери массы незначительны. С повышением температу- ры до 300 °C степень деструкции значительно возрастает. При 350 °C и выше ПТФХЭ дест- руктируется с образованием газообразных ток- сичных продуктов. Поэтому ПТФХЭ следует перерабатывать в помещениях, оборудованных хорошей приточно-вытяжной вентиляцией. Осо- бую опасность представляют пожары в закры- тых помещениях, где хранится или перерабаты- вается ПТФХЭ. Перерабатывается ПТФХЭ обычными для термопластов методами: прес- сованием, литьем под давлением, экструзией и др. ПТФХЭ применяют для изоляции проводов и кабелей, для изготовления различных дета- лей для радио- и электротехнической промыш- ленности. Пленки из ПТФХЭ применяют в про- изводстве конденсаторов и фольгированных ди- электриков. Высокомолекулярный ПТФХЭ выпускают под названиями: фторлон-3* (СССР), кель-F (США), хоста- * Пластические массы на основе фторлонов при- нято называть фторопластами, например фторо- пласт-3, фторопласт-4 и т. д.
114 Электроизоляционные полимеры Разд. 5 Таблица 5.7. Показатели политрифторхлор- этилеиа (ПТФХЭ) и политетрафторэтилена (ПТФЭ) Показатель ПТФХЭ ПТФЭ Плотность, кг/м3 Прочность, МПа; 2090—2160* 2150—2240 при растяже- нии 30—40 14—35 при статичес- ком изгибе Модуль упруго- сти при изгибе, МПа: 60—80 11 — 14 при 20 °C 1160—1450 470—850 при —60 °C Относительное уд- линение, %: 2510—2600 1300—2800 иезакалеииый 20—40 250—500 закаленный 70—200 — Ударная вяз- кость, кДж/м2 20*—160 10—100 ре, Ом 10»’ 101’ р, Ом’М 8г при: 1,2-101в 1016—1018 50 Гц 3,0 1,9—2,2 103 Гц 2,8 1,9—2,2 10» Гц tg 5 при: 2,5—2,7 1,9—2,2 50 Гц 0,015 0,0002— 0,00025 103 Гц 0,024 0,0002— 0,00025 106 Гц Еар, МВ/м, при толщине, мм: 0,010 0,0002— 0,00025 4 — 25—27 2 13—15 — 5—20 мкм 200—250 Дугостойкость, с >360 250 Тпл, °C Коэффициент теп- лопроводности, Вт/(м-°С) 210—215 327** 0,232 0,252 Удельная тепло- емкость, кДж/(кг-°С) 0,92 1,05 ТК 1, °C-1 Теплостойкость, °C: (6—12) -Ю-9 (8—21)-10-5 (от —60 до 4-280 °C) по Вика 130 — по Мартенсу 70 — Водопоглощение за 24 ч, % 0,00 0,00 Длительная рабо- От—195 до От —269 чая температу- ра, °C 4-190*** до 4-260 * Закристаллизованный полимер. •* Расплав полимера не течет. *** Если материал должен оставаться эластич- ным. то верхний предел рабочей температуры снижа- ют до 150—130 ®С. флон (ФРГ), вольталеф (Франция), дайфлон (Япония). Сополимеры трифторхлорэтилена с этиле- ном Г—CF2—CFC1—СН2—СН2—]„ (СТФХЭ) (код ОКП 22 1320) имеют примерно эквимо- лярное соотношение звеньев. Степень кристал- личности 45—60 %. Сополимеры не растворя- ются при 20 °C в обычных растворителях, на- бухают в галогенсодержащих углеводородах при 50—120 °C, стойки К действию растворов щелочей, жидкого кислорода и других агрес- сивных сред. Сополимеры характеризуются по- годо-, холодо- и износостойкостью, низкой га- зопроницаемостью, самозатуханием. В отличие от политрифторхлорэтилена СПЛ стойки к ионизирующей радиации. СТФХЭ перерабатываются всеми метода- ми, пригодными для переработки термопластов. Они применяются для изоляции проводов и кабелей. Основные свойства приведены в табл. 5.8. Сополимеры трифторхлорэтилена с винили- денфторидом [—CF2—CFC1—СН2—CF2—(код ОКП 22 1320) в зависимости от состава могут быть кристаллическими или аморфными, жест- кими или эластичными. Сополимеры, содержащие в своем составе более 30 % молекул винилиденфторида, элас- тичны и обладают каучукоподобными свойст- вами. Сополимер, содержащий 20—30 % моле- кул винилиденфторида, — гибкий материал, растворимый в кетонах, сложных эфирах, тет- рагидрофуране. Химическая стойкость СПЛ близка к стойкости политрифторхлорэтилена. Сополимеры, содержащие менее 15 % звеньев винилиденфторида, — твердые нерастворимые продукты, близкие по свойствам к политри- фторхлорэтилену, однако имеющие более низ- кую степень кристалличности (60 %), повы- шенную эластичность и лучшую способность к переработке. Сополимеры применяют для изоляции про- водов и кабелей, изготовления фольгированных диэлектриков. Основные свойства СПЛ (15 % звеньев винилиденфторида) приведены в табл. 5.8. Политетрафторэтилен [—СРг—СРг—]„ (ПТФЭ) (код ОКП 22 1312)—линейный тер- мопластичный кристаллический полимер бело- го цвета; получают суспензионной или эмуль- сионной полимеризацией тетрафторэтилена в присутствии инициаторов. Для технических це- лей используют ПТФЭ с М от нескольких со- тен тысяч до 10 млн. Степень кристалличности ПТФЭ около 90 %. Кристаллическая структу- ра ПТФЭ нарушается около 327 °C; полимер становится прозрачным и переходит в высоко- эластнческое состояние, которое сохраняется (без перехода в вязкотекучее) вплоть до тем- пературы интенсивного разложения (около 415 СС). В зависимости от скорости охлажде- ния можно получить закаленные полимеры (при очень быстром охлаждении) со степенью кри- сталличности около 50 % и плотностью 2150 кг/ /м3 или же незакаленные (прн очень медлен- ном охлаждении) со степенью кристалличности 65—75 % и плотностью 2200—2300 кг/м3. Кон- формация цепи — спираль. Из всех известных полимеров ПТФЭ наи- более химически стоек. Он не горит, при тем- пературах до 260 °C не растворяется ни в од- ном растворителе, на него не действуют кис-
§ 5.2 Органические синтетические карбоцепные полимеры 115 • Таблица 5.8. Показатели сополимеров трифторхлорэтилена Показатель Сополимер трифторхлор- этилена с этиленом вииилиденфто- ридом Плотность, кг/м3 1680—1700 2100—2120 Прочность при растяжении, МПа Относительное 35—55 26,0—31,5 200—400 150—180 удлинение, % Твердость по Шо- 75 73 ру (шкала Д) р, Ом-м 1014—1018 1016—101® 8г tg 6 при: 2,6—2,5 2,27—2,37 60 Гц <0,0007 — 103 Гц 0,003 — 10е Гц 0,013 0,0082 108 Гц — 0,0048 Водопог лощение за 24 ч, % Тпл, °C <0,01 0,00 240—245 183—202 ТК 1, °C-1 (от (8—16,5) X — —30 до 180 °C) ХЮ-5 Длительная рабо- чая температура, °C 165 150 лоты и щелочи, сильные окислители и другие агрессивные вещества. ПТФЭ не выдерживает лишь воздействия расплавленных щелочных металлов, а также трехфтористого хлора, га- зообразного фтора при 150 °C или при повы- шенном давлении; набухает в перфторкеросине при температурах около 300 °C. ПТФЭ не смачивается водой при кратко- временном погружении, но смачивается при длительном (15—20 сут) пребывании в дистил- лированной воде, стоек к воздействию тропи- ческого климата и не подвержен действию грибковой плесени. Деструкция со значительным выделением газообразных продуктов начинается при тем- пературах выше 415 °C. Физиологически ПТФЭ безвреден. ПТФЭ обладает исключительно высокими электроизоляционными свойствами, которые практически не меняются при изменении часто- ты тока от 50 до 1010 Гц и при повышении температуры до 200 °C; одиако ПТФЭ облада- ет низкой короностойкостью. ПТФЭ имеет низ- кий коэффициент трения. Для него характерна ползучесть под действием даже небольших ме- ханических нагрузок уже при 20 °C. Для сни- жения ползучести в ПТФЭ вводят наполнители; стекловолокно, дисульфид молибдена и др. Свойства ПТФЭ приведены в табл. 5.7. ПТФЭ нельзя перерабатывать обычными для термо- пластов методами из-за очень высокой вязко- сти расплава. Для его переработки применяют специальные методы. ПТФЭ имеет плохую ад- гезию к различным материалам, поэтому перед склеиванием его поверхность подвергают осо- бой обработке (например; химическое травле- ние, обработка в тлеющем разряде). Композиции ПТФЭ с различными напол- нителями (стекловолокно и др.) по износостой- кости превосходят ПТФЭ в 500—600 раз. При нагревании ПТФЭ выше 250 °C необ- ходимо помещение и установки оборудовать приточно-вытяжной вентиляцией, так как в этих условиях начинается выделение высоко- токсичных газообразных продуктов, содержа- ние которых резко возрастает при температу- рах выше 415 °C. На основе ПТФЭ получают различные ма- териалы, которые широко применяют в радио- и электротехнике в качестве электрической изо- ляции для проводов, кабелей, конденсаторов, трансформаторов и других устройств, работаю- щих в агрессивных средах, а также при низ- ких и высоких температурах. ПТФЭ выпускают под названиями: фтор- лон-4 (СССР), тефлон (США), сорефлон (Франция), полифлон (Япония), альгофлон (Италия), хостафлои (ФРГ), флюои (Велико- британия). Сополимеры тетрафторэтилена с гексафтор- пропилеиом [—CF2—CF2—CF2—CF—]n (код CF3 ОКП 22 1321) содержат до 20 % звеньев гек- сафторпропилена; степень кристалличности 40— 50 %. По комплексу свойств СПЛ близки к ПТФЭ, однако их М и вязкость расплава ни- же, чем у ПТФЭ, благодаря чему СПЛ можно перерабатывать обычными дли термопластов методами. Изделия из СПЛ более прочны и прозрач- ны, чем из ПТФЭ; их можно сваривать. При облучении СПЛ сшиваются, при этом увеличи- ваются предел текучести и относительное удли- нение при кратковременном действии высоких температур (до 350 °C), а ударная вязкость, прочность при изгибе и растяжении незначи- тельно снижаются. Сополимеры не поддерживают горения. За- метная деструкция на воздухе начинается при 400 °C. Сополимеры нерастворимы в растворите- лях, по химической стойкости они не уступают ПТФЭ. Электроизоляционные свойства высоки и мало изменяются в широком интервале темпе- ратур (до 200 °C) и частот. При дуговом раз- ряде иа поверхности СПЛ отсутствуют следы обугливания. Из СПЛ изготавливают различные мате- риалы (пластмассы, пленки, волокна, пеноплас- ты и др., которые применяются для изоляции высоковольтных высокочастотных проводов и кабелей, для изоляции коаксиальных кабелей с большим диаметром проводников, для фольги- рованных диэлектриков и др. целей). Свойст- ва СПЛ приведены в табл. 5.9. Сополимеры тетрафторэтилена с этиленом [—CF2 — CF2— CHz-CH2— In (код ОКП 22 1321) содержат не меиее 74 % (мае.) тетра- фторэтилена; степень кристалличности 50— 60 %. По сравнению с ПТФЭ обладают более высокими прочностью при изгибе и растяжении, ударной вязкостью, стойкостью к прорезанию и истиранию, сопротивлением раздиру, а также минимальной ползучестью под нагрузкой. По иагревостойкости и электрическим свойствам СПЛ уступают ПТФЭ.
116 Электроизоляционные полимеры Раед. 5 Таблица 5.9. Показатели сополимеров тетрафторэтилеиа Показатель Сополимеры тетрафторэтилеиа с гексафторпро- пиленом этиленом перфторалкилпер- фторвиииловьши эфирами Плотность, кг/м3 2145—2160 1700 2120—2170 Прочность при растяжении, МПа 23 36 31,5 Модуль упругости при изгибе, МПа 600 1400 700 Относительное удлинение, % 320 300 300 Твердость по Шору (шкала Д) 55 75 60 Твердость по Реквеллу Rc 25 50 — р, Ом-м >1015 101* 1Q15-1016 Ег при: 103 Гц 2,1 2,6 106 Гц 2,1 2,6 2,1 108 Гц 2,1 — — . .1 tg 5 при: 103 Гц 0,0002 0,0008 106 Гц 0,0007 0,005 0,0002—0,0003 103 Гц 0,0004 — ——- Тпл, °C 275—290 265—270 301—310 Коэффициент теплопроводности, Вт/(м-°С) 0,209 0,24 — Удельная теплоемкость, кДж/(кг-°С) 1,17 1,93—1,97 — ТК 1, °с-> (4,6—5,8)-10-5 (9-14)- IO-5 6,7-10-6 Водопоглощеиие за 24 ч, % <0,01 <0,1 0,03 Длительная рабочая температура, °C 205 180 260 По растворимости и химической стойкости СПЛ близки ПТФЭ. Сополимеры самозатуха- ют на воздухе, отличаются высокой стойко- стью к ионизирующему и УФ-излучению. В от- личие от ПТФЭ, СПЛ сшиваются под действи- ем ионизирующего облучения. Сополимеры перерабатываются обычными для термопластов методами. Их применяют для изоляции проводов и кабелей, катушек, бо- бин, соединителей, выключателей и др. Свойства СПЛ приведены в табл. 5.9. Сополимеры тетрафторэтилеиа с перфтор- алкилперфторвиииловыми эфирами [—CF2— —CF2-CF2-CF— I (где R/ — перфторалкиль- Cfy _ п иая группа) (код ОКП 22 1321) отличаются от СПЛ тетрафторэтилеиа с гексафторпропиленом более высокой нагревостойкостью. Их проч- ность при растяжении после нагревания при 280 °C в течение 2000 ч не ухудшается; прн 250 °C прочность при растяжении на 40 %, а жесткость в 2 раза выше, чем у ПТФЭ. Проч- ность при изгибе у СПЛ такая же, как у ПТФЭ, и в 5 раз больше, чем у СПЛ тетра- фторэтилеиа с гексафторпропиленом. Сополимеры применяют для изоляции про- водов и кабелей, причем изоляцию можно на- носить на голый медный провод, а также иа провода, покрытые оловом или никелем. Свой- ства СПЛ приведены в табл. 5.9. ПОЛИВИНИЛОВЫЙ СПИРТ И ЕГО СЛОЖНЫЕ ЭФИРЫ Поливиниловый спирт (ПВСП) сн2—СП—~ он п (код ОКП 22 1520) —твердый полимер бе- лого цвета без вкуса и запаха; нетоксичен, со- держит микрокристаллические образования. В промышленности ПВСП получают мета- нолизом поливинилацетата в присутствии кис- лотных или щелочных катализаторов. Основным растворителем ПВСП иа прак- тике служит вода; растворим он также в ди- метилформамиде и многоатомных спиртах. Стоек к действию масел, жиров, алифатиче- ских и ароматических углеводородов. Пленки и изделия из ПВСП отличаются высокой поверхностной твердостью и низкой хладотекучестью. Пленки обладают низкой га- зопроницаемостью (в 15—20 раз меньшей, чем пленки резины из натурального каучука). Это связано с наличием водородных связей между звеньями макромолекул ПВСП. В ориентированных пленках предел проч- ности при растяжении доходит до 400 МПа. Ниже приведены некоторые свойства ПВСП: Плотность, кг/м3............. Прочность, МПа: при растяжении .... прн статическом изгибе . Модуль упругости при изгибе, МПа.......................... Относительное удлинение, % Теплостойкость, °C: по Мартенсу.............. по Вика................... ТК I, °C-1................... 1210—1320 100—140 60—65 5400 3—5 135—145 150—160 (7—12)-10—5 ПВСП находит широкое применение для синтеза поливинилацеталей, используемых при получении эмальлаков. Из него получают га- зонепроницаемые пленки и волокно (винол), обладающие стойкостью к истиранию, высокой механической прочностью, химической стойко-
§ 5.2 Органические синтетические карбоцепные полимеры 117 стью, стойкостью к воздействию микроорганиз- MOB. Поливинилацетат (ПВАЦ) СН2—СН— OCOCH3Jn (код ОКП 22 1511) — аморфный прозрачный бесцветный полимер без запаха, нетоксичен; Л1=100 000—500 000. Получают ПВАЦ радикальной полимериза- цией винилацетата в блоке, растворе, суспен- зии. Один из наиболее распространенных в промышленности методов получения ПВАЦ — полимеризация винилацетата в растворе («ла- ковый метод») по периодической или непрерыв- ной схеме. В больших количествах ПВАЦ про- изводится в виде водных дисперсий с размером частиц от 0,05 до 2 мкм и содержанием твер- дой фазы 50—55 %. ПВАЦ — полярный полимер, хорошо рас- творимый в кетонах, сложных эфирах, хлори- рованных и ароматических углеводородах, бен- зине, керосине, минеральных маслах, скипида- ре, гликоле, глицерине, цнклогексаноле. ПВАЦ обладает хладотекучестью; он срав- нительно стоек к старению в атмосферных ус- ловиях. Прн охлаждении до —5<-10°С стано- вится хрупким, а при нагревании выше 160 °C деструктирует. Для изотропных пленок ПВАЦ предел прочности при разрыве около 40 МПа. Проч- ность же ориентированных пленок может до- стигать 400 МПа. Пленки лаков ПВАЦ прозрачны, бесцвет- ны и светостойки; имеют хорошую адгезию к стеклу, коже и ткани. ПВАЦ служит исход- ным сырьем для получения поливинилацеталей. В электрической изоляции ПВАЦ применя- ют в ограниченном количестве в виде клеящих лаков. За рубежом ПВАЦ выпускают под на- гваннями: винилит X, родопас, мовилит, джел- ва и др. Поливинилацетали —СН2—СН—СН2— СН— О — СН—О I R (ПВАЦЛ) (код ОКП 22 1501) получают гид- ролизом ПВАЦ с последующим присоединени- ем альдегида к образовавшемуся ПВСП. По- этому кроме ацетальных групп полимер содер- жит ацетильные и гидроксильные группы. Физические свойства ПВАЦЛ зависят от степени полимеризации исходного ПВАЦ, со- отношения гидроксильных, ацетильных и аце- тальных групп в полимере и химического строения ацеталирующего соединения. Чем выше степень полимеризации (до не- которого предела), тем выше температура раз- мягчения, прочность при растяжении, относи- тельное удлинение и холодостойкость полиме- ра. С увеличением степени ацеталирования прочность при растяжении, температура раз- мягчения н твердость уменьшаются, но возра- стают водостойкость и эластичность и улуч- шаются электрические характеристики. Все ПВАЦЛ низших альдегидов отлича- ются высокой адгезией к различным материа- лам, обладают хорошими химической стой- костью, прозрачностью и светостойкостью. Поливинилацетали можно подвергать эте- рификации, оксиэтилированию, получая про- дукты с ценными свойствами. При обработке ПВАЦЛ многоосновными кислотами, глиокса- лем, диизоцианатами и фенолоформальдегид- ными смолами получают сшитые полимеры. Поливинилформаль (ПВФМ) (код ОКП 22 1504) — ацеталь ПВСП и формальдегида — содержит 68—72 % звеньев ПВФМ, 26—29 % ПВСП и 2—3 % ПВАЦ; применяется для из- готовления электроизоляционных лаков (лак метальвин) и клеев. За рубежом ПВФМ выпускают под назва- ниями: формвар, формадур, мовиталь F, тело- форм F, ревиль F, ровиналь F и др. Поливинилэтилаль (ПВЭ) (код ОКП 22 1515)—ацеталь ПВС и ацетальдегида — содержит 78—83 % звеньев поливинилэтилаля, 14—19 % ПВСП и до 3 % ПВАЦ; применяется для производства лаков. За рубежом ПВЭ выпускают под назва- ниями: альвар, мовиталь А, ревиль А. Поливинилформальэтилаль (ПВФЭ) (код ОКП 22 1513)—ацеталь ПВСП и формальде- гида и ацетальдегида — содержит 37—38 % звеньев поливинилэтилаля, 41,5—43,5 % поли- винилметилаля, 16,5—17,5 % ПВСП и до 3 % ПВАЦ; применяется для приготовления элек- троизоляционных лаков. Поливинилбугираль (ПВБ) (код ОКП 22 1512)—ацеталь ПВСП и масляного альде- гида— содержит 65—78 % звеньев ПВБ, 19— 32 % ПВСП и не более 3 % ПВАЦ; применя- ется для получения лаков и эмалей. За рубежом выпускают под названиями: бутвар, винилит, XYSG, XYHL, бутацит, мови- таль В, пиолоформ В, ревиль В, ровиналь В. Поливииилбутиральфурфураль ( П В БФ) (код ОКП 22 1516) — ацеталь ПВСП и двух альдегидов — масляного и фурфурола; нахо- дит применение в качестве связующего для высокопрочных нагревостойких слоистых пла- стиков и клеев. Поливинилкеталь (ПВКТ) (код ОКП 22 1519) — ацеталь ПВСП и циклогексанона— содержит 44—70 °/о звеньев ПВКТ, 54—27 % ПВСП и 2—3 % ПВАЦ; применяется в ком- позициях с резольными и другими термореак- тивными смолами для изготовления нагрево- стойких клеев и высокопрочных нагревостой- ких эмалей для изоляции проводов и деталей электротехнических приборов. Из ПВАЦЛ наибольшее применение име- ет поливинилформальэтилаль — лак винифлекс для изготовления высокопрочных проводов класса нагревостойкости А. При этом приме- нении ПВФЭ модифицируют резолом в отно- шении 3 : 2. В табл. 5.10 приведены свойства ПВАЦЛ. ПОЛИАКРИЛАТЫ, ПОЛИМЕТАКРИЛАТЫ, ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛ Полиакрилаты (ПАК) (код ОКП 22 1600) — полимеры сложных ты общей формулы эфиров акриловой кнсло- —СН2—СН— , где R — COOR.л алкильная или арильная группа.
118 Электроизоляционные полимеры Разд. 5 Таблица 5.10. Показатели поливинилацеталей Показатель ПВФМ пвэ ПВФЭ ПВБ ПВБФ пвкт Плотность, кг/м3 Прочность, МПа: 1250 1350 1200 1100 1050 1180 при растяжении 60—70 60—70 60—70 45—55 45 75—80 при статическом изгибе 130 130 120 80—140 106 100—140 Ударная вязкость, кДж/м2 15—30 10—30 15—30 60—100 100 — Модуль упругости при изгибе, МПа 4000 3300 3200 2000—2200 2390 3300 Относительное удлинение, % 5—10 5—10 5—11 15—25 4—15 4—8 р, Ом-м 3- 10м 8-10“ 5-10“ 3-10“ 5-10“ 1,5-10“ ps, Ом 4-10“ 1013 10“ 4-10“ 5-10“ 10“ 8г при 103 Гц 4,5 3,1 3,4 3,4 3,3 4,0 8г при 10е Гц 3,3 2,6 3,1 2,9 2,8 tg 6 при 103 Гц 0,031 0,006 0,010 0,007 0,006 0,03 tg 5 при 10е Гц £пР, МВ/м Теплостойкость, °C: 0,029 0,016 0,027 0,024 0,022 — 26 27—35 28 33,4 25 —•- по Мартенсу 90—95 95—100 95 50—55 55—60 90 по Вика 150—120 118—120 120 72—76 75—85 115 ТК 1, °C 5,4-10—& — — 9,2-10—3 1,3- 10—5 — Водопоглощение за 24 ч при 20 °C, % 16—20 1,2 8,0 0,5—0,6 0,4 1,2 Длительная рабочая темпера- тура, °C 105 — 105 —• — — ПАК — бесцветные прозрачные полимеры от вязких жидкостей до твердых хрупких про- дуктов в зависимости от степени полимериза- ции и природы органических групп. ПАК получают радикальной полимериза- цией соответствующих мономеров в массе, ра- створе, суспензии и наиболее часто в эмуль- сии (промышленный метод) в присутствии пе- рекисных инициаторов. ПАК растворимы в собственных мономе- рах, хлорированных и ароматических углево- дородах, сложных эфирах, кетонах; при обыч- ных температурах оии стойки к действию воды, разбавленных растворов кислот и щелочей. Увеличение длины алкильного радикала (R) приводит к возрастанию водостойкости, холо- достойкости и эластичности, но при этом сни- жается бензо- и маслостойкость, уменьшается плотность. Некоторые свойства ПАК приведены в табл. 5.11. ПАК и их СПЛ применяют для производ- ства листовых и пленочных материалов, клеев. Полиметакрилаты (ПМА) — полимеры сложных эфиров метакриловой кислоты об- щей формулы R — алифатическая, карбоциклическая или ге- тероциклическая группа. ПМА получают радикальной полимериза- цией эфиров метакриловой кислоты в массе, эмульсии, суспензии, реже — в растворе, под действием перекисей, азосоединений, ультра- фиолетового и у-облучеиия. Стереорегулярные ПМА получают анион- ной полимеризацией в присутствии металлоор- ганических катализаторов в неполярных раст- ворителях, щелочных металлов в жидком ам- миаке и др. ПМА растворимы в собственных мономе- рах, в хлорированных и ароматических угле- водородах, сложных эфирах, кетонах. Раство- римость в органических растворителях зависит от значения органического радикала (R). Стой- ки в воде, щелочах, водных растворах неорга- нических солей и большинстве разбавленных кислот, за исключением HF; не стойки к дей- ствию концентрированных минеральных кис- лот. ПМА при одинаковых с ПАК органичес- ких радикалах отличаются более высокими температурой размягчения, твердостью, а так- же повышенной химической стойкостью, водо- стойкостью и стойкостью к гидролизу. ПМА поддаются механической обработке. Области применения ПМА в электрической изоляции — в виде листов органического стек- ла (полиметилметакрилат), труб, прессован- ных или литых деталей в производстве при- боров в тех случаях, когда не требуется боль- шая нагревостойкость, но нужны высокие электроизоляционные свойства, химостой- кость, влагостойкость и способность к меха- нической обработке. Благодаря хорошим дуго- гасящим свойствам ПМА могут применяться как газогенерирующие материалы. Из ПМА наиболее широкое применение в промышлен- ности нашел полиметилметакрилат — ПММА (код ОКП 22 1620), известный под названия- ми «органическое стекло», «плексиглас» и др. Ниже приведены свойства полиметилмета- крилата:
§ 5.2 Органические синтетические карбоцепные полимеры 119 Таблица 5.11. Некоторые показатели полиакрилатов Полимер Прочность при растяже- нии, МПа Относительное удлинение, % Температура, °C стеклования хрупкости Полиметилакрилат 7,1 750 8— 10 3—4 Полиэтилакрилат 0,2 1800 —22-г —25 —18-е- —24 Поли-н-бутилакрилат 0,02 2000 —54-? —56 —40-г- —44 Плотность, кг/м3.............. 1180—1190 Прочность, МПа: при растяжении . . . , 60—80 при сжатии............... 100—120 при статическом изгибе . 80—120 Относительное удлинение, % 2—4 Ударная вязкость, кДж/м2 . 10,5—18 Модуль упругости при растяже- нии, МПа..................... 2700—2900 Теплостойкость, °C: по Мартенсу.................. 60—90 по Вика.................. 105—115 Удельная теплоемкость, кДж/ /(кг-°С)....................... 1,425—1,508 Коэффициент теплопроводно- сти, Вт/(м-°С)...............0,139—0,185 ТК/, °C-1.................... 8-10—5 Водопоглощение за 24 ч, % . 0,2 р, Ом-м...................... 101°—1 Iй ps, Ом.......................1Q12—1013 Ег при 50 Гц....................... 3,6 Ег при 106 Гц...................... 2,6 tg 6 при 50 Гц............... 0,06 tgб при 10б Гц..............0,01—0,02 £пр, МВ/м....................... 15—25 Свойства стереорегулярных изомеров по- лиметакрилата представлены в табл. 5.12. ПММА в последние годы нашел примене- ние в производстве оптических волокон для изготовления сверхгибких оптических кабелей. Полиакрилонитрил '— СН2—СН—' (ПАКН) (код ОКП 22 1692) —линейный труд- нокристаллизующийся полимер белого цвета— в промышленности получают радикальной по- лимеризацией акрилонитрила в гетерогенных и гомогенных условиях по периодической или непрерывной схеме. Вследствие наличия сильиополярных групп CN ПАКН растворяется только в очень Таблица 5.12. Показатели изомеров полиметилметакрилата Конфигурация цепи полиметилметакрилата т . ст’ °C т , пл’ еС Плотность аморфного полимера при 30 °C, кг/м* Синдиотакти- 115 200 1190 ческая Изотактическая 45 160 1120 Блок-сополимер изо- И синдио- етруктуры 60—95 170 1200—1220 полярных растворителях, например диметил- формамиде, диметилацетамиде, диметилциаи- амиде, тетраметилеисульфоне, диметилсульфок- сиде и др. Молекулярная масса ПАКН 40 000—70 000, плотность 1140—1150 кг/м3; температура стек- лования от 86 до 97,5 °C. ПАКН обладает вы- сокой механической прочностью и высокой температурой размягчения (220—230 °C) с од- новременным разложением. Поэтому формова- ние изделий из него связано со значительными трудностями. ПАКН стоек в широком диапа- зоне температур к действию спиртов, углеводо- родов, кетонов, эфиров и др. Растворы едкого натра легко разрушают полимер. ПАКН при- меняется в основном для получения механиче- ски прочных нагревостойкнх волокон. Акрилонитрил входит в состав различных СПЛ, применяемых в промышленности для производства химических волокон, пластичес- ких масс и каучуков. Для переработки в во- локна наиболее широко применяют СПЛ акри- лонитрила с винилхлоридом, винилиденхлори- дом, винилацетатом, метилметакрилатом. При сополимеризации акрилонитрила с бутадиеном получаются бутадиен-нитрильпые каучуки, не набухающие в бензине, керосине, смазочных маслах. Сополимеры, содержащие в своем составе акрилонитрил, как правило, лишены недостат- ков, присущих ПАКН. Введение акрилонитри- ла в состав СПЛ повышает температуру раз- мягчения и поверхностную твердость, увеличи- вает предел прочности при изгибе и в некото- рых случаях улучшает химическую стойкость. ВИНИЛОВЫЕ ПОЛИМЕРЫ С ЦИКЛИЧЕСКИМИ ЗАМЕСТИТЕЛЯМИ Полистирол (ПС) (код ОКП 22 1410)—термопластичный поли- мер преимущественно линейного строения. В промышленности получают ПС ради- кальной полимеризацией стирола главным об- разом в массе (блочный полистирол) по не- прерывной схеме, в суспензии (суспензионный полистирол) по периодической схеме; в не- большом масштабе — в эмульсии (эмульсион- ный полистирол). ПС, полученный полимеризацией в мас- се, обладает наилучшими электроизоляцион- ными свойствами. ПС — аморфный прозрачный хрупкий про- дукт. В зависимости от условий полимеризация
120 Электроизоляционные полимеры Разд. 5 Таблица 5.13. Показатели полистирола и его сополимеров Показатель Блочный полисти- рол Сополимеры стирола св | СА САМП СН мс Мен Плотность, кг/м3 1050—1080 1080 1090 1060—1070 1040—1060 1140 1120 Прочность, МПа: при растяжении при статическом 35 30 S0—100 23 70—80 26,5 120 36—50 80—110 95—100 120 изгибе Модуль упругости 2703 3000 3200 3100 2600—3400 2200 2300 при изгибе, МПа Ударная вязкость, 16—20 15—17 8 20—22 15—25 15 22 кДж/м2 Относительное удли- 1.5 1,0 1,0 1,0 1,0—2,5 2,0 2,5 нение, % р, Ом-м PS. Ом 10” 1015 4.10й 10” Юн 10И 101* Ю16 1016 101й I016 10ls—1016 I015 Юн—1015 ef при 103 Гц 2,5—2,6 2,5—2,6 2,5—2,6 2,5—2,6 2,6—2,9 2,7 2,9—3.0 ef при 10е Гц — 2,5—2,7 2,5—2,7 2.5—2,6 2,6—2,9 2,7—3,0 2,9—3,2 tg б при 10’ Гц (2—3)-10—4 4-10—4 5-10—4 3.10—4 (3—8)-10—3 2-10—2 2-10—2 tg б при 10б Гц — (4—6)-10—4 (5—6)-10—4 4-10- 4 (3—9) • 10—3 2-10—? 2-10—5 Епр . МВ/м Теплостойкость, °C: 25 25 30 30 24—27 24 22 по Мартенсу 75—80 100—102 108—110 100—105 80—95 75 76 по Вика 100—105 128—130 140—142 128-130 100—116 102 103—106 ТК Z, °C-1 8-10—6 8,5.10—5 7,4-10—“ 7,5-10—4 (8.6—9,5).10—? (7—8) -10—3 (6—8)-10—5 Удельная теплоем- кость, кДж/(кг-°С) Коэффициент тепло- 1,34 — — — — — — 0,093—0,14 — — — — — проводности, Вт/(м-°С) 0,05 0,14 0,1 Водопоглогцеиие за 0,2 — — — 24 ч при 20 сС не более, % Длительная рабочая 70 95—100 100—105 100 60—80 60 60 температура, °C Рис. 5.11. Зависимость tg б и е, ПС от темпе- ратуры Рис. 5.12. Зависимость tg б и ег ПС от темпе- Рис. 5.13. Зависимость tg б (/) и ег (2) ПС от частоты: а — технический ПС; б — очищенный ПС ПС имеет М до 600 000 и выше. Наибольшее значение имеют технические полимеры с М 30 000—70 000 (применяются для лаков) п 200 000—300 000 (применяются для прессова- ния листов и литья под давлением). С умень- шением М увеличивается текучесть, снижают- ся прочность при растяжении и нагревостой- кость; твердость и модуль упругости при изгибе от молекулярной массы зависят незна- чительно. Для ПС характерна относительно низкая механическая прочность. Стирол начинает полимеризоваться и при комнатной температуре. С целью предотвра- щения нежелательной полимеризации во вре- мя хранения к стиролу добавляют ингибиторы, например гидрохинон. В табл. 5.13 и на рис. 5.11—5.13 приведе- ны основные свойства блочного ПС. Свойстра суспензионного и эмульсионного ПС почти не отличаются от свойств блочного. ПС стоек к щелочам, многим минеральным и органическим кислотам, трансформаторному маслу, глицерину; набухает и изменяет свой внешний вид в 65 %-ной азотной кислоте и в ледяной уксусной кислоте; не растворяется в алифатических углеводородах, низших спиртах, эфирах, феноле, уксусной кислоте и воде; ра- створим в ароматических и хлорированных уг- леводородах, сложных эфирах, кетонах, серо- углероде и пиридине; набухает в бензине и ке- росине. При температурах выше 200 °C ПС разла- гается с образованием стирола и других низко- молекулярных соединений (димеров, тримеро? и ДР-).-
§ 5.2 Органические синтетические карбоцепные полимеры 121 ПС легко перерабатывается в изделия обычными методами, применяемыми для тер- мопластов, но наиболее широко — литьем под давлением. ПС является весьма ценным и широко применяемым полимером ввиду его высоких электроизоляционных свойств, химической инертности и водостойкости. В электротехнике ПС применяется главным образом для высо- кочастотной изоляции благодаря малому зна- чению tg б. Его применяют для производства радиотехнических деталей, пленок для кон- денсаторов, панелей и т. п. Сополимеры с по- вышенной ударной вязкостью применяются в телефонной аппаратуре. Невысокая нагревостойкость и низкая теп- лостойкость по Мартенсу препятствуют исполь- зованию полистирола и его СПЛ в изоляции сильноточных изделий. Блочный ПС применяется для получения электроизоляционных плеиок и нитей. Сополимеры стирола (код ОКП 22 1420). Стирол легко сополнмеризуется с большинст- вом виниловых мономеров (акрилонитрил, ак- риловая кислота, бутадиен, бутнлакрилат, ви- нилацетат, дивинилбензол, малеиновый ангид- рид, метилметакрилат, а-метилстирол, (3-винил- нафталин, аценафтилен). Таким путем удается получить материалы, характеризующиеся более высокими нагревостойкостью, сопротивлением удару, стойкостью к действию растворителей, чем полистирол общего назначения, и в то же время сохраняющие характерные для полисти- рола свойства — твердость, формоустойчивость, легкость переработки. Известны следующие СПЛ стирола: с Р-вииилнафталином (СВ), с аценафтиленом (СА), с а-метилстиролом (САМП), с акрило- нитрилом (СН), с метилметакрилатом (МС), с метилметакрилатом и акрилонитрилом (МСН) и др. В табл. 5.13 приведены свойства некото- рых СПЛ стирола. Полимеры производных стирола. Произ- водные стирола, содержащие заместители у атома углерода в винильиой группе или яд- ре используются для синтеза полимеров и сополимеров. Наибольший интерес представ- ляют мономеры, содержащие метильную груп- пу и атом галогена. Полимеры производных стирола раство- римы в ароматических и хлорированных угле- водородах, нерастворимы в низших спиртах, эфирах и алифатических углеводородах. По- лимеры стойки к действию органических и ми- неральных кислот (за исключением 65 %-ной азотной кислоты), щелочей, трансформаторно- го масла и глицерина. Полихлорстиролы по сравнению с полисти- ролом обладают более высокой нагревостой- костью при сохранении высоких электрических свойств, а также способностью к самозатуха- нию вледствие наличия атома хлора. Поливинилтолуол отличаетя от полистиро- ла более высокой теплостойкостью, большэй стойкостью к действию растворителей. По ме- ханическим и электрическим характеристикам близок к полистиролу. Полимеры производных стирола применя- ются в радио- и электротехнике для изготов- ления электроизоляционных деталей, в особен- ности работающих при высоких частотах. Ударопрочный полистирол (код ОКП 22 1415) —смесь полистирола или сополимеров стирола с бутадиеновым или бутадиен-сти- рольным каучуком. Ударопрочный ПС обладает высокой удельной ударной вязкостью. Электрические свойства ударопрочного ПС такие же, как у полистирола. С введением каучука снижается стойкость к окислению и УФ-излучению из-за наличия непредельных связей; материал стабилизируют введением антиоксидантов фенольного типа, двуокиси титана. В табл. 5.14 приведены свойства основных марок ударопрочного ПС. Ударопрочный ПС применяется для изго- товления различных изделий: аккумуляторных баков, деталей холодильников, экранов, пли- ток, труб и электро- и радиодеталей (корпу- сов радиоприемников, телевизоров, телефон- ных аппаратов и др.). АБС-пластики — группа конструкционных материалов, аналогичных по строению ударо- прочному полистиролу; содержат 5—25 % бу- тадиенового или бутадиен-стирольного каучу- ка, 15-—30 % акрилонитрила и стирол. АБС-пластики — непрозрачные, обычно темноокрашенные материалы; широко приме няются для изготовления крупных деталей ав- томобилей, корпусов приборов теле- и радио- аппаратуры, телефонов, деталей машин и при- боров. Смешением АБС-пластика с поливинил- хлоридом готовят ударопрочные композиции. За рубежом АБС-пластики выпускаются под названиями: силак, люстран, турбин, тиаш- резин и др. Поливинилкарбазол (ПВК) — прозрачный бесцветный термопластичный аморфный полимер, получают полимеризацией N-винилкарбазола. ПВК растворяется в ароматических и хло- рированных углеводородах, сложных эфирах, кетонах, тетрагидрофуране; не растворяется в алифатических углеводородах, спиртах, про- стых эфирах, четыреххлористом углероде и ми- неральных маслах; стоек к действию воды, разбавленных кислот, щелочей, фтористоводо- родной кислоты; деструктирует при нагревании с концентрированной H2SO4 и HNO3. ПВК об- ладает высокой нагревостойкостью, гидрофоб- ностью и высокими электроизоляционными свойствами, которые заметно не изменяются в широком интервале частоты тока и темпера- тур; по своим электроизоляционным свойст- вам ПВК близок к полистиролу. Недостатком ПВК является малая механическая прочность. Ниже приведены некоторые свойства ПВК: Плотность, кг/м3 ............... 1190—1200 Прочность при статическом из- гибе, МПа..................... 70—100 Ударная вязкость, кДж/м2 . , 5—15
122 Электроизоляционные полимеры Разд. 5 Таблица 5.14. Показатели полимеров производных стирола и разных марок ударопрочного полистирола Показатель Поли-п хлорсти- рол Полиди- хлорсти- рол Полнви- нилтолуол Полнди- метилсти- рол АВС-пл ас- тики Марка ударопрочного полистирола СНП-2 [ УП-1Э ПС-СУ2 Плотность, кг/м3 Прочность, МПа: 1280 1390 1020 1070 1040— —1050 1140 1070 1050 при растяже- нии 26,5 22,5 28 23 40—55 40 27 27 при статичес- ком изгибе 90 60 100—110 70—80 — 90 30—35 45 Модуль упругости при изгибе, МПа 3200 4100 2900 2700 1800— —3000 2100 2000 2500 Ударная вязкость, кДж/м2 12 6 20 12—14 20—45 40—50 50 35 Относительное уд- линение, % 1 1 2 1 — 12—15 25 15 р, Ом-м 5-Ю14 1015 IO43 Ю15 —— 1013 Ю13 1014 Ps, Ом 101в 1016 (1- 2)-101в 1013 — 1014 1014 Ю16 8г при 103 Гц 2,6—2,8 2,5—2,7 2,4 2,4—2,5 — 3,3 2,6 2,7 8г при 10е Гц 2,6—2,7 2,6—2,7 2,5 2,4—2,5 — 3,3—3,5 2,7 2,8 tg б прн 103 Гц 6-10-4 3-10-4 3-10-4 (3-4) X X 10—4 — 10-2 10—8 2-10—8 tg6 при 10е Гц 7-10-4 3-10—4 4-10-4 (4—5)Х Х10—4 — 3-10—2 2-10—3 3-10—3 £„р, МВ/м Теплостойкость, °C 23—25 25 30—35 30 — 23 25 25 по Мартенсу 110—115 115—117 105—107 110—112 74 70 65 по Вика 140—148 148—150 126—130 140—143 104—115 90—95 85—90 85—90 ТК 1, °С~' 7,4-10-5 7-10-5 7,5- IO-3 7,9-10—5 8,6- IO-3 7-10-6 7-10-6 Водопоглощение за 24 ч при 20"С, 0Z, 0,04 0,02 0,05 0,03 — 0,8 0,25 0,25 /0 Длительная рабо- чая температу- ра, °C 105 105—198 100 100—105 — 65—70 60—65 60 Продолжение е, при 10е Гц...... 2,8—3,0 tg б при 1О6'Гц ...... 6-10—4 р, Ом-м ......... 1015 ps, Ом................ 1013 £„р, МВ/м............ 25—30 Теплостойкость по Мартенсу °C......................... 150—170 Тот, °C.................... 150 ТК I, °С~' .............. 4-10—5 Удельная теплоемкость кДж/ (кг-°С).................... 1,257 Водопогловдение за 24 ч при комнатной температуре, % 0,1 ПВК перерабатывается преимущественно методом литья под давлением при 250—290 °C и давлении 150—200 МПа. Из-за хрупкости ПВК часто используют в смеси с наполните- лем. Применяют ПВК для изготовления изде- лий высокочастотной электротехники, требую- щих повышенной нагревостойкости. Кумароно-инденовые смолы (КИС) — по- лимеры с невысокой А1, образующиеся при со- полимеризации смесей, содержащих кумарон (7) и инден (II), и состоящие главным обра- зом из полииндена (III), получают термичес- кой полимеризацией сольвент-нафты при 200— 260 °C в присутствии катализаторов катионно- го типа. КИС в зависимости от М могут находить- ся в различных агрегатных состояниях — от вязких жидкостей светло-желтого цвета до твердых аморфных темно-коричневых продук- тов, имеющих плотность 1080—1150 кг/м3 и температуру размягчения 40—150 °C Л Ш КИС растворимы в ароматических и хло- рированных растворителях, сложных эфирах, не растворяются в спиртах, совмещаются с ра- стительными маслами, асфальтами, канифолью, фенольными полимерами, хлоркаучуком; стой- ки к действию щелочей и кислот. Электроизоляционные свойства их высоки и мало изменяются под действием влаги.
§ 5.2 Органические синтетические карбоцепные полимеры 123 Недостатком КИС являются малая атмо- сферостойкость, хрупкость. При введении в другие полимеры они увеличивают химическую инертность и адгезию последних, обеспечивают хорошую высыхаемость. КИС ограниченно применяются при изго- товлении лакокрасочных материалов, в каче- стве пластификаторов резин, изоляционных лент. За рубежом КИП выпускают под назва- ниями: кумар, параден, пиккумарон, невеллит, аскол, клароден и др. ПОЛИМЕРЫ с фениленовой группой в основной ЦЕПИ Фенолоальдегидные смолы — продукты поликонденсации фенолов с альдегидами. Наи- более широкое применение в электротехнике нашли фенолоформальдегидные смолы. При- меняют и другие альдегиды — уксусный, мас- ляный, акролеин, фурфурол; из них некоторое промышленное значение имеет только фурфу- рол. Фенолоформальдегидные смолы (ФФ) (код ОКП 22 1000) — олигомерные продукты поли- конденсации фенолов с формальдегидом. В за- висимости от условий поликонденсации обра- зуются резольные (термореактивные) или ио- волачные (термопластичные) смолы. В про- цессе переработки они отверждаются с обра- зованием трехмерных полимеров. Новолачные смолы получают поликонден- сацией фенола с формальдегидом в присутст- вии кислот в водной среде при избытке фено- ла (обычно 7:6) с последующим удалением воды нагреванием. В общем виде формула новолаков может быть представлена так: Новолаки представляют собой смесь оли- гомеров линейного строения с М от 200 до 1300. Новолачные олигомеры — твердые, хруп- кие прозрачные продукты; плавятся при 100— 120 °C, растворяются в этиловом спирте, аце- тоне и других органических растворителях; сохраняют плавкость и растворимость при длительном хранении, а также при нагревании. При применении в качестве катализаторов реакции поликонденсации хлористого цинка, уксуснокислого цинка и некоторых окисей ме- таллов можно получить новолаки регулярной структуры. Обычно новолаки отверждают путем на- гревания с гексаметилентетрамином (уротро- пином). Новолаки регулярной структуры от- верждаются быстрее атактических. Новолачные смолы отверждаются значительно быстрее рс- зольных, поэтому новолакам отдают предпо i- тенне перед резолами в тех случаях, когда при переработке требуется высокая скорость отверждения. Новолаки под действием формальдегида или уротропина (10—15 %) можно перевести в резолы. Новолачные смолы в отсутствие влаги ста- бильны при хранении. Одним из наиболее распространенных но- волаков является идитол, который применяет- ся для получения спиртовых лаков. Резольные смолы получают поликонденса- цией фенола с избытком формальдегида (6 : 7) в щелочной среде. Резолы содержат свободные гидроксиль- ные группы (—ОН) и метилольные группы (—СН2ОН) и имеют следующее схематическое строение: он Резолы в отличие от новолаков характе- ризуются пространственной (трехмерной) структурой. Примерное содержание ОН-групл в резолах — 20—22 %, СН2ОН—15—18 %, свободного фенола—12—14 %, свободного СН2О — 0,3—2 %. В резольных смолах даже при комнатной температуре продолжают протекать реакции поликонденсации, обусловливающие постепен- ное повышение М олигомеров. Поэтому при хранении жидких и твердых резольных смол их свойства постоянно меняются во времени, что может привести к образованию продуктов, не пригодных к употреблению. Из резолов действием фенолов можно по- лучить новолаки. Резольные смолы обычно отверждают пу- тем нагревания. Различают три стадии отверж- дения резолов (см. § 5.1): А (начальную), В (промежуточную) и С (конечную). В зависи- мости от стадии, на которой находится смо- ла, ее называют соответственно резол, рези- тол и резит. На стадии А смола при нагревании пла- вится и пребывает в вязкотекучем состоянии (она полностью растворима в спиртах, кето- нах и других органических растворителях). На стадии В смола переходит из вязкотекучего в высокоэластическое состояние (образующийся резитол растворяется лишь частично, но силь- но набухает в органических растворителях). На стадии С образуется твердый резит, кото- рый при нагревании слегка размягчается (ре- зит практически не растворяется). Резиты обладают ценными свойствами: высокой механической прочностью, хорошими электроизоляционными характеристиками. Ре- зиты стойки к действию большинства кислот, за исключением концентрированной H2SO4 и кислот-окислителей (например, азотной, хро- мовой); при длительном контакте с водой ре- зиты слегка набухают. Резиты стойки к бен- зину, маслам, органическим растворителям.
124 Электроизоляционные полимеры Разд. '5 При воздействии водных растворов щелочей или кипящих фенолов резиты медленно раст- воряются с разложением. Разложение резитов начинается при 300 °C; оно сопровождается выделением продуктов пиролиза (гомологов бензола, фенола и др.). При более высоких температурах происходит обугливание с образованием механически проч- ного кокса. В некоторых случаях промышленного ис- пользования резольные смолы отверждают без подвода тепла в присутствии кислот. Отверж- дение в этом случае происходит с большей скоростью, чем термическое, однако эксплуа- тационные свойства образующихся полимеров невысоки. Первые промышленные продукты США (литые резины) были известны под названием бакелит. В дальнейшем это название приобре- ло более широкое значение и иногда применя- ется как синоним ФФ. Для направленного изменения свойств ФФ чаще всего используют метод химической мо- дификации. Так, частичная замена фенола анилином улучшает электрические свойства и водостойкость резитов (анилиноформальдегид- ные смолы). Для уменьшения полярности ФФ, что придает им способность совмещаться с маслами и некоторыми синтетическими смола- ми, используют замещенные фенолы (алкил- арилфенолоформальдегидные смолы). Для по- лучения маслорастворимых олигомеров, весьма ценных для изготовления лаков, фенолофоо- мальдегидные олигомеры модифицируют кани- фолью. Выпускаются также смолы, получен- ные сополпконденсацией фенола и формальде- гида с мочевиной. Свойства фенолоформальдегидных поли- меров приведены в табл. 5.15 и на рис. 5.14— 5.16. Полипараксилилен (парилеи) получают пиролитической дегидрогенизацией n-ксилола. Полипараксилилен — бесцветный прозрачный твердый полимер кристаллической структуры; М около 500 000, при температу- рах выше 200 °C растворим в хлорированном дифениле и бензнлбензоате, имеет хорошие электроизоляционные характеристики, облада- ет высокой нагревостойкостью в отсутствие кис- лорода воздуха (рабочая температура в инерт- ной атмосфере 220 °C); длительная рабочая температура на воздухе 60 °C. Полимер обла- дает исключительной холодостойкостью; оч сохраняет эластичность до температуры —165 °C; по свойствам при температурах, близ- ких к абсолютному нулю, превосходит все из- вестные полимеры. Ниже приведены свойства полипараксили- лепа: Плотность, кг/м3........ПОО Температура плавления, °C ... . ~427 Прочность при растяжении, МПа . . 63—91 Относительное удлинение, % ... 200 ег .............. 3,3 tg б ...... ........... 0,0008 р, Ом • м . , . . ......2-1013 Таблица 5.15. Показатели феиоло-, аиилино-, мочевино- и меламиноформальдегидных полимеров Показатель Фенол оформаль- дегидные Аиилииоформаль- дегидные Мочевииофор- м альдегидные Меламиноформаль- дегидные Плотность, кг/м3 1250—1300 1220—1250 1400—1500 1400—1550 Прочность при растяжении, МПа 49—56 60—70 56—92 56—92 Относительное удлинение. 7о Предел прочности, МПа; 1,0—1,5 — 0,6—0,9 при сжатии 70—210 140—160 175—210 190— 260 при статическом изгибе 84—120 85—140 70—112,5 70—112,5 Ударная вязкость, кДж'м2 1,5—3,0 2,0—4,0 0,6—0,68 0,5—0,75 р, Ом-м £ПР, МВ/м 10»—1010 IO33—1013 10Ю—1011 101< —юн 12—16 19—20 12—16 12—16 ег при 50 Гц 5,0—6,5 3,7—3,8 7,0—7,4 9,0—9,5 8г при 10s Гн 4,5—5,0 3,5—3,6 6,6—7,7 3,5—7,6 tg б при 50 Гц 0,06—0,1 0,002 0,03 0,045 tg б при 106 Гц 0,015—0,03 0,006—0,008 0,027—0,035 0,05 Дугостойкость Плохая Плохая Удовлетвори- Удовлетвори- тельная тельная Коэффициент теплопровод- ности, Вт/(м°С) ТК /, °C-1 0,126—0,252 0,084—0,252 0,294—0,42 0,294—0,42 (2,5—6,0)-10-5 (5—6) • 10-5 2,7-10~5 4,0-10—5 Водопоглощение за 24 ч при 20 °C, % 0,1—0,2 0,01—0,08 0,5—0,7 0,3—0,6 Действие слабых кислот Слабое Слабое Стойки Стойки Действие слабых щелочей » » Разрушаются » Длительная рабочая темпе- ратура, °C 120 82—88 76 100
§ 5.3 Органические синтетические гетероцепные полимеры 125 Рис. 5.14. Зависимость р фенолоформальдегид- ного полимера (бакелита) от температуры Рис. 5.15. Зависимость р фенолоформальдегид- ного полимера от времени отверждения при температуре 105 °C и содержания свободного фенола: 2 — 12,45% свободного фенола; 2—14,1 % свободного фенола; 3 — 16,5 % свободного фенола Рис. 5.16. Зависимость tg б резольных полиме- ров от времени отверждения при 105 °C: 1 — фенолоформальдегидный полимер: 2 •— крезоло- формальдегидный полимер Полипараксилилен используется для полу- чения пленок, которые применяются в качест- ве диэлектрика в конденсаторах. Благодаря высокой электрической прочности (200 МВ/м при толщине 0,05 мм) такие пленки начали применять для изоляции высоковольтных кабе- лей. Получены также полимеры, содержащие один и два атома хлора в ароматическом яд- ре (парилен-С и парилен-D). Эти полимеры имеют несколько худшие электроизоляционные свойства, ио более высокую нагревостойкость (рабочая температура 80°C), используются для изготовления пленок. 5.3. ОРГАНИЧЕСКИЕ СИНТЕТИЧЕСКИЕ ГЕТЕРОЦЕПНЫЕ ПОЛИМЕРЫ СЛОЖНЫЕ полиэфирЪ Сложные полиэфиры (ПЭФ) (код ОКП 22 2600) — гетероцепные полимеры, содержа- щие в основной цепи регулярно повторяющие- ся группы —СОО—. Общая формула линейно- го ПЭФ—[СО—R—COO—R1—О]„—. Этот тип полимеров получают поликонденсацией многоосновных кислот и многоатомных спир- тов. Из кислот для синтеза чаще дру- гих применяются: о-фталевая (в виде ангид- рида), изофталевая, терефталевая (чаше в ви- де диметилового эфира), адипиновая, себацп- новая, малеиновая (в виде ангидрида), фума- ровая, тримеллитовая и др., а из многоатом- ных спиртов используются этиленгликоль, ди- этиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,2-пропилен- гликоль, 1,4-бутилеигликоль, 1,6-гександиол, неопеитилгликоль, глицерин, этриол, метриол, пентаэритрит. ПЭФ отличают хорошие электроизоляцион- ные и механические свойства, стойкость к влиянию атмосферы, масло- и бензостойкость. В то же время этому типу полимеров свойст- венны высокие влаго- и водопоглощение, зна- чительная зависимость электрических характе- ристик от температуры. Некоторые типы ПЭФ склонны к растрескиванию и охрупчиванию в процессе старения. В основном указанные не- достатки связаны с наличием в их составе полярных сложноэфирных групп. С целью устранения указанных недостат- ков ПЭФ часто подвергают модификации, ко- торую осуществляют, используя при синтезе монокарбоновые жирные кислоты (получая так называемые алкиды), диизоцианаты (получая полиэфируретаны), карбоксил- или гидроксил- содержащие соединения с гетероциклами в це- пи, например имидным (полиэфиримиды), бен- зимидазольным (полиэфирбензимидазолы); эпоксисоединения (полиэфирэпоксиды), олиго- амиды (полиэфирамиды) и т. д. Среди немодифицированных ПЭФ в элект- роизоляционной технике наибольшее распрост- ранение получили глифталевые олигомеры (смола ГФ-1350), используемые в виде порош- ка и растворов в спиртотолуольной смеси (лак ГФ-957) при изготовлении миканитов, мика- фолия; полиэфиры терефталевой кислоты эти- ленгликоля и глицерина, используемые в каче- стве основы эмальлаков; ненасыщенные поли- эфиры для изготовления пропиточных со- ставов без растворителей, некоторые виды олигоэфиров, используемые в производстве слюдяных материалов (например, смола ТФП-18). Среди других типов ПЭФ, получивших практическое применение в электротехнической промышленности, следует упомянуть поли- арилаты, ненасыщенные полиэфиримиды, поли- карбонаты. Некоторые свойства основных представителей ПЭФ приведены в табл. 5.16. Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) (код ОКП 22 5911)—сложный полиэфир, получаемый переэтерификацией диметилтерефталата этл-
126 Электроиаоляционные полимеры Разд. 8 Таблица 5.16. Показатели некоторых сложных полиэфиров Показатель Полнэтилеи- терефталат Полиэр пла- ты Полиэфирма- леинаты Полиэфирак- рилаты Поликарбо- наты Плотность, кг/м3 Прочность, МПа: — 1168—1267 1080—1290 1000—1320 1170—1220 при растяжении при сжатии 170 35—90 60—120 2—50 80—135 45—86 220 65—8и 70—95 при статическом изгибе Модуль упругости, МПа: — 45—120 50—110 74—160 80—130 при растяжении 2900—3800 1200—3500 — — 1400—2400 при статическом изгибе — —— 2000—3500 —— 2200 Относительное удлинение, % 70 10—20 — 11—32 50— 110 Ударная вязкость, кДж/м2 70—90 100—180 2—10 5—19 100—350 ег 3,1—3,2 3,8—4,2 2,8—5,0 (при 10» Гц) 3,0—5,2 (при 10е Гц) 3,2 (при 50 Гц) tg 6 0,003 0,003—0,02 0,014—0,035 (при 10е Гц) 3,0(при 10» Гц) 0,004—0,008 (при 50 Гц) 0,0006—0,002 (при 10» Гц) р, Ом-м 1015 Ю12—1013 Ю»—Ю18 1012—1 о13 Юн—1015 ps, Ом . 1012—1013 1012—1013 10«—101с 1014—101» £Пр, МВ/м Теплостойкость, °C: 180 (для тонких пленок) 100 (для тонких пленок) 10—22 18—20 30 по Вика 210—280 — — 150—165 по Мартенсу — — — — 115—125 Удельная теплоемкость, кДж/(кг-°С) 1,32 1,13—1,21 — — 1,17 Коэффициент теплопровод- ности, Вт/(м-°С) — 0,2—0,23 — — 0,2 Холодостойкость, °C —— —100 — — <—100 ТВЛ, °C Температура воспламенения, ° С 265 255—340 — — 220—300 — — —. — >500 Водопоглощение за 24 ч, % 0,02—0,15 — — 0,2 Длительная рабочая темпе- ратура, °C 120—130 180—220 120—155 120—130 130—140 ленгликолем в присутствии катализаторов и последующей поликонденсацией образующе- гося бис-ф-оксиэти л)-терефталата. Свойства полимера в значительной степени зависят от его М, определяемой условиями получения. С повышением М увеличиваются механическая прочность, относительное удлинение, способ- ность к ориентации вытяжкой. Заметно стаби- лизируются электрические характеристики в зависимости от температур. Поскольку ПЭТФ используется в основном в производстве пле- нок и волокон, М полимера является самой существенной характеристикой, определяющей его эксплуатационные свойства. Именно ею, а также типом и количеством целевых добавок (стабилизаторов фото- и термодеструкции) различаются фирменные марки ПЭТФ, исполь- зуемые для изготовления пленок и волокон и известные под названиями: лавсан (СССР), майлар, дакрон (США), терилен (Великобри- тания). Отечественный ПЭТФ, используемый в производстве пленок, имеем М=(50—80)-103, а для производства волокон (100—150)-103. Наиболее высокомолекулярные полимеры для изготовления волокон выпускает японская фир- ма «Мицубиси» (М до 2-Ю6). Одиако высо- комолекулярные полимеры имеют значительно более вязкие расплавы, труднее перерабаты- ваются. Поэтому изделия из них дороже. Для повышения механических характерис- тик ПЭТФ-пленки и волокна ориентируют вы- тяжкой. При температуре выше Тст эти ори- ентированные полимерные изделия претерпе- вают усадку. ПЭТФ весьма устойчив к термической и термоокислительной деструкции, однако из-за изменения надмолекулярной структуры при повышенных температурах (образование сфе- ролитов), склонности к структурированию и гидролизу сложноэфирных фрагментов в при- сутствии воды он теряет эластичность и ста- новится хрупким в процессе длительной экс- плуатации при температурах выше 140 °C. Аналогично ведут себя пленки ПЭТФ при воз- действии щелочей, аммиака, а также некото- рых органических кислот и их ангидридов, вы- деляющихся при отверждении ряда полиэфир- ных смол и лаков. ПЭТФ стоек к действию подавляющего большинства органических растворителей. Он растворяется лишь в фенолах и частично в
$ 5.3 Органические синтетические гетероцепные полимеры 127 днметилформамиде и подобных амидных рас- творителях. В электроизоляционной технике использу- ют ПЭТФ-пленки, волокна и синтетические бу- маги на основе последних. Некоторые свойства ПЭТФ приведены в табл. 5.16 и на рис. 5,17 и 5.18. Алкиды (код ОКП 22 0013) — продукты взаимодействия многоосновных кислот, много- атомных спиртов и одноосновных жирных кислот. Последние вводят в реакцию в виде индивидуальных соединений или в составе ра- стительных масел. Наиболее широко распро- странены алкиды иа основе фталевой кислоты и глицерина (глифталевые алкиды) или пента- эритрита (пентафталевые алкиды). Модифика- ция сложных полиэфиров жирными кислотами производится для улучшения нх свойств. Та- кая модификация повышает растворимость по- лимеров в малотоксичных углеводородах (на- пример, уайт-спирите), увеличивает эластич- ность и адгезионную прочность полиэфирных связующих, снижает влаго- и водопоглощеиие сложных полиэфиров и т. д. В настоящее время при синтезе алкидов в СССР и за рубежом наиболее широко исполь- зуют одноосновные жирные кислоты — продук- ты гидролиза растительных высыхающих или полувысыхающих масел или же сами эти мас- ла, а также соответствующие талловые про- дукты. Введение в структуру сложных полн- Рис. 5.17. Влияние температуры на электриче- ские свойства ПЭТФ: 1 — р; 2 — Fnp ; з — tg6 Рис. 5.18. Зависимость tg6 и ег ПЭТФ от тем- пературы при 103 Гц: 1 — аморфное состояние; 2 — кристаллическое состоя- ние; 3 — ориентированное состояние эфиров ненасыщенных кислот типа линолевой или линоленовой придает образующимся ал- кидам способность просыхать на воздухе, как это свойственно масляным лакам по механиз- му окислительной полимеризации, с образо- ванием весьма эластичных лаковых пленок. Пентафталевые алкиды, модифицированные теми же количествами масел, благодаря более высокой функциональности пентаэритрита вы- сыхают быстрее глифталевых алкидов н обра- зуют более влагостойкие покрытия. Высыхаю- щие алкиды применяют как самостоятельные пленкообразующие материалы или в смеси с другими пленкообразующими — эфирами пел- люлозы, полиперхлорвинилом, феноло-, карба- миде- или меламиноформальдегидными олиго- мерами. Для повышения твердости, устранения по- верхностного отлила и повышения скорости сушки алкиды нередко модифицируют природ- ными смолами и их производными, чаще всего канифолью. Длительная рабочая температура высыха- ющих алкидов не превышает 105 °C, однако при модификации другими пленкообразующими она может быть увеличена до 130 °C. В настоящее время для производства ал- кидов взамен растительных жиров все в боль- шей мере начинают использоваться талловое масло (например, в лаке ПЭ-9153) или жир- ные кислоты таллового масла — отходы цел- люлозно-бумажной промышленности, содержа- щие в основном олеиновую н линолевую кис- лоты, а также синтетические насыщенные одноосновные жирные кислоты, получаемые окислением нефтяных парафинов. Синтетичес- кие кислоты, получаемые из парафинов, дают невысыхающие самостоятельно алкиды. По- следние используются в основном в сочетании с меламиноформальдегидными смолами. Алкиды и лаки на их основе используют при изготовлении различных слюдосодержаших электроизоляционных материалов, а также для пропитки обмоток электрических машин н ап- паратов. Полиарилаты (ПАР) (код ОКП 22 2642) — сложные полиэфиры двухатомных фенолов об- щей формулы —[СО—R—СОО—R'—О]п—, где R — остаток дикарбоновой кислоты, R'— остаток двухатомного фенола. Наибольший практический интерес представляют ПАР аро- матических дикарбоновых кислот. Отличительной особенностью ПАР являет- ся незначительное изменение электрических параметров в широком диапазоне температур (от —60 до -1-200°C и выше); у ПАР на ос- нове дифенилолпропана tg 6<(44-5) 10~3 в интервале от —60 до 4-200 °C, а у ПАР на основе фенолфталеина tg (54-8) • 10”’ прн температурах от —60 до -г 250 °C. Отдельные марки ПАР обладают стой- костью к длительному воздействию минераль- ных и органических кислот различной концент- рации, некоторых окислителей и разбавленных щелочей, масел и различных видов топлива. Адгезия к металлам слабая. ПАР применяются для изготовления лить- ем под давлением или литьевым прессовани- ем изделий конструкционного назначения, при- меняемых в электротехнической промышлен- ности, радиотехнике, машиностроении, прибо- ростроении, а также для изготовления пленок.
128 Электроизоляционные полимеры Разд. 5 Ненасыщенные полиэфиры (ПН) 1 (код ОКП 22 2612). К наиболее распространенным ПН относятся ПЭФ малеиновой и фумаровой кислот, которые получают обычно поликон- денсацией гликолей с малеиновой кислотой и (или) ее ангидридом или фумаровой кислотой. В качестве двухатомных спиртов используют этилен-, диэтилен-, триэтилен- и 1,2-пропилен- гликоль, дихлоргидрин пентаэритрита, продук- ты присоединения окисей олефинов к дифени- лолпропану и др. Введение фталевого ангидрида или изо- фталевой кислоты в состав полиэфирмалеина- тов придает отвержденным продуктам хоро- шие механические и электроизоляционные свойства. Для полимеров повышенной эластич- ности находят применение также адипиновая и себациновая кислоты, а при изготовлении самозатухающих покрытий— тетрахлорфтале- вый и хлорэндиковый ангидриды. Большая часть ПН, выпускаемых промыш- ленностью, содержит стирол в качестве актив- ного растворителя, с которым они сополиме- ризуются в процессе отверждения. В качестве нелетучих сшивающих агентов для ПН иногда используют аллиловые эфиры и олигоэфиракрилаты, например диметакрилат триэтиленгликоля (ТГМ-3). При этом умень- шается токсичность и иногда снижается усад- ка в процессе отверждения. Однако такие ком- позиции (компаунды КП-34, КП-103, КП-50 и т. п.) имеют более высокую вязкость и склонность к растрескиванию в процессе экс- плуатации в сравнении со стиролсодержащими. Большая часть ПН формуется при ком- натной температуре, причем при их отвержде- нии используют различные инициирующие си- стемы, состоящие из инициаторов и ускорите- лей. В качестве инициаторов применяют пере- киси бензоила, метилэтилкетона, дикумила, а также третбутилпербензоат, гидроперекись изопропилбензола (гипериз) и др. Большая часть ПН отличается хорошей водостойкостью и стойкостью к действию ми- неральных и органических кислот, бензина, масел и многих органических растворителей; стойкость к действию щелочей, как правило, не высока. Полиэфирмалеинаты используют в качест- ве связующих для стеклопластиков, а также в качестве заливочных и пропиточных составов для изоляции обмоток трансформаторов, дрос- селей и деталей электротехнической и радио- технической аппаратуры; для герметизации узлов электрооборудования. Для электрической изоляции широко при- меняются ПН марок ПН-1, ПН-3, ПН-40. ПН-69 и др. Свойства ПН колеблются в широких пре- делах (см. табл. 5.16). Длительная рабочая температура большинства таких материалов не превышает 130 °C. Для повышения нагревостойкости и улуч- шения электроизоляционных свойств ПН часто модифицируют соединениями, содержащими имидные или изоциануратные группы. Так, распространение получили пропиточные соста- вы без растворителя — полиэфиримидные Б-ИД-9127 и Б-ИД-9127Э и полиэфиризоциа- нуратный Б-ПЭ-9128 с длительной рабочей температурой 150—170 °C. Разработан поли- эфиримиднзоциануратный пропиточный состав Б-ИД-9147 с длительной работой температу- рой свыше 180 °C. Свойства этих материалов приведены в разд. 6. Полиэфиракрилаты (ПЭАК) (код ОКП 22 2611) Получение-ПЭАК основано на вве- дении в реакцию поликонденсации регуляторов роста цепи (телогенов), содержащих полиме- ризационноспособную группу (например, ак- риловую или метакриловую), являющуюся кон- цевой группой продукта реакции. Исходными соединениями для синтеза ПЭАК служат гликоли, полиолы или эпоксид- ные смолы (моно-, ди- и триэтиленгликоль, 1,2-пропиленгликоль, триметилолпропан, глице- рин, пентаэритрит и др.) и алифатические ди- карбоновые насыщенные кислоты с числом ме- тиленовых групп в цепи от 2 до 8, а также ароматические двухосновные кислоты и их ан- гидриды (изо- и терефталевая кислоты, фтале- вый ангидрид и др.). В качестве концевых групп олигомеров наиболее часто применяют метакриловую и акриловую. Отверждение ПЭАК проводят в присутст- вии инициаторов радикальной полимеризации. При этом не образуется никаких побочных продуктов. ПЭАК взаимодействуют с полиэфирмален- натами, непредельными кремнийорганическими соединениями, эпоксидами, глифталями, эфи- рами целлюлозы, ПВХ, ПММА и другими олигомерами и полимерами, образуя материа- лы с самыми различными эксплуатационными свойствами. Некоторые ПЭАК, например МГФ-1, МГФ-9, ТГМ-3, обладают сравнительно малой вязкостью при комнатной температуре, что особенно удобно для пропитки и заливки элек- тротехнических конструкций при комнатной температуре. Этот тип полимеров способен об- разовывать пленки и покрытия, которые обла- дают высокой адгезией к металлам и различ- ным неметаллическим материалам. ПЭАК на- шли применение в качестве электроизоляцион- ных пропиточных и заливочных компаундоз, герметиков, связующих для пресс-материалов и т. п. В качестве примера можно назвать пропиточные компаунды КП-18, КП-34, КП-103, КП-50 (см. разд. 6). Поликарбонаты (ПК) (код ОКП 22 2614) (лексан — фирма «Дженерал Электрик», США; макролон — фирма «Фарбенфабрикен Байер», ФРГ)—сложные полиэфиры угольной кисло- ты. Наибольший интерес представляют ПК двухатомных фенолов, например синтезируе- мый из дифенилолпропана (бисфенол А), и фосгена — полимер, известный в СССР под на- званием дифлон и имеющий формулу ПК растворимы в хлорированных углево- дородах, тетрагидрофуране, крезоле и др. 1 Исторически сложившееся название, но более правильно — ненасыщенные олигоэфнры. 1 Исторически сложившееся название, но более правильно — олигоэфнракрилаты.
§ 5.3 Органические синтетические гетероцепные полимеры 129 Рис. 5.19. Зависимость tg 6 (/) и е, (2) поли карбоната «лексан» от частоты В зависимости от природы исходного двух- атомного фенола температура перехода в вяз- котекучее состояние ПК колеблется от 180 до 300 °C. ПК стойки к действию воды, водных растворов нейтральных солей, минеральных и органических кислот, слабых растворов щело- чей, ограниченно стойки к концентрированным растворам щелочей, нестойки к действию ам- миака и аминов. Зависимость tg б и г, ПК лексан от час- тоты приведена на рис. 5.19. ПК перерабатывают литьем под давлени- ем, экструзией, прессованием. Применение Г1К основано на ценном соче- тании их свойств: относительно высокая тем- пература размягчения, прозрачность, хорошие механические свойства в широком интервале температур, хорошие электрические свойства, атмосферостойкость и влагостойкость, сопро- тивление воздействию нефтепродуктов и али- фатических углеводородов, высокая темпера- тура воспламенения и отсутствие способности гореть при удалении из пламени. ПК находят применение в электро- и ра- диопромышленности как конструкционный и электроизоляционный материал. ПК-пленку можно использовать для изоляции в трансфор- маторах и катушках, при изготовлении кон- денсаторов. ПРОСТЫЕ ПОЛИЭФИРЫ (КОД ОКП 22 2643) Полиформальдегид (ПФ) (например, дел- рин фирмы «Дюпон», США) — белый порошок, который после переработки имеет цвет слоно- вой кости, легко окрашивается. ПФ — термо- пластичный материал с высокой степенью кристалличности ( — 75%). Наибольший прак- тический интерес представляют полимеры с М=30+100 тыс. При комнатной температуре ПФ не раст- воряется в обычных растворителях; сильные кислоты и щелочи его разрушают. Высокомолекулярный ПФ получают поли- меризацией формальдегида или триоксана в безводной среде в присутствии катализатора Фриделя — Крафтса. ПФ — хороший диэлектрик; tg б его очень мал; tg б и ег остаются практически постоян- ными в широком интервале частот и темпера- тур (от —260 до +150°C). Под действием электрической дуги ПФ не образует токопро- водящих мостиков. Достоинством ПФ является сочетание хо- роших электроизоляционных и механических свойств, что позволяет применять его для из- готовления различных электротехнических и радиотехнических деталей, а также деталей машин. 5-232 По высокой стойкости к истиранию н по усталостной прочности ПФ превосходит боль- шинство термопластов. ПФ можно перерабатывать методами прессования, шприцевания и литья под давле- нием. Малая усадка (2,0—3,2%) позволяет получать детали, точные по размерам. Сополимеры формальдегида (или триок- сана) с незначительной примесью циклических эфиров или формален, окиси этилена и других соединений обладают высокой стойкостью к долговременным нагрузкам, повышенной (по сравнению с ПФ) термостабильностью и стой- костью к действию щелочей, но имеют более низкие значения твердости, модуля упругости, предела прочности при растяжении. Пеитои — полимер, имеющий формулу СН2С1 - -СНг—С—СИ,—о- - СНгС1 п получают полимеризацией мономера (3,3-бис- [хлорметил] -оксациклобутана) в растворителе при низкой температуре. Температура плавле- ния пентона 180 °C. Полимер устойчив к дей- ствию анилина, толуола, этанола и других со- единений. Пеитои перерабатывают литьем под давлением, шприцеванием и другими метода- ми, применяют для изготовления пленок, во- локон и различных деталей. Полифениленоксид получают из 2,6-диметилфенола в жидкой фазе. Полифениленоксид сочетает высокую ме- ханическую прочность с хорошими электриче- скими свойствами в широком диапазоне тем- ператур и частот. Температура хрупкости по- лимера лежит ниже —170 °C, размягчается он при 215—260 °C. В присутствии кислорода воз- духа уже при 107 °C начинается сшивание це- пей молекул и полимер становится термореак- тивным. Электрические свойства практически не меняются в интервале температур от —184 до +182 °C. Полимер стоек к действию раз- бавленных кислот и щелочей, водяного пара, растворим в ароматических и хлорированных углеводородах, набухает в кетонах. Полифениленоксид самозатухает, имеет высокую искростойкость. Малое удлинение при разрыве (6—7 %) обусловливает низкую эластичность полимера. Полимер пригоден для переработки всеми методами, принятыми для термопластичных материалов; применяется для изоляции элек- тронного оборудования. Модифицированный полифениленоксид применяется для изготовления пленки под на- званием норил. Полиметилендифенилоксиды (дорилы) (на- пример, фирмы «Вестингауз», США) получают
130 Электроизоляционные полимеры Разд. 5 хлорметилироваиием дифенилового эфира с последующей поликонденсацией по реакции Фриделя — Крафтса. Оии растворимы в то- луоле и ксилоле. Пленки лаков после отверж- дения обладают высокой механической проч- ностью, в том числе при высоких температу- рах, химостойкостью, стойкостью к раствори- телям, хорошей адгезией к металлам, ио невы- сокой эластичностью. Полиметилендифенилоксиды используются в качестве покровных и пропиточных лаков, например лак ДФ-971 (см. разд. 6)-, а также связующих для слоистых пластиков класса нагревостойкости Н на основе асбестовой и стеклянной тканей. Свойства простых полиэфиров представ- лены в табл. 5.17. ЭПОКСИДНЫЕ СМОЛЫ И ПОЛИМЕРЫ НА ИХ ОСНОВЕ Эпоксидные смолы (ЭП) (код ОКП 22 2500) — олигомеры или мономеры, содео- жащие в молекуле не менее двух эпоксидных (глицидиловых ~сн2~сн-сна или оксирановых групп я способные превращаться в полимеры пространственного строения. Оксирановые группы могут находиться в алифатических циклах или цепях, глицидиловые группы — ча- ще всего на концах цепей. ЭП получают чаще всего двумя основны- ми способами: 1) взаимодействием эпихлоргидрина в при- сутствии щелочей с двух- или многоатомными фенолами (дифенилолпропан, резорцин, фенол- фталеин), низкомолекулярными феиолофор- мальдегидными новолачными смолами, много- атомными спиртами, дикарбоновыми кислота- ми, ароматическими диаминами, амннофенола- ми и другими соединениями, содержащими подвижные атомы водорода; 2) прямым эпоксидированием ненасыщен- ных соединений надкислотами (надуксусной, надбензойной, моионадфталевой). Первым способом получают: а) диэпоксидные олигомеры на основе ди- фенилолпропана, получившие название диано- вых К ним относятся ЭП марок ЭД-24, ЭД-22, ЭД-20, ЭД-16, ЭД-14, ЭД-8, ЭД-4, Э-40 (ОСТ 6-10-416-77), Э-41, Э-49П, Э-45 и др.; б) азотсодержащие ЭП марок УП-610, ЭА, ЭЦ, ЭЦ-Н, ЭЦ-К; в) эпоксиноволачные смолы УП-643 и ЭН-6 и эпокситрифенольная смола ЭТФ; г) галогенсодержащие смолы для негорю- чих материалов УП-631 и УП-645; д) сложные диглицидиловые эфиры ДГФ-22 и ДГФ-25 (код ОКП 22 2529), УП-661, УП-665 и УП-640; е) алифатические ЭП (код ОКП 22 2520) на основе ди- и полиолов ДЭГ-Ж, ЭТФ-10, смолы ДЭГ-1, ТЭГ-1, ТЭГ-1С, ТЭГ-17, МЭГ-2, ЭЭТ-1 и смола УП-650Д. Вторым способом получают циклоалифа- тические и алифатические моно-, ди- и поли- эпоксидные соединения, а также эпоксидиро- ванные растительные масла. Выпускают сле- дующие марки циклоалифатических ЭП; УП-612, УП-632, УП-647 и УП-647Э, УЛ-650Т, УП-640Т, УП-656, УП-663, диоксид дицикло- пентадиена. Важное практическое значение имеют так- же модифицированные ЭП, получаемые путем химического взаимодействия немодифициро- ваиных ЭП с реакционноспособными модифи- каторами, например смолы УП-563 и УП-599 (код ОКП 22 2532) — продукты взаимодейст- вия олигоэфира с эпоксидиановой и эпоксиалн- фатической смолами соответственно, смола ЭКР-18С (код ОКП 22 2531)—низкомолеку- лярная диановая смола, модифицированная этилсиликатом-32, смола УП-653 повышенной нагревостойкости (сплав эпоксидиаиовой смо- лы с эпоксиимидом), смола УП-653Н — повы- шенной нагревостойкости (сплав эпоксиново- лачной смолы УП-643 с эпоксиимидом), смола ЭДН (продукт модификации эпоксиноволачной смолы ЭН-6 эпоксидановой смолой), эпок- синоволачиый блоксополимер 6ЭИ-60, пред- ставляющий собой композицию на основе смо- лы ЭД-16 и феполоформальдегидной смолы СФ-0112, и др. Неотвержденные ЭП представляют собой вязкие жидкости или иизкоплавкие продукты, которые растворяются во многих органичес- ких растворителях (ацетон, толуол, хлориро- ванные углеводороды и др.), не растворимы в воде, бензине, ограниченно растворимы в спиртах. Механизм отверждения ди- и полифунк- циональных ЭП заключается во взаимодейст- вии их функциональных) групп (эпоксидных и гидроксильных) с реакционноспособными груп- пами отвердителя или между собой. Эпоксид- ные смолы отверждаются без выделения по- бочных продуктов, поэтому изделия из них имеют минимальную усадку (0,3—2 %) и мо- гут быть использованы в толстых слоях. В качестве отвердителей применяют: а) продукты основного характера; к ним относятся различные ди- и полифункциональ- ные алифатические и ароматические амины.
$ 5.3 Органические синтетические гетероцепные полимеры 131 Таблица 5.17. Показатели простых полиэфиров Показатель Полиэфиры Полиформальдегид Пентон Полифеииленокснд Плотность, кг/м3 Прочность, МПа: 1470 1400 1060 при растяжении 60—70 42 75 при сжатии 130 24,6 (при 100 °C) —— при статическом изгибе Модуль упругости, МПа: 80—110 77,5 105 при растяжении 4200 1120 2300—2700 при статическом изгибе 2870 1400 2500—2700 Относительное удлинение, %' 15—30 35 200—250 (при 100 °C) 6—7 Ударная вязкость, кДж/м2 90 — Не ломается Ударная прочность по Изоду, кДж/м2 — — 8,2—10,5 Твердость по Роквеллу — М100 В120 р, Ом-м IO32 1013 104 Рв, Ом 101» —. £Ор, МВ/м 20—23 16 16—20 е. 3,7(50 Гц) 3,1 (50 Гц) 2,8 (10е Гц) 2,54—2,58 (50—10е Гц) tg5 Теплостойкость, °C: 0,004(50—10е Гц) 0,016 (50 Гц) 0,01 (10е Гц) 0,0004 ( 50 Гн) 0,0009 (10е Гц) по Мартенсу 100 — 190 по Вика 160—170 — — Удельнаи теплоемкость, кДж/(кг°С) 1,47 — — Коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К) ТК 1, °C-1 0,31 — — 8,1-10—6 (7,8—8,0)-10— (1,6—3,1)-10-5 Тт,°С 170—180 — — Водопоглощение за 24 ч, %5 0,4 0,01 (25 °C) 0,03 (100 °C) 0,1 (за 7 суток) Длительная рабочая температура, °C 105 105 ~ 115 низкомолекулярные полиамиды и различные производные аминов, допускающие отвержде- ние при комнатной температуре; для заверше- ния процесса отверждения и получения опти- мальных свойств необходимо воздействие тем- пературы 60—150 °C в течение 4—10 ч в за- висимости от вида и количества отвердителя ЭП и массы изделия; б) продукты кислого характера — ангид- риды ди- и поликарбоновых кислот; отверж- дение происходит при 120—200 °C за время от нескольких часов до иесколькнх суток; в) полиэфирные, феноло-, анилиио- и ре- зорциноформальдегидные олигомеры; г) комплексные соединения трехфтористо- го бора и различных аминов. Реакции отверждения продуктами, приве- денными в пп. «в» и «г», протекают при тем- пературах от —5 до + 200 °C в зависимости от типа катализатора. Тип отвердителя и его количество оказы- вают существенное влияние не только на ус- ловия отверждения, но и на электрические и физико-механические свойства и нагревостой- кость отвержденных ЭП (табл. 5.18). Значи- тельное влияние на свойства ЭП оказывает также режим отверждения. При переработке ЭП для снижения вязко- сти последних в них добавляют активные раз- бавители, содержащие реакционноспособные группы. Наиболее широко в качестве активных 5* разбавителей используют алифатические моио- и дифункциональные ЭП. Выбор отвердителя для того или иного типа ЭП обусловливается назначением, допу- стимыми условиями переработки композиции и требуемыми свойствами отвержденного про- дукта. Отвердители ангидридного типа дают возможность получать полимеры с более вы- сокими электрическими и механическими свой- ствами и с большей иагревостойкостью по сравнению с отвердителями — аминами; они менее токсичны, чем амины. Таблица 5.18. Влияние типа отвердителя иа свойства эпоксидных полимеров Отвердитель Способ отверж- дения Тепло- стойкость по Мар- тенсу, °C Рабочая темпера- тура, °C Алифатические полиамины Холод- ное 60—100 90—100 Алифатические полнамино- амиды Неболь- шой нагрев 50—70 85 Ароматические диамины Г орнчее 140—180 120—130 Ангидриды ди- карбоновых кислот » 100—180 120—155
132 Электроизоляционные полимеры Разд. 5 Таблица 5.19. Отвердители эпоксидных смол Наименование, марка м Темпера- тура плав- ления, °C Малеиновый ангидрид (МА) 98,06 52—54 Фталевый ангидрид (ФА) 148,11 130 Метилтетрагидрофталевый 166,09 64 ангидрид (МТГФА) 166,09 Жид- Изометилтетрагидрофтале- вый ангидрид кость1 (изо-МТГФА) 160—164 Цис-3, 6-эндометилен-1, 2, 164 3, 6-тетрагидрофталевый ан- гидрид (эндик-ангидрид- ЭА) Метилэндикангндрид (МЭА) 178 Жид- Гексагидрофталевый ангид- 154 кость1 34-37 рид (ГГФА) 168 Жид- Метилгексагидрофталевый ангидрид (МГГФА) 223 кость1 Изододеценнляитарный ан- » гидрид Полиэтиленполиамины — » Гексаметилендиамин 116,2 39 Т риэтаноламинтитанат — Жид- ТЭАТ-1 кость1 Метафеннлендиамин 108,14 63—64 Дициандиамид 84,08 201—204 ВЕз-этиламин УП-606 — 85—93 ВЕз-бензиламин УП-605/3 — 125—127 1 При комнатной температуре. Использование ангидрида тримеллитовой кислоты и диангидрида пиромеллнтовой кис- лоты позволяет повысить температуру тепло- вой деформации эпоксидных полимеров до 205—260 °C. Применение в качестве отверждающего агента комплексов трехфтористого бора с ами- нами и некоторых производных имидазола да- ет возможность получать композиции с боль- шим «сроком жизни» при комнатной темпера- туре и в то же время с большой скоростью отверждения при повышенной температуре. Такие композиции имеют высокие электричес- кие и механические характеристики после от- верждения. Некоторые отвердители ЭП приве- дены в табл. 5.19. С целью снижения продолжительности от- верждения в эпоксидные композиции часто вводят ускорители отверждения, в качестве которых применяют в основном третичные амины [бензилдиметиламин (БДМА), трис- (диметиламинометил) -фенол, триэтаноламин и др.] в количестве от 0,1 до 2 % к массе эпоксидной смолы. Диаиовые эпоксидные смолы (код ОКП 22 2510). Некоторые характеристики диановых ЭП даны в табл. 5.20. Отечественным низковяз- ким диановым олигомерам соответствуют оли- гомеры зарубежных фирм: СУ-205 («Циба», Швейцария), эпикот 828 («Шелл», Великобри- тания), EPL 2772, EPL 2774 («Юнион Кар- байд», США) и др. Диановые ЭП ввиду их исключительной адгезии и механической прочности применяют для изготовления литой изоляции, для залив- ки и пропитки трансформаторов тока и напря- жения, для получения различных электроде- талей, герметичных проходных высоковольтных изоляторов и др. Диановые ЭП, в частности ЭД-22, с от- вердителями ангидридного типа находят ши- рокое применение при изготовлении термореак- тивной изоляции высоковольтных турбогенера- Таблица 5.20. Состав и характеристика диаиовых эпоксидных смол М Содержание эпоксидных групп. % Содержа- ние гид- роксиль- ных групп, % Содержание в смоле олигомеров- гомологов различной степени полиме- ризации, % (мае.) Агрегатное состояние смолы п=0 | п=1 | л=2 п>3 350—400 24,8—21,5 0,1—0,8 98—85 8—15 2—3 0 Жидкость (вязкость 0,8—2 Па-с при 40 °C) 400—600 21,5—14,5 0,8—2,5 85—50 15—20 8—10 5—10 Вязкая жидкость (вяз- кость 20—60 Па-с прн 40 °C) 600—800 14,5—10,0 2,5—4,6 50—20 12—16 8—11 45—50 Высоковязкая жид- кость 2 Па-с при 100 °C) 800—1000 10,0—8,0 4,6—5,1 20—13 12—14 9—12 55—60 Твердая смола (темпе- ратура размягчения 50—55 °C) 1000—1400 8,0—6,0 5,1—6,0 13—8 7—9 8—10 70—75 Твердая смола (тем- пература размягчения 55—70 °C) 1400—1800 6,0—4,0 6,0—6,5 6—4 6—8 8—10 80—85 Твердая смола (тем- пература размягчения 70—85 °C) 1800—3500 4,0—2,0 6,5—6,8 4—2 3—5 5—8 83—90 Твердая смола (тем- пература размягчения 85—Ю0°С) 15 000—70 000 (25 000—40 000) 0—0,9 — 6,0 0 0 0 100 Твердый полимер с Тст не выше 100 °C
§ 5.3 Органические синтетические гетероцепные полимеры 133 Рнс. 5.20. Характеристики эпоксидных смол: а —зависимость tg6 и р от температуры отвержденных продуктов (7 — tg б ЭД-16/ДЭТА- 2 — tg б ЭД-8/МА: 3 —tg6 ЭД-16/МА; 4 — tg6 ЭД-20/МА; 5 — р ЭД-20/МА: 6 — р ЭД-16/МА: 7 —р ЭД-8/МА,’8 — р ЭД-20/ДЭТА); о — зависимости tg 6 и р смолы ЭД-16 от продолжительности отверждения МА при 150 °C) торов мощностью до 0,8 мли. кВт с рабочим напряжением до 20 кВ, гидрогенераторов мощ- ностью до 0,3 млн. кВт, тяговых электрических машин — магистральных электровозов, город- ского и пригородного электротранспорта, а также электроизоляционных и конструкционных стеклопластиков, применяющихся в высоко- вольтном электромашине- и аппаратостроенни. Некоторые характеристики отвержденных дна- новых смол приведены на рис. 5.20. Днановые ЭП, отвержденные комплексами трехфтористого бора с аминами, используются в качестве связующих для пропитанных стек- лослюдиннтовых и стеклобандажных лент. Рабочая температура эпоксидных полиме- ров прн введении различных минеральных на- полнителей значительно повышается, доходя до класса Н. Композиционные материалы на основе эпоксидных полимеров, содержащие неорганические компоненты, имеют нагрево- стойкость, обычно превышающую таковую са- мих полимеров. Это относится ко всем видам полимеров. Очень перспективны диановые ЭП с высо- кой Af (15—70 тыс.) —так называемые фенок- сисмолы или полнокснэфнры, которые пред- ставляют собой термопласты, способные пере- рабатываться литьем под давлением, экструзи- ей и т. п. Эти полимеры практически не содержат эпоксидных групп и не требуют обя- зательного применения отвердителей. Свойства неотвержденных феноксисмол близки к свой- ствам отвержденных низкомолекулярных эпо- ксидных смол. При необходимости их также можно отверждать (так как они содержат гидроксильные группы) полиизоцнанатами, амино- нлн фенолоформальдегиднымн смола- ми. Феноксисмолы применяются, например, в качестве связующего прн изготовлении высо- ковольтных вводов. Азотсодержащие ЭП представляют собой продукты конденсации анилина, 4,4'-диамино- дифенилметана, фенолфталеина с эпихлоргид- рином в щелочной среде. Азотсодержащие ЭП используются как связующие для стеклопластиков, в качестве пропиточных составов, для получения клеев. Циклоалифатические ЭП (код ОКП 22 2520) получают эпоксидированием под дей- ствием надкислот циклоолефинов, соединенных алифатическими цепочками, илн конденсиро- ванных циклоолефинов, например: 3, 4-эпоксициклогексилметил-З, 4-эпоксицнкло- гексанкарбоксилат; аснй-осо-(сн^4-соо-снд СН3 1з' бис [3, 4-эпокси-6-метил-циклогексилметил] адипинат. Не уступая диановым ЭП по механичес- ким свойствам, циклоалифатические ЭП превос- ходят их по нагревостойкости, электрическим свойствам, влаго- н химостойкости. Одновре- менно они отличаются атмосферостонкостыр и стойкостью к действию ультрафиолетового света. Отличительной особенностью циклоали- фатических ЭП является нх низкая вязкость в исходном состоянии н большая скорость от- верждения. В качестве отвердителей циклоалифатиче- ских ЭП при низких температурах рекоменду- ются комплексы трехфтористого бора с ами- нами, а при повышенных — ангидриды карбо- новых кислот (в частности, ГГФА, изо- МТГФА). Вследствие более сшитой структуры моле- кул отвержденные циклоалифатические ЭП имеют более высокую теплостойкость, чем по- лимеры на основе днановых ЭП. Циклоалифатические ЭП не содержат аро- матических звеньев в цепях молекул и поэто- му имеют высокие дугостойкость и трекннгэ- стонкость, что выгодно отличает их от днано- вых эпоксидных полимеров. Циклоалифатические ЭП имеют очень ма- лую летучесть в вакууме, что позволяет при их применении полностью удалить воздушные включения и повысить электрическую проч- ность изоляции. Недостатком циклоалифатических ЭП яв- ляется нх хрупкость, поэтому они рекоменду- ются в основном для изделий, армированных ' стекловолокном. Весьма перспективным явля- ется их применение в производстве стеклопла- стиков. Благодаря хорошей короностойкости и
134 Электроизоляционные полимеры Разд. 5 атмосферостойкости циклоалифатические ЭП применяются для получения заливочных и гер- метизирующих составов для аппаратов высо- кого напряжения, а также для термореактив- ной изоляции высоковольтных электрических машии. Швейцарская фирма «Циба», начав- щая выпуск этих ЭП, рекламирует циклоали- фатические полимеры в качестве изоляции для аппаратов, в том числе высокого напряжения, наружной установки. Эпоксиноволачиые смолы имеют строение В качестве отвердителей используют ан- гидриды кислот (МА, МТГФА, МЭА, ГГФА, МГГФА), ароматические амины, анилииофор- мальдегидные олигомеры, комплексы трехфто- ристого бора с аминами. Эпоксиноволачиые смолы имеют более вы- сокую функциональность, чем другие типы эпоксидных олигомеров. Благодаря этому по- сле отверждения они образуют продукты, име- ющие повышенные свойства и высокую ста- бильность механических характеристик при высоких температурах. Эпоксиноволачиые смолы применяются в Производстве слоистых пластиков электротехни- ческого и конструкционного назначения, кле- ворителе эпоксидного олигомера и полиэфира. В блок-сополимере полиэфир играет роль от- вердителя и пластификатора одновременно. В качестве отвердителей полиэфирэпокси- дов используют наряду с ангидридами н ами- нами также полиалюмоорганосилоксаны и бу- токсикрезолоформальдегидные олигомеры. Полиэфирэпоксиды обладают высокой эла- стичностью, хорошими электрическими харак- теристиками, высокой цементирующей способ- ностью; длительная рабочая температура до 155 °C. Полиэфирэпоксиды применяются для про- питки обмоток электрических машин, в каче- стве связующих для бандажных стеклолент, для пропитанных слюдинитовых лент, предна- значенных для изоляции обмоток машин вы- сокого напряжения. Практически всем перечисленным выше эпоксидным полимерам свойственны такие от- личительные особенности, как малая усадка при отверждении, высокая адгезия, отличные физико-механические свойства, тропикостой- кость, гидролитическая стойкость. Свойства некоторых эпоксидных полиме- ров представлены в табл. 5.21. ПОЛИМЕРЫ С АТОМАМИ АЗОТА В ОСНОВНОЙ ЦЕПИ Аиилииоформальдегидиые полимеры. При поликонденсации анилина с избытком фор- мальдегида в сильнокислой среде получают анилиноформальдегидные смолы (АФ), спо- собные при дальнейшем нагревании с отщеп- лением воды переходить в неплавкое и нера- створимое состояние, давая полимеры струк- туры: ев, покрытий, работающих при повышенных температурах или в агрессивных средах. Жид- кие и полутвердые эпоксиноволачиые смолы используются для изготовления электроизоля- ционных лаков, герметиков и т. п, Алифатические ЭП (код ОКП 22 2520) по- лучают конденсацией эпихлоргидрина с гли- колями в присутствии трехфтористого бора или других кислых катализаторов. Алифатиче- ские ЭП представляют собой продукты с Л1=200-?350 с вязкостью 0,01—0,2 Па-с при 40 °C, применяются как активные разбавители различных (в основном диановых) ЭП для снижения их вязкости; отверждаются теми же отвердителями, как и диановые ЭП; хорошо совмещаются с последними, образуй после от- верждения привитые сополимеры, обладающие повышенной эластичностью. Полиэфирэпоксиды (код ОКП 22 2532) представляют собой блок-сополимеры, получае- мые сплавлением или соконденсацией в расг- Немодифицированные АФ весьма хрупки. Они не плавятся, а только размягчаются, а- при прессовании практически не выделяют воды, как это имеет место при переработке фенолоформальдегидных, карбамидоформаль- дегидных и глифталевых смол. При получении высококачественных пластмасс это свойство АФ благоприятно отражается на нх электри- ческих характеристиках (например, tgo« «0,002). Кроме того, отвержденные АФ весь- ма влагостойки (ввиду отсутствия гидроксиль- ных групп), масло- и щелочестойки. Их элскт- Рис. 5.21. Зависимость tg в и ег анилинофор- мальдегидного полимера от частоты
§ 5.3 Органические синтетические гетероцепные полимеры 135 Таблица 5.21. Показатели эпоксидних полимеров Показатель Полимеры диановые азотсодер- жащие, отверж- денные МА эпоксииоволачиые циклоали- фатичес- кие полиэфир- эпоксид- ные иа основе ЭД-20, отверди- тель— МТГФА на основе CY-205 (фирма <Циба», Швейцария), отвердитель— гексагидро- фталевый ангидрид иа основе ЭН-6, отвер- дитель—МА иа основе DEN-438 (фирм* «Дау Ке- миклз», США)+ +1.5% БДМА, отверди- тель—МЭА Прочность, МПа: 31 50—70 при растяже- — 20—30 — — — НИИ при сжатии 150 130—150 170—180 140 160 182—190 при статичес- 90 110—130 80—100 60 НО 75—130 — ком изгибе Ударная вязкость, 8—14 8—12 15—18 7—9 — 3—25 — кДж/м2 3,43 (при 60 Гц) вг 3,6—3,8 3,3—3,6 (прн 25 °C) 4,0 (при 10е Гц) — 3—6 — tg б 0,0047— 0,0053 (при 50 Гц) 0,Oil- О.013 (прн 106 Гц) 0,004—0,051 (при 25 °C) 0,018 (при 10е Гц) 0,011 (при 20 °C) 0,0Р (при 150 °C) 0,0141 (при 200 °C) 0,00661 0,0041 (при 25 °C) 0,004— 0,0Q5i (при 100 °C) 0,005— 0,0251 Ре, Ом 1015 5,44-1016 — р, Ом м 104 КР* (при 25 °C) 10й 101’ (при 20 °C) ion (при 150 °C) 101° (при 200 °C) 101* 1012—101? (при 20 °C) 107—10» (при 155 °C) £п₽, МВ/м — 16—18 15 — — 23 (при толщине 2 мм) — Теплостойкость по 105—113 80—90 115 180 — — — Мартенсу, °C ТК 1, “С-ЧО5 4,6—5,0 — 5,5—6,5 —— — — — Усадка при отвер- 1,7—1,9 — — — — 0,97—1,3 — ждении, % 0,03 Водопоглощение за 24 ч, % — 0,25 (за Юсут) 0,05 1 При 50 Гц. рические свойства выше, чем у отвержденных карбамиде-, меламино- и фенолоформальде- гидных смол. Недостатком их является малая нагревостойкость (90 °C) и трудность перера- ботки в изделия. На рис. 5.21 приведены за- висимости tg б и ег анилиноформальдегидного полимера от частоты. АФ можно конденсировать с раститель- ными маслами и жирными кислотами, получая эластичные продукты с хорошими электроизо- ляционными свойствами и стойкостью к транс- форматорному маслу. АФ растворяются в бензоле, ацетоне, этил- ацетате, скипидаре, керосине, совмещаются с нитроцеллюлозой, применяются главным обра- зом для изготовления пластмасс и слоистых изделий на основе бумаг. Ввиду сложности технологии изготовления АФ преимуществен- ное промышленное значение приобрела фено- лоанилиноформальдегидная смола (ФАФ) ре- зольного типа, применяемая для изготовления слоистых электроизоляционных изделий. Амидоальдегидиые смолы получают поли- конденсацией амидов многоосиовных кислот с альдегидами. Наибольшее применение в электротехнике
136 Электроизоляционные полимеры Разд. 5 получили смолы, образующиеся при поликон- денсации мочевины или меламина с формаль- дегидом. Такие смолы обладают рядом примуществ по сравнению с феиолоформальдегиднымн: они не имеют запаха, светостойки, могут быть окрашены в любые светлые тона. В электроизоляционной технике карбами- де- и меламиноформальдегидные смолы на- шли широкое применение главным образом для изготовления дугостойкнх пластмасс. Карбамидоформальдегидиые смолы (КФ) (код ОКП 22 2310). Реакции получения КФ до сих пор недостаточно изучены. Предположн- протекать в уже готовом отпрессованном из- делии, и выделения летучих (паров воды и свободного формальдегида). Другой недоста- ток — высокое водопоглощение. Пластмассы нз КФ применяются для изго- товления изделий, к которым не предъявляют требований высокой водостойкости и нагрево- стойкостн: корпуса и трубки телефонов, вы- ключатели, соединители и др. Меламиноформальдегидные смолы (МФ) (код ОКП 22 2320). При действии формальде- гида на меламин поликонденсация приводит к образованию пространственных хрупких смол предположительного строения: тельно в результате термического воздействья образуется полимер пространственной струк- туры, неплавкий и нерастворимый: —N— СО I —N—СН2—N—СН2—N— io со —N—СН2— N—СН2—N— СО I —N— Немоднфицнрованные продукты поликон- денсации мочевины с формальдегидом не рас- творяются в органических растворителях и не совмещаются с пластификаторами. Обычно эти смолы этернфицируют спиртами, преимущест- венно бутанолом. Получаемый раствор пред- ставляет собой прозрачную сиропообразную жидкость. Раствор можно далее совмещать с касторовым маслом, глифталевымн н феноло- формальдегидными смолами, нитроцеллюлозой и разбавлять органическими растворителями. Растворы после сушки при 20—25 °C или уско- ренно при 80—100 °C дают твердые, прозрач- ные, влагостойкие, блестящие пленки и покры- тия. Свойства КФ приведены в табл. 5.15. КФ применяются для производства прессовочных порошков, клеев, слоистых пластиков. Харак- терной особенностью их является стойкость к поверхностным разрядам. При воздействии электрической дуги выделяются азот, водород и другие газы, благодаря чему происходит ин- тенсивное гашение дуги. Это свойство дает возможность использовать КФ в дугогасящих устройствах. Следует отметить также большую устойчивость цвета отвержденных КФ при дли- тельной эксплуатации, стойкость к действию бензина, ацетона, спирта. Недостатком КФ является их склонность к растрескиванию. Растрескивание является ре- зультатом химических реакций, продолжающих ZNH-CHg— МФ модифицируют спиртами (бутанол), кислотами льняного масла, фталевым ангидри- дом, полиэфирами (глифталями). По свойствам (см. табл. 5.15) МФ близки к КФ, ио обладают большей механической прочностью, иагревостойкостью, влагостойко- стью и стойкостью против поверхностных элек- трических разрядов. Отверждаются МФ быст- рее, чем КФ. МФ применяются для производства пресс- порошков, дугостонких пластмасс, лаков и эма- лей. Для некоторых целей применяются и сме- шанные меламиномочевнноформальдегидные и феноломеламиноформальдегидные смолы. На их основе изготовляются дугостойкие пласти- ческие массы для искрогасительных камер и др. Полиамиды (код ОКП 22 2400). Обычно используемые полиамиды (ПА) —полимеры ли- нейного строения, содержащие в основной цепи макромолекулы амидные группы (—СО— —NH—). Такие ПА получают чаще всего сле- дующими методами: 1) поликонденсацией диаминов и дикарбо- новых кислот, например: лнях^снг)б-кна + + ЙНООС— (сн2)4—соон ~"Яг°— —* -^BN-(CHz)g-NHCO-(CH2)4-CO^ 2) полимеризацией лактамов, например: I / л । t° (CH2)S—СО —-£ни-(-сн2 -^со - - По внешнему виду ПА представляют со- бой твердые рогоподобные продукты от белого до светло-кремового цвета, просвечивающие в тонком слое. В зависимости от химического состава ПА различаются по свойствам. Чем больше мети- леновых групп содержится в ПА, тем ниже Тпл, меньше водопоглощение, ниже твердость, меньше модуль упругости при растяжении, вы-
« 5.3 Органические синтетические гетероцепные полимеры. 137 Таблица 5.22. Свойства полиамидов в зависимости от количества метиленовых групп в полимере Наименование полимера Формула элементар- ного звена гпл. °с Максимальное водопоглоЩе- ние. % Поли-<о-ундеканамид [ундекан (СССР), рилсан -NH(CH2) 10со— 185 1,8 (Франция), найлон-11 (США)] Поли-<о-энантоамид (энант) -NH (СН2) 6СО- 220—229 5,0 Поли-е-капроамид (капрон) -NH(CH2) всо- 215—220 11,0 ше химическая стойкость и лучше электроизо- ляционные свойства (табл. 5.22). Полиамиды в большинстве случаев — лег- ко кристаллизующиеся вещества, поэтому они имеют четкие ТПЛ. Однокомпонентные ПА хорошо растворя- ются лишь в сильнополярных растворителях, таких как концентрированные кислоты (сер- ная, муравьиная), фенолы (фенол, крезолы, ксиленолы), амиды (формамид, диметилформ- амид). Смешанные ПА (полученные поликонден- сацией двух или более компонентов) отлича- ются значительно лучшей растворимостью, пла- вятся при более низкой температуре н облада- ют большей эластичностью по сравнению с од- нокомпонеитными полиамидами. Несмотря иа то что ПА имеют сравнитель- но невысокую М, волокна и пленки, получен- ные из них, обладают большими прочностью при растяжении (300—400 МПа) и твердо- стью. Это объясняется наличием полярных групп —NH—СО—, ориентированной структу- рой макромолекул, получаемой специальной об- работкой (вытяжкой), а также присутствием большого количества водородных связей. В электрической изоляции ПА применяют- ся для изготовления прессованных и литых де- талей, а также в виде волокна для замены на- турального шелка и хлопчатобумажных нитей в производстве изоляции обмоточных проводов и лакотканей. Полиамидное волокно более прочно и ме- нее гигроскопично, чем натуральный шелк. Из- делия из ПА могут быть изготовлены метода- ми прессования, литья под давлением, вальце- ванием, каландрированием, вытяжкой, штам- повкой. Свойства некоторых неориентированных ПА приведены в табл. 5.23. В настоящее время в электротехнической промышленности широко используются элек- троизоляционные материалы иа основе арома- тических ПА (код ОКП 22 2115). Последние преимущественно получают на основе л-фен'и- лендиамина и производных нзофталевой и те- рефталевой кислот. На основе ароматических ПА изготавливается материал, известный под названием фенилон. Для феннлона, как и для других аромати- ческих ПА, характерны высокие ГСт (до 430 С), достаточно высокая (до 220 °C) температура длительной эксплуатации, повышенная радиа- ционная и химическая стойкость и другие цен- ные свойства. Молекулярная масса феннлона, пригодно- го для переработки в изделия, (2—7) • 10*. Фенилон представляет собой аморфный по- лимер, который прн последующем нагревании прн 340—360 °C быстоо кристаллизуется; при более низких температурах кристаллизация происходит прн длительном нагреваини. Фенилон растворим лишь в концентриро- ванной серной, хлорсульфоновой кислотах, а также в днметилформамиде. Таблица 5.23. Показатели некоторых полиамидов Показатель Полигексаме- тилеиадип- амид (най- лон-66, анид) Поли-е-кап- роамид (кап- рон) Поли-со-энан- тоамид (энант) Поли-со-ун- деканамид (ундекан) Плотность, кг/м3 1140 1130—1160 изо 1100 Прочность при растяжении, МПа 80 60—80 — 60—80 Относительное удлинение, % 80—100 25—320 100—200 90—120 Ударная вязкость, кДж/м2 — 150—170 125—150 • — р, Ом-м 4-10И 1011—1012 2-1012 1-1012 8г при 50 Гц 4,6 5,0—14,0 4,4 3,2 tg б при 50 Гц 0,04 0,06—0,1 0,02 0,02—0,03 £пр, МВ/м 20—22 22 — — Температура,°C: плавления 264 220 223 185 хрупкости От —25 до От —25 до — —70 —30 —30 Теплостойкость, °C: по Мартенсу 55—60 40—50 — —- по Вика 220—230 160—180 200 —— Длительная рабочая температура, °C 105 105 — — Водопоглошенне за 24 ч, % 1.4—2,0 1,9—3,3 — —
138 Электроизоляционные полимеры Разд. 5 Феиилои предназначается главным образом для изготовления волокон и волокнистых по- лимерных связующих, из которых получают 8лектооизоляциониые бумаги и картоны. Полиуретаны (ПУР) (код ОКП 22 2440) — высокомолекулярные соединения, содержащие повторяющиеся уретановые группы (—О—СО— —NH—) в основной цепи макромолекулы. Их получают взаимодействием гликолей или гид- роксилсодержащих простых или сложных по- лиэфиров с диизоцианатами или полиизоциаиа- тами. Взаимодействие ие сопровождается вы- делением побочных продуктов. Для уменьшения токсичности изоцианатов в производстве ПУР применяют блокировку нзоциаиатиых групп, например фенолом. Такие блокированные или «скрытые» изоцианаты при горячем отверждении отщепляют блокирующий агент и выделяют свободный изоцианат, всту- пающий далее в реакцию с гидроксилсодержа- щим компонентом. ПУР обладают высокой стойкостью к действию воды, окислителей, раз- ние получили пенополиуретаны благодаря вы- соким тепло- и звукоизоляционным и хорошим электроизоляционным свойствам. ПУР иногда модифицируют ПЭФ. При по- лучении полиэфируретанов используют главным образом продукты взаимодействия адипиновой кислоты с двух- и трехатомными спиртами и смесь 2,4- и 2,6-толуилендиизоцианатов. Част- ным случаем полиэфируретанов являются по- лиэфиризоциаиураты. Основное назначение полиэфируретанов — эмальлаки для проводов, а также пропиточ- ные лаки и заливочные компаунды. полимеры С ГЕТЕРОЦИКЛАМИ В ЦЕПИ Полиимиды (ПИ) (код ОКП 22 2430) — полимеры, обычно получаемые в результате взаимодействия днаигидридов тетракарбоновых кислот с ароматическими диаминами в поляр- ных растворителях. Вначале образуются полн- амндокислоты (ПАК), а при их последующей дегидратации — полиимиды бавленных минеральных кислот, смазочных масел. Ниже приведены свойства одного из важнейших ПУР, получаемого при взаимо- действии 1,4-бутандиола с 1,6-гексаметиленди- изоцианатом (марка ПУ-1). Плотность, кг/м3 . . Прочность, МПа: при растяжении . при изгибе . . . при сжатии . . Относительное удлиие ние, %............... Sr................... tg б................. р, Ом-м.............. £пр, МВ/м .... Теплостойкость, °C: по Мартенсу . . по Вика .... Коэффициент теплопро водности, Вт/(м-°С) . ТК I, °C-1 .... Дугостойкость, с . . Длительная рабочая тем пература, °C ... . Водопоглощение (при насыщении), % . . . 1210 50—60 70—80 80—85 100 3—4 0,02—0,03 2,7-104 26 60 150—165 0,313 (13,0—13,5)-10-5 120—150 105 2,0 ПУР применяют для эмалирования прово- дов, изготовления покровных лаков, а также заливочных компаундов. В отличие от эпок- сидных ПУР-компаунды оказывают незначи- тельное давление на герметизируемые элемен- ты, благодаря чему находят применение для заливки электронной аппаратуры. ПУР приме- няют также для получения пенопластов, каучу- ков, клеев, пленок, антикоррозионных покры- тий, волокон и др. Наиболее широкое примене- ПАК растворимы в диметнлформамиде, ди- метилацетамиде, М-метнл-2-пирролидОие и не- которых других растворителях. Растворы ПАК используются в виде лаков. При термической обработке пленки ПАК образуется ПИ. Наибольшее распространение получили ПИ на основе диангндрида пиромеллитовой кисло- ты и диаминодифенилоксида (полипирометил- литимиды); в качестве диангидрида также при- меняются бензофенонтетракарбоксидиангндрид. ПИ относятся к числу наиболее нагрево- стойких органических полимеров. Прн 500 'С ПИ-пленка вдвое прочнее, чем пленка из по- лиэтилена при 20 °C. Деструкция ПИ протекает лишь при тем- пературах выше 400 °C. Основными продукта- ми деструкции являются СО2 н СО. Пленка не плавится и не размягчается до 800 °C. Наряду с высокой нагревостонкостью ПИ обладают исключительной холодостойкостью: при криогенных температурах, вплоть до —269 °C, нх механические свойства практиче- ски не меняются. ПИ характеризуются также хорошей стойкостью к органическим раствори- телям, маслам и разбавленным кислотам, но недостаточной — к щелочам н перегретому па- ру, под действием которых они гидролизуют- ся. Вода в обычных условиях на полипиромел- литимиды не действует; даже при кипячении в воде пленки полимеров месяцами сохраняют гибкость. Полиимиды стойки к действию быст- рых электронов с энергией 2 МэВ и уизлу- чения. Электрические и механические свойства П И Плотность, кг/м3 .... 1280—1480 Прочность при растяжении, МПа....................... 160—180
« 5.3 Органические синтетические гетероцепные полимеры 139 Относительное удлинение, %: при +20 °C............... при +200 °C . . . . при —195 °C . . . . Прочность при сжатии, МПа Ударная вязкость по Изоду, кДж/м2................... Продолжение 65 90 30 170 3,8—6,0 модификацией разветвленных олигоэфиров те- рефталевой, малеиновой и других кислот. В ка- честве модифицирующих агентов обычно ис- пользуют гидроксил- или карбоксилсодержа- щие имидные соединения. Примером такого со- единения может быть продукт взаимодействия 4,4'-диамииодифенилметаиа и тримеллитового ангидрида структуры: Еар, МВ/м, при толщине 0,1 мм................... 160—200 р, Ом-м: при 20 °C .' . . . . Id5- 101в при 200 °C. 1011—1012 Вг................... 3,5 tg6 при 5-105 Гц .... 0,0006—0,0016 Дугостойкость, с ... . 185 Водопоглощение за 24 ч, % 1,5 Длительная рабочая темпе- ратура, °C........... 220 Из ПИ изготовляют плеики, применяемые в конденсаторах, в иагревостойких кабельных изделиях, в изоляции электрических машии, а из ПАК — лаки для производства эмалиро- ванных проводов и пропитки катушек неболь- шого габарита. Из ПЙ получают нагревостойкие волокна. Путем спекания ПИ порошка изготовляют сложные детали. Помимо высокомолекулярных линейных ПИ широкое распространение получили также термореактивные ЙИ иа основе ароматических диаминов и ангидридов ненасыщенных дикар- боновых кислот — малеиновой и эндометилен- тетрагидрофталевой. Такие продукты заметно уступают по термостойкости обычным ПИ, но значительно дешевле и технологичнее их. Тер- мореактивиЫе ПИ намного легче перерабаты- ваются, не требуют использования дефицитных и токсичных растворителей, имеют более ши- рокую область применения. Полиэфиримиды представляют собой поли- меры, содержащие имидные и сложноэфирные фрагменты. Различают линейные регулярные и разветвленные нерегулярные полиэфиримиды (ПЭИ). Первые получают так же, как и поли- имнды, используя в качестве исходных компо- нентов днангндрнды тетракарбоновых кислот или диамины, содержащие в структуре слож- ноэфнрные группы. Линейные регулярные ПЭИ имеют те же недостатки, что и ПИ (трудность переработки, малая стабильность растворов по- лиэфирамидокислот, необходимость использо- вания при получении дорогих и достаточно токсичных растворителей), к которым добав- ляется более низкая в сравнении с ароматиче- скими ПИ термостойкость. Поэтому такой тип полимеров нашел лишь ограниченное примене- ние, в основном в производстве пленочных ма- териалов. Значительно большее практическое значе- ние в электроизоляционной технике имеют не- регулярные разветвленные ПЭИ, получаемые который при взаимодействии с олигоэтилеигли- церинтерефталатом дает разветвленный ПЭЙ, используемый при изготовлении эмальлаков и пропиточных лаков. Для модификации пригодны ие только ди- функциональные, ио и монофункциональные имидные соединения, например: По иагревостойкости ПЭИ превосходят ПЭФ, но уступают ПИ. Модификацией олигоэфирмалеинатов имид- ными фрагментами могут быть получены нена- сыщенные ПЭИ, применяемые в качестве ос- новы нагревостойких пропиточных составов без растворителей и связующих для пластиков (см. разд. 6). Полиамидимиды (ПАИ) — полимеры, со- держащие в цепи одновременно амидные, и имидные звенья. Как и в случае ПЭИ, разли- чают регулярные линейные и нерегулярные раз- ветвленные ПАИ. Однако последние ие иашли широкого практического применения в отличие от полимеров с регулярным чередованием амид- ных и имидных групп. ПАИ обычно получают взаимодействием ангидрида триметиллитовой кислоты с арома- тическими диаминами или диизоцианатами В среде полярного растворителя. Формула ПАИ иа основе 4,4'-диамииоди- фенилметаиа: ПАИ способны эксплуатироваться прн 180 °C и даже выше — вплоть до 220 °C, от- личаются большой механической прочностью; используются в качестве покровных и пропи- точных лаков, лаков для эмалированных про- водов (лак АД-9113), связующих для слоис- тых пластиков. Оии химостойки, стойки к тер- моударам, к действию радиации. Полибеизимидазолы и полибензоксазолы синтезируют различными путями. Наибольший
140 Электроизоляционные полимеры. Разд. 5 интерес представляют полимеры иа основе производных ароматических дикарбоновых кис- лот н ароматических тетрааминов или диокси- диаминов: ХОС—В—СОХ + в'' где Х=—ОН, —Cl, —ОС6Н5; R'=— NH2 или —ОН; Y = — NH— или —О—, например отече- ственные полибензоксазол типа ниплон-2 и по- либензимидазольный лак ПБИ-1. Отличительными свойствами этих полиме- ров являются высокая нагревостойкость (до 300 °C на воздухе и до 600 °C в азоте), хоро- шая клеящая способность, стойкость к хладо- ну, к у-облучению, высокие электрические ха- рактеристики; эластичность недостаточная. В зависимости от состава полимеры плавятся при 250—255 СС или только размягчаются при 400 °C; применяются для изготовления элек- троизоляционных клеев, а также в качестве свя- зующих слоистых пластиков. Полиоксадиазолы обычно получают на ос- нове ароматических дикарбоновых кислот и гидразина ноос—к—соон + н2н—кн2-------— Так, отечественный полиоксадиазол типа ниплон-1 синтезируют методом полнциклокон- денсацни в полифосфорной кислоте в виде по- рошка, растворимого в М-метнлпнрролндоне, тетрахлорэтане и ряде других растворителей. Порошок используют как для приготовления лаков, так и для прессования различных изде- лий, способных выдерживать длительные на- грузки при температурах от —200 до +300 °C и кратковременные при температурах до 360— 380 °C. Полигидаитоины — полимеры, получаемые, например, поликонденсацией диэтил-л<-фени- ленднглицината и 4,4'-дифенилметандинзоциа- ната Рабочая температура — около 200 °C, Применяются для изготовления покрывных ла- ков, лаков для эмалирования проводов и пле- нок. Полимеры с атомами серы в основной це- пи (полисульфоны) Наиболее типичным из полнсульфонов яв- ляется полимер . получаемый поликонденсацией диоксидифенил- пропана и диоксидифеннлсульфона. Полимер имеет повышенную стойкость к окислению и нагревостойкость. Механические свойства стабильны в интервале температур от —101 до +149 °C. Модуль упругости при из- гибе мало меняется при подъеме температур до 175 °C и только около Тст (190 °C) замет- но падает. Полисульфон стоек к действию кислот, ще- лочей, алифатических углеводородов; обладает хорошей маслостойкостью даже при повышен- ных температурах. Электрические характерис- тики не претерпевают существенных изменений до 170 °C. Свойства полисульфона Плотность, кг/м3............... 1240 Прочность, МПа: при растяжении.............. 71 при сжатии...................... 280 при изгибе...................... 108 Относительное удлинение, % . 50—100 ТК Z, °C-1....................... 5,5-10—ь р, Ом-м............................ 10“ ег при 50—106 Гц.................... 3,1 tgб (50 Гц)........................ 0,0008 £Пр при толщине 3,3 мм, МВ/м . 16,5
§ 5.4 Кремнийорганические полимеры 141 Продолжение Водопоглошение за 24 ч, % . . 0,22 Длительная рабочая температура, С ............ 155 Полисульфон перерабатывается методом литья под давлением и экструзией. Из него мо- гут быть получены пленки и волокна. 5.4. КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ Кремнийорганические полимеры (КО) — ВМС, содержащие атомы кремния и углерода в составе элементарного звена макромолекулы. В зависимости от химического строения глав- ной цепи КО делят иа три основных класса: 1. Кремнийорганические полимеры с неор- ганическими главными цепями макромолекул, которые состоят из чередующихся атомов Si и органогенных элементов — О, N, S, при этом углерод входит лишь в состав групп, обрам- ляющих главную цепь. Сюда относятся поли- I I оргаиосилоксаны (—О—Si—О—Si—), полиэле- I 1 I меитоорганосилоксаны (—О—Si—О—Э—О— I —Si—), в том числе полиметаллоорганосилок- I I саны; полиорганосилазаны (—Si—N—Si—N—), полиоргаиосилтианы (—Si—S—Si—S—), поли- „I I I органосиланы (—Si—Si—Si—), полиорганоси- I I I I I I лазоксаны (—Si—О—Si—N—Si—). I III 2. Кремнийорганические полимеры с орга- нонеорганическими главными цепями макромо- лекул, которые состоят из чередующихся ато- мов Si и С, а иногда и О. Сюда относятся по- лноргаиоалкиленсиланы (—Si—(СН2—)n^i—), I I полиорганофениленсиланы I полиорганоа лкилеисилоксаиы (—Si— (СН2) п— I I I —Si—О—Si—) и полиорганоариленсилоксаны 3. Кремнийорганические полимеры с орга- ническими главными цепями макромолекул — полна лкенилсиланы —СН2—СН—, —СН2—СН— SiR3 Наиболее подробно изучены и широко при- меняются полиорганосилоксаны, полиметалло- органосилоксаны и полиорганосилазаны. По строению цепи макромолекулы могут быть линейными, разветвленными, циклолиней- ными и пространственными. Свойства КО в значительной степени опре- деляются составом и структурой главной цепи макромолекулы. Полимеры с неорганическими главными цепями макромолекул обладают бо- лее высокой нагревостойкостью, чем полимеры с органонеорганическими или органическими главными цепями макромолекул, обрамленны- ми кремнийорганическими группами. Наибольшее практическое значение для электротехники в настоящее время имеют по- лиорганосилоксаны и полиметаллоорганосилок- саны. Полиорганосилоксаны (ПОС) (код ОКП 22 2810). Основными методами промышленно- го синтеза являются гидролитическая поликон- денсация кремнийорганических мономеров с последующей термической поликонденсацией или каталитической полимеризацией получен- ных олигомеров. Исходными мономерами для синтеза слу- жат главным образом органохлорсиланы (ме- тилтрихлорсилан, диметилдихлорсилан, этил- трихлорсилан, фенилтрихлорсилаи, дифеиилди- хлорсилан, метилфеиилдихлорсилан, метилви- нилдихлорсилан, винилтрихлорсилан) и раз- личные алкиларилэтоксисиланы. Линейные и разветвленные (ПОС) с невы- сокой М — вязкие бесцветные жидкости. Высо- комолекулярные линейные ПОС — эластомеры; сшитые и разветвленные — твердые хрупкие стеклообразные вещества. Линейные, разветвленные и лестничные по- лимеры растворимы в большинстве органиче- ских растворителей (алифатических и аромати- ческих углеводородах, их галогенпроизводных, кетонах, эфирах), но плохо растворимы в низ- ших спиртах. Полиорганосилоксаны устойчивы к действию большинства кислот и щелочей; раз- рыв силоксановой связи вызывают лишь кон- центрированные щелочи и концентрироваииаи серная кислота. Благодаря специфике структуры ПОС со- четают высокие нагревостойкость и эластич- ность. Так, полидиметилфенилсилоксаны сохра- няют эластичные свойства при 180 °C в тече- ние 2000 ч, при 220 °C—150 ч. Полифенилси- локсаи при 350 °C за сутки теряет 3 % массы, а капрон — 94,3 %; фенолформальдегидная смола — 68 %, полистирол — 98,5 %.^- Высокая нагревостойкость ПОС сочетается с рядом других ценных свойств. Они имеют хо- рошую холодостойкость. Жидкие полидиметил- силоксаны и их СПЛ, несмотря иа то что они имеют Гпл около —95 °C, нелетучи при высо- ких температурах и не перегоняются в вакууме. Температура стеклования эластомеров и других ПОС находится в пределах от —60 до 95 °C. Нагревостойкость резин на основе кремнийор- ганических эластомеров очень высокая, они мо- гут длительно работать при 200 °C и кратко- временно до 350 °C. Некоторые полимеры, на- пример полифеиилсилоксан с наполнителем (алюминиевой пудрой), образуют пленки, стой- кие в диапазоне температур от —60 до +550°С. Для ПОС характерна атмосферостойкость, све- тостойкость, озоно-, дуго- и короностойкость,
142 Электроизоляционные полимеры Разд. 5 Рис. 5.22. Зависимость р полидиметилфенилси- локсана (1) и полиэфира (2) от температуры Рис. 5.23. Зависимость tg б полидиметилфенил- силоксана (/) и полиэфира (2) от температуры Рис. 5.24. Зависимость ег полидиметилфенил- силоксаиа (7) и полиэфира (2) от температуры стойкость к действию воды и влаги, ультра- фиолетового облучения, частиц высоких энер- гий и проникающей радиации. Для жидких ПОС характерна малая зави- симость вязкости от температуры, в том числе в области низких температур: при понижении температуры их вязкость меняется в 50 раз меньше, чем вязкость нефтяных масел с такой же температурой кипения. Аналогичные зако- номерности наблюдаются и в области повы- шенных температур. Кремиийорганические жидкости сжимаются при высоком давлении на 14 %, в то время как органические жидкости — иа 6—7 %. Эти свойства ПОС объясняются как слабым взаимодействием между цепями моле- кул, так и структурой цепей: благодаря боль- шому объему атома кремния по сравнению с атомами углерода и кислорода такая цепь гиб- ка и легко принимает спиралеобразную форму. Электрические свойства ПОС мало изме- няются при высокой относительной влажности, нагреве до 180—200 °C, а также при высоких частотах. При 200 °C ПОС сохраняют свои свойства значительно дольше, чем большинство органических полимеров. Электрические свой- ства ПОС сохраняются даже при значительной деструкции под действием высоких температур, так как продукт их разложении (SiO2) тоже диэлектрик. Некоторые свойства ПОС, в частности по сравнению с ПЭФ, приведены иа рис. 5.22— 5.26 (данные усредненные). Полиорганосилоксаиы по сравнению со многими органическими полимерами имеют, как правило, более низкие механические свойства, худшую адгезию и плохую стойкость к органи- ческим растворителям. Для улучшения механических и адгезион- ных свойств полиорганосилоксаиы модифициру- ют органическими полимерами, например ПЭФ, ЭП; для модификации применяют также поли- металлоорганосилоксаиы. Полимеры, модифи- цированные полиалюмооргаиосилоксанами, мо- гут применяться для кратковременной работы при 350—375 °C. ПОС выпускают в виде твердых продук- тов, жидкостей, эластомеров и лаков. Полиорганосилоксаиовые жидкие Продук- ты (код ОКП 22 2900) применяются при тем- пературах от —90 до + 200 °C в качестве гид- равлических, демпфирующих, амортизаторных и гидрофобизирующих жидкостей, охлаждаю- щих агентов, антивспенивателей, смазок, в ка- честве жидких диэлектриков, электрические ха- рактеристики которых мало зависят от часто- ты (вплоть до 109 Гц) и температуры. Полиорганосилоксаиовые лаки применяют- ся в качестве связующих для различных ком- позиционных электроизоляционных материалов, в частности слюдяных материалов, пластмасс, слоистых пластиков, стеклолакотканей, в каче- стве пропиточных составов для изоляции элек- трических машин класса нагревостойкости Н, дли двигателей с тяжелыми условиями работы влагостойкого исполнения, а также для рабо- ты в условиях тропиков, для заливки и компа- ундирования узлов и деталей электротехниче- ского и электронного оборудования. Покрытия на основе ПОС обладают повы- шенной стойкостью к термоокислительной дест- рукции, хорошей атмосферостойкостью. Обмоточные провода со стекловолокнис- той изоляцией, пропитанной ПОС, успешно примениются при температурах до 180сС. Широко применяются в электроизоляцион- ной технике ПОС, которые используются при изготовлении слюдяных материалов класса на- гревостойкости Н, а также компаунды на осно- ве КО смол, имеющие хорошие электроизоля- ционные свойства, высокие нагпевостойкость и цементирующую способность. Компаунды ис- пользуются для пропитки обмоток электриче- ских машин с изоляцией класса иагревостойко- сти Н, а также машин с кратковременной ра- ботой при температурах до 250 °C. Рис. 5.25. Зависимость tg6, Епр и р кремний- органической пленки на металле от температуры Рис. 5.26. Зависимость р кремнийоргаинческой пленки на металле от продолжительности на- гревания при 180 °C (7) и выдержки в воде (2)
§ 55 Природные смолы и эфиры целлюлозы 143 Таблица 5.24. Электрические свойства кремнийоргаиических вазелинов Условия испытаний Епр, МВ/м р, Ом-м «г tg 6 При 20 °C >15 10» <2,8 <5-10—* При 150 °C >10 ю»—ю» <2,8 <7-10—* После пребывания в течение 24 ч в атмосфере с относительной влажностью 95—98 % и при 40±2 °C >10 Ю»—10» <2,8 <7-10—* Для пропитки и промазки обмоток элек- трических машин, для изготовления слоистых пластиков, а также для заливки и компаунди- рования узлов и деталей электрического и электронного оборудования используются КО связующие типа МФВГ, которые отверждают- ся при 160—180 °C без выделения летучих про- дуктов. Кремиийорганические продукты олигомер- ного типа служат основой для изготовления кремнийоргаиических вазелинов, представляю- щих собой смеси органосилоксановых олиго- меров с мелкодисперсным наполнителем (дву- окисью кремния). Вазелины используются для защиты полупроводниковых приборов, а также в качестве вспомогательного электроизоляци- онного материала для изоляторов высоковольт- ных контактных сетей, в электронном, радио- техническом и электротехническом оборудова- нии, как демпфер в приборах. Вазелины гидрофобиы, химически инертны и обладают хорошими электроизоляционными свойствами, мало зависящими от температуры. Их консистенция не меняется в широком интер- вале температур (от —65 до +200 °C). Элек- трические параметры вазелинов приведены в табл. 5.24. Лаки, компаунды и клеи на основе ПОС рассмотрены в разд. 6 настоящего справоч- ника. Полиметаллоорганоснлоксаны (код ОКП 22 2819). Введение атомов металлов в поли- мерную силоксановую цепь существенно меня- ет физические и химические свойства полиме- ров. При введении в полидиметилсилоксановые цепи титана в сочетании с некоторыми други- ми элементами, в частности с фосфором, тер- моокислительная стабильность возрастает. Это явление наблюдается уже при содержании од- ного атома титана на 100—300 атомов крем- ния. В настоящее время практическое значение имеют полиалюмоорганосилоксаиы, которые ис- пользуются в производстве стеклотекстолита, прессовочных масс, нагревостойких клеев и других электроизоляционных материалов, и по- лититаноорганосилоксаны, являющиеся термо- стойкими каучуками. Известно также приме- нение оловоорганосилоксанов в качестве при- садок, улучшающих смазочные свойства крем- нийорганических жидкостей и масел. Полиорганосилазаны (код ОКП 22 2821) линейного строения — вязкие жидкости, хоро- шо растворимые в органических растворителях; полимеры полициклической структуры — твер- дые бесцветные хрупкие вещества, имеющие температуру плавления от 150 до 320 °C в за- висимости от степени полимеризации. Полиор- ганосилазаиы стойки к действию воды и раз- бавленных щелочей; в кислой среде разлагают- ся с образованием полиорганосилоксанов или силанолов и соответствующих аммонийных со- лей. Более стойки к гидролизу полиорганоси- лазаны, содержащие органический радикал у атома азота. Полиоргаиосилазаны находят практическое применение как гидрофобизаторы для различ- ных строительных материалов и тканей, а так- же в качестве отвердителей эпоксидных смол. 5.5. ПРИРОДНЫЕ СМОЛЫ И ЭФИРЫ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Природные смолы представляют собой ор- ганические соединения в основном раститель- ного и биогенного происхождения. Наиболее богаты природными смолами тропические рас- тения. Природные смолы нерастворимы в во- де; растворимы в спирте, эфире, жирных и эфирных маслах и других органических рас- творителях. Для природных смол характерна способность образовывать тонкую пленку при высыхании растворов. При нагревании при- родные смолы размягчаются и плавятся. Боль- шинство природных смол — аморфные вещест- ва различного цвета. Ниже будут рассмотрены некоторые пред- ставители природных смол, имеющих значение в электроизоляционной технике. Шеллак (код ОКП 22 3500) получается очисткой гуммилака, представляющего собой выделения некоторых насекомых иа ветвях тро- пических деревьев Индии, Бирмы, Таиланда, Малайзии, Индонезии. После очистки шеллак получается в виде хрупких чешуек от светло-лимонного до тем- но-коричневого цвета. Торговый шеллак содер- жит 83—86 % шеллачной смолы, 3—6 % шел- лачного воска, до 2 % влаги и другие примеси, в том числе искусственно вводимые канифоль и краситель — аурипигмент. Шеллак хорошо растворим в спирте, частично (50—80 %) в аце- тоне и в эфире (10—15 %), в бензине и бензо- ле почти нерастворим. По химическому соста- ву главную часть шеллака образуют эфиры жирных кислот — алейритиновой (CieH^Os) и шеллоиовой (CtsHaoOe). Шеллак при расплав- лении совмещается с канифолью, копалами, но- волаками, глифталем, битумами. Водопогло- щаемость шеллака прн длительном пребыва- нии в воде около 5 %. Шеллак растворяется в щелочах с темно-фиолетовым окрашиванием, что служит отличием от других природных смол. Плотность 1000—1040 кг/м3. При 35 °C шеллак теряет хрупкость, при 50—60 °C становится гибким, при 80 °C пла- вится. ТК I шеллака при температурах до 46 °C составляет 9-10~5, при более высоких температурах — 4,4-10-* °C-1. Коэффициент
144 Природные смолы и эфиры целлюлозы Разд. 5 теплопроводности шеллака около 0,21 Вт/ /(й-°С). При продолжительном нагревании шеллак теряет до 5 % массы и полимеризует- ся, переходя в неплавкое и нерастворимое со- стояние. Электрические свойства шеллака: р== 1О13-е- 410“ Ом-м; е, = 3,5; tg 6 = 0,01 (после дли- тельного прогрева 0,001); £Пр = 20 = 30 МВ/м. Шеллак обычно применяется в виде спир- тового раствора; в производстве миканитов — часто в порошкообразном виде. В электротехнике шеллак применяется главным образом для изготовления клеящих лаков, в частности для слюдяной изоляции, а также для лакировки деталей. Так как в СССР шеллак — импортный материал, он час- то заменяется другими смолами, например глифталевыми (см. разд. 17). Канифоль (гарпиус) (код ОКП 22 3510) — хрупкая смола с характерным раковистым из- ломом, наиболее дешевая и распространенная из всех природных смол в СССР; получается из смолы (живицы) хвойных деревьев (преи- мущественно сосны) посредством отгонки жидких составных частей (скипидара) или экстракцией пневого осмола органическими рас- творителями. Канифоль состоит главным образом из абиетиновой кислоты СгоН3о02 и ее изомеров, нерастворима в воде, растворяется в спирте, бензине, бензоле, скипидаре, ацетоне, а также в нефтяных и растительных маслах. Электрические свойства канифоли: р = = 10*3ч-1014 Ом-м; £np=10-bl5 МВ/м; tg6= =0,003; 8г = 2,8. Канифоль применяется в электрической изоляции при изготовлении лаков и компаун- дов; она добавляется к нефтяному маслу при пропитке бумажной изоляции силовых кабелей. Для устранения липкости канифоль сплавляет- ся с глицерином (эфир-гарпиус). Кроме того, в большом количестве канифоль применяется как составная часть многих электроизоляцион- ных смол, в частности фенолоформальдегидных и полиэфирных, как сырье для изготовления резинатов — сиккативов («сплавы» канифоли с РЬ, Со, Мп и другими металлами). Янтарь — ископаемая смола растений, существовавших десятки тысяч лет назад, до- бывается главным образом на берегах Балтий- ского моря. Цвет — от светло-желтого до тем- но-коричневого, плотность 1050—1096 кг/м3. Температура размягчения 175—200 СС, темпе- ратура плавления — выше 300 "С. Янтарь поч- ти нерастворим ни в каких растворителях; рас- плавленный — растворяется в скипидаре, серо- углероде, бензине и маслах. Янтарь (код ОКП 22 3520) имеет <1015 Ом-м, tg6=0,001 (при 50 Гц), 8г = 2,8. Удельное поверхностное сопротивление полиро- ванного янтаря мало зависит от влажности; рз=10'7 Ом при относительной влажности воз- духа 30 % и 1016 Ом при относительной влаж- ности 80 %. Янтарь полируется смесью мела с известью и спиртом. Часто применяют прессо- ванный из мелких кусочков янтарь (амброид), мало отличающийся по свойствам от чистого янтаря. Применение янтаря ограничивается его до- роговизной. Он применяется главным образом в электроизмерительных приборах, где важно высокое сопротивление изоляции независимо от влажности воздуха. Эфиры целлюлозы (код ОКП 22 3100). Гидроксильные группы целлюлозы могут всту- пать в реакции этерификации с образованием простых и сложных эфиров целлюлозы. (О строении целлюлозы — см. разд. 8). Мак- симальная степень этерификации отвечает три- эфиру целлюлозы. Среди простых эфиров цел- люлозы наибольшее применение (для лаков и пластмасс) имеют этнлцеллюлоза и бензилцел- люлоза. Более сложные эфиры целлюлозы: азотно- кислые [C6H7O2(ONO2)3]n— нитроцеллюлоза и уксуснокислые [СвН7О2(ОСОСН3)3]„ — ацетил- целлюлоза. В зависимости от степени нитрации различают пироксилин — нитроцеллюлозу, у ко- торой этерифицированы почти все гидроксиль- ные группы, коллоксилин, в котором 20—30 % гидроксильных групп остаются свободными. Коллоксилин в виде растворов в смеси спирта и амилацетата применяется для изготовления нитролаков и нитроэмалей. Целлулоид, исполь- зуемый для аппаратурных деталей, представ- ляет собой пластическую массу, состоящую из коллоксилина с добавкой пластификаторов, пиг- ментов и красителей. Недостатком нитроцеллюлозы является ее сильная горючесть. Для электроизоляционной техники наи- больший интерес представляют ацетаты цел- люлозы, получаемые этерификацией целлюло- зы уксусным ангидридом в присутствии ката- лизатора. Триацетат целлюлозы (код ОКП 22 3142)— хороший диэлектрик, стоек к воздействию бен- зина, ароматических растворителей, стоек к действию разбавленных кислот (уксусной, со- ляной) и щелочей и не стоек к действию азот- ной и серной кислот, трудновоспламеняем. Триацетат целлюлозы используется для из- готовления электроизоляционных пленок. Для увеличения эластичности пленки пластифици- руют. В настоящее время применение триацетат- ной пленки резко сократилось. Возможно ис- пользование в низковольтных конденсаторах и аппаратуре. Ввиду недостаточной короностойкости три- ацетат целлюлозы не применяется в высоко- вольтной изоляции. Сложные и простые эфиры целлюлозы с добавлением наполнителей, красителей и ста- билизаторов служат для изготовления пласт- масс (этролы). Список литературы Энциклопедия полимеров. Т. 1—3. М.: Советская энциклопедия, 1972—1977. Краткая химическая энциклопедия. Т. 1—5. М.: Советская энциклопедия, 1961 — 1967. Химический энциклопедический словарь. М.: Со- ветская энциклопедия, 1983. 792 с. Оудиан Дж. Основы химии полимеров: Пер. с англ. М.: Химия, 1974. 614 с. Соколов Л. Б. Основы синтеза полимеров мето- дом поликонденсации. М.: Химия, 1979. 263 с. Тагер А. А. Физико-химия полимеров. М.: Гос- химиздат, 1968. 536 с. Каргин В. А., Слонимский Г. Л. Краткие очер- ки по физико-химии полимеров. М.: Химия, 1967. 231 с. Бюллер К.-У. Тепло- и термостойкие полимеры: Пер. с нем. М.: Химия. 19S4. 1056 с.
§ 6.2 Классификация электроизоляционных лаков 145 Хувинк Р„ Ставермаи П, Химия и технология полимеров. Пер. с нем. Т. 1—3. М.: Химия, 1975. Т. 1 — 675 см т. 2 — 508 с., т. 3 — 576 с. Коршак В. В. Термостойкие полимеры. М.: Нау- ка, 1969. 411 с. Ли X., Стоффи Д., Невилл К. Новые линейные полимеры; Пер. с англ. М.: Химия, 1972. 280 с. Ли X., Невилл К. Справочное руководство по эпоксидным смолам: Пер. с англ. М.: Энергия, 1973. 416 с. Корицкий Ю. В. Электротехнические материалы. М.: Энергия, 1976. 320 с. МаЙофис И. М. Химия диэлектриков. М.: Выс- шая школа, 1981. 331 с. Справочник по пластическим массам. Т. 1, 2. М.: Химия, 1975. Ч. 1 — 447 с., ч. 2 — 567 с. Астахин В. В., Трезвое В. В., Суханова И. В. Электроизоляционные лаки. М.: Химия, 1981. 216 с. ГОСТ 24888-81. Пластмассы, полимеры и синте- тические смолы. Химические наименования, термины н определения. Герметизация полимерными материалами в ра- диоэлектронике/Б. М. Тареев, Л. В. Яманова, В. А. Волков, Н. Н. Ивлиев. М.: Энергия, 1974. 303 с. РАЗДЕЛ 6 ЛАКИ, ЭМАЛИ, КОМПАУНДЫ, КЛЕИ К. И. Забырина , В. В. Астахин, Г. П. Бочкарева, А. К. Варденбург, ~ К. С. Сидоренко, В. В. Трезвое 6.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Лаки — растворы пленкообразующих ве- ществ, составляющих лаковую основу. К числу пленкообразующих компонентов относятся при- родные и синтетические смолы, битумы, высы- хающие масла, эфиры целлюлозы и различные их композиции, которые в процессе сушки пос- ле удаления из лака растворителя, а также в результате реакций окисления, полимеризации, поликонденсации нли других химических про- цессов образуют лаковую пленку. Эмали—лаки, пигментированные высоко- дисперснымн неорганическими соединениями. Используются эмали в основном для поверх- ностных покрытий. Компаунды — пропиточные и заливочные составы, не содержащие растворителя, находя- щиеся в момент применения при нормальной или повышенной температуре в жидком состоя- нии и твердеющие после применения в резуль- тате охлаждения или происходящих химиче- ских процессов. Вследствие отсутствия раство- рителей компаунды лучше лаков обеспечивают герметизацию узлов и деталей электрических машин и аппаратов. Кроме клеящих электроизоляционных ла- ков, в § 6.13 рассматриваются клеи электро- изоляционного назначения. Согласно ГОСТ 9825-73 лаки и эмали мар- кируют буквенно-цифровым обозначением. Бук- вы обозначают химическую природу основы лака, а из цифр — первая соответствует назна- чению, а последующие — порядковому номеру, например лак ПЭ-933: ПЭ — полиэфирный не- насыщенный, 9 — электроизоляционный, 33 — порядковый номер в группе полиэфирных ла- ков. В зависимости от типа полимера (смолы), составляющего основу лака, и от материалов, в сочетании с которыми лак используется, длительная рабочая температура лаковых пле- нок колеблется от 90 до 180 °C. Кратковремен- но для пленок некоторых лаков допускается и более высокая рабочая температура. 6.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ ЛАКОВ Электроизоляционные лаки классифициру- ются по назначению, режиму сушки и по хи- мическому составу. По назначению эти лаки можно разделить на три основные группы: пропиточные, покрыв- ные, клеящие. Однако эта классификация ус- ловна и не исключает применения одного и то- го же лака по различным назначениям. По режиму сушки электроизоляционные лаки подразделяются на лаки горячей (печной) и холодной (воздушной) сушки. Первая груп- па требует для получения оптимальных свойств лаковой пленки применения температур сушки выше 70 “С. Лаки холодной сушки достаточно хорошо высыхают при температуре около 20 СС; однако для ускорения можно производить суш- ку и при повышенной температуре (60-?80 °C). Температура высыхания большинства оте- чественных пропиточных лаков обычно соот- ветствует их рабочей температуре. Для полу- чения более высоких свойств, которые заметно не снижались бы при рабочих температурах, лучше проводить сушку таких лаков при тем- пературах на 20—50 °C выше их рабочей тем- пературы. Особую группу составляют новые, прогрессивные лаки ускоренного высыхания, температура сушки которых ниже их рабочей температуры. Для изоляции электрических машин и ап- паратов, работающих при температурах 105— 180 °C и выше, предпочтительнее применение лаков горячей сушки. По химическому составу лаковой основы электроизоляционные лаки можно разделить на три основные группы маслосодержащие лаки (масляно-канифольные, битумно-масляные, мас- ляно-алкидные, масляно-фенольные), лаки на основе модифицированных (поливинилацетат- ные, полиэфирноэпоксидные, полиуретановые, полиэфиримидные, полиэфирциануратные, кремнийорганические) и немодифицированных (глифталевые, феноло- и крезолоформальдегид-
146 Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд. 6 ные, полиэфирные, дафеиилоксидные, кремиин- оргаиические, полиамидные, полистирольиые) синтетических полимеров, лаки иа основе при- родных смол и эфиров целлюлозы. 6.3. ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ ЛАКОВ, ЭМАЛЕЙ И КОМПАУНДОВ Данные о полимерных основах для лаков, эмалей и компаундов представлены в разд. 5. Битумы и асфальты применяются в качест- ве составных частей битумных и битумно-мас- ляиых лаков, а также для изготовления про- питочных и заливочных компаундов. Битумы представляют собой в основном сложные сме- си углеводородов и продуктов их окисления и полимеризации. Различают искусственные (неф- тяные) битумы, получаемые окислением или в качестве остатка после перегонки и крекинга нефти и нефтепродуктов, и природные (ис- копаемые) битумы, называемые также асфаль- тами. Разновидностью асфальтов являются ас- фальтиты. Технически важным свойством би- тумов и асфальтов является их способность совмещаться с растительными маслами. Нефтяные битумы применяются для изго- товления пропиточных лаков, когда требуется получить эластичную, не слишком твердую пленку, а также для производства компаундов. Из нефтяных битумов для целей электроиэо- ляции применяется в основном ухтинский би- тум— битум нефтяной специальный (ГОСТ 21822-76). Для изготовления лаков, к кото- рым предъявляется требование медленной суш- ки и длительного сохранения эластичности, применяется битум по ГОСТ 6617-76, получае- мый из парафинистых нефтей. Природные битумы в электротехнической промышленности применяются в основном для изготовления электроизоляционных покрывных лаков воздушной сушки. Для целей электроизоляции из природных битумов наибольшее применение имеют печер- ский и садкинский асфальтит. Согласно ГОСТ и ТУ из числа физико-хи- мических показателей наибольшее различие имеется в температуре размягчения и связан- ной с ней пенетрации. Температура размягче- ния по кольцу и шару по ГОСТ 21822-76 дол- жна быть не менее 110—135 °C (для разных марок), у печерского асфальтита 120—161 °C у садкинского асфальта не выше 220 °C. Растительные масла принадлежат к основ- ным составным частям таких лаков, как мас- ляио-битумные, масляно-глифталевые, масляно- канифольные и др. По химическому составу эти масла представляют собой эфиры жирных кислот и глицерина. Характер жирных кислот, входящих в состав масел, обусловливает раз- нообразие их свойств. Основной характеристикой растительных масел, применяемых в производстве лаков, яв- ляется их способность к высыханию. По способ- ности к высыханию различают три группы ма- сел: высыхающие (тунговое, льняное и др.), полувысыхающие (подсолнечное и др.) и невы- сыхающие (касторовое н др.). Наибольшей способностью к высыханию обладает тунговое (древесное) масло. Пленка тунгового масла об- ладает наиболее высокой влагостойкостью. По плотности растительные масла мало отличаются друг от друга: она находится в пределах 916—968 кг/ма. Определяющим яв- ляется различие в иодном числе, от значения которого зависит способность к высыханию. У тунгового масла, отличающегося наибольшей скоростью высыхания, иодное число лежит в пределах 150—176; у льняного — не ниже 170, у полувысыхающих подсолнечного и хлопково- го соответственно 119—144 и 101—116, а у не- высыхающего касторового — 82—88. Вместо тунгового масла можно применять ойтисиковое. Разные масла отличаются друг от друга по составу. Например, элеостеариновая кислота есть только в тунговом масле, рицино- левая — только в касторовом. В маслах содержится около 0,5 % слизис- тых и белковых веществ, вредно влияющих на качество лаков, особенно на электрические свойства лаковых пленок. Масло, освобожден- ное от слизистых и белковых веществ, называ- ется лаковым или изоляционным маслом. Для изготовления битумно-масляных и масляно-канифольных лаков применяются по- лимеризованные (уплотненные) растительные масла. Полимеризованные масла высыхают медленнее сырых масел, но качество пленки улучшается в отношении твердости, эластич- ности, водостойкости и стойкости к воздейст- виям окружающей атмосферы. Наряду с полимеризованными маслами в производстве электроизоляционных лаков при- меняют и оксидированные (окисленные) мас- ла. Оксидация масел ведется при температуре около 150сС. Пленки оксидированных масел имеют хороший блеск, повышенные твердость и адгезию. В производстве масляно-глифталевых ла- ков наряду с растительными маслами приме- няются жирные кислоты этих масел, получае- мые при расщеплении масла на глицерин и жирные кислоты. Расщепление производят омылением масла щелочью с последующим разложением получаемого мыла кислотой или омылением масла в кислой среде посредством контакта Петрова и другими методами. Сиккативы — ускорители высыхания расти- тельных масел и лаков. В качестве сиккативов применяются продукты взаимодействия солей или оксидов металлов, например Со, Мп, РЬ, и кислот: льномасляных (линолеаты), кани- фольных (резинаты) и нафтеновых (нафтена- ты). В процессе высыхания масел нет значи- тельной разницы между действием резинатов, нафтенатов и линолеатов. Резинатные сикка- тивы сообщают пленке больший блеск, чем ли- нолеатные, но эластичность пленки при этом снижается. По степени активности влияния на скорость высыхания лака металлы располага- ются в следующем порядке: Co>Mn>Pb>Ni>Cu>Fe>Cd> >Cr>Zn>Sn>Ba>Ca>Mg. Металлы действуют различно ие только на скорость высыхания, ио и на качество пленки. Так, соединения Со вызывают интенсивное вы- сыхание с поверхности пленки внутрь; при вве- дении свинцовых и марганцевых сиккативов высыхание пленки происходит изнутри к по-
§ 6.3 Исходные материалы для лаков, эмалей и компаундов 147 Таблица 6.1. Сиккативы, применяемые в электроизоляционных лаках Марка Состав Код ОКП ГОСТ, ТУ Сиккативы нафтенатные жидкие НП-1 Свиицово-марганцевый нафтенат 23 1151 0300 НФ-2 Нафтенат свинца 23 1153 0100 НФ-3 Нафтенат марганца 23 1153 0200 НФ-4 Нафтенат кобальта 23 1153 0300 НФ-5 Нафтенат кобальта 23 1153 0400 ГОСТ 1003-73 НФ-6 Нафтенат кальция 23 1153 0500 НФ-7 Нафтенат цинка 23 1153 0600 НФ-8 Нафтенат железа 23 1153 0700 НФ-9 Нафтенат никеля 23 1153 0800 Сиккативы плавленые 646 64п 7640 Раствор в уайт-спирите марганцевой и свинцо- вой солей жирных кислот льняного масла Раствор в уайт-спирите марганцевой и свинцо- вой солей жирных кислот подсолнечного мас- ла Раствор сплава резината кобальта с льняным маслом и свинцово-марганцевого линолеата в уайт-спирите Сиккативы жирнокислотнь 23 1151 0100 23 1151 0200 ТУ 6-10-1351-78 23 1152 •te 0100 ЖК-1 Раствор в уайт-спирите марганцевой и свин- цов'ой солей различных жирных кислот и их смеси с нафтеновыми кислотами 23 1159 0201 ЖК-2 Раствор в уайт-спирите свинцовой соли жир- ных кислот и их смеси с нафтеновыми кисло- тами 23 1159 0202 ТУ 6-10-1641-77 жк-з Раствор в уайт-спирите марганцевой соли жирных кислот н их смеси с нафтеновыми кис- лотами 23 1159 0203 — Резинат свиицово-марганцево-кальциевый (со- ли свинца, марганца, кальция кислот канифо- ли и льняного масла) 23 1159 0300 ТУ 16-504.003-76 Таблица 6.2. Основные отвердители и ускорители электроизоляционных лаков Марка Состав Назначение ГОСТ, ТУ Код ОКП К-421-02 Меламинофольмальде- гидная смола Для битумно-масляиых, масляно-алкидных и по- лиэфириоэпоксидных лаков ТУ 6-10-1022-78 22 2323 0400 РБ Бутоксикрезолофор- мальдегидная смола Для фенолоалкидных, полиэфирных и поли- эфирноэпоксидных ла- ков ТУ 6-14-592-76 22 2124 0500 — Тетраэтоксисилан Для полиэфирных лаков ТУ 6-02-708-76 22 3574 0200 — Тетрабутоксититан Для полиэфирных и по- лиэфирноэпоксидиых ла- ков ТУ 6-09-2738-75 26 3474 1400 AM-14 Продукт конденсации анилина со смесью аль- Для эпоксидных лаков и смол ТУ 16-504.040-80 23 3291 1400 СГ-2 Продукт конденсации себациновой кислоты с этиленгликолем Для эпоксидных смол ТУ 16-504.015-76 — УП-606 Комплексное соедине- ние трехфтористого бо- ра с моноэтиламином То же
148 Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд. 6 Продолжение табл. 6.2 Марка Состав Назначение ГОСТ, ТУ Код ОКП УП-605 Комплексное соедине- Для эпоксидных смол ТУ 6-09-15-287-77 26 3849 0351 и-МТГФА АМ-2 ние трехфтористого бо- ра с бензиламином Изометилтетрагидро- фталевый ангидрид Фениламинометилме- тилдиэтоксисилан Полиэтиленполиамин То же Отверждение кремний- органическнх лаков, модифицированных эпоксидной смолой То же ТУ 38-103149-79 ТУ 6-02-594-75 24 1345 0130 НК-1 Нафтенат кобальта Ускоритель для поли- ТУ 6-05-1075-76 24 9451 0100 УП 0628 УП 606/2 3, 3, 5, 5-тетракис (ди- метиламинометил) ди- фенилопропан 2,4, 6-трис (диметилами- эфирных лаков Ускоритель для эпок- сидных смол То же ТУ 6-09-221-76 ТУ 6-09-4136-75 26 3849 0611 УП 606/3 нометил) фенол N, N-диметилбензиламин > » ТУ 6-09-2974-73 26 3616 0151 Таблица 6.3. Основные пигменты для электроизоляционных эмалей Наименование Определение (ГОСТ 19487-74) ГОСТ, ТУ Код ОКП Пигментная дву- окись титана Синтетический белый неорганический пиг- мент, изготавливаемый в виде двух крис- таллических форм: анатазной и рутильной ГОСТ 9808-75 23 2112 0203 23 2112 0500 Литопон Синтетический белый неорганический пиг- мент, представляющий собой совместно осажденные н прокаленные сульфид цинка и сульфат бария ГОСТ 907-72 23 2191 0200 Цинковые белила Синтетический белый неорганический пиг- мент, представляющий собой окись цинка Природный красно-коричневый пигмент, представляющий собой окись железа с примесью глинистых минералов и кварца ГОСТ 202-76 23 2121 0200, 23 2121 0500 Железный сурик ГОСТ 8135-74 23 2253 0200, 23 2253 0400 Красный железо- окисный пиг- мент Синтетический пигмент, представляющий со- бой окись железа в форме гематита ТУ 6-10.602-77 23 2241 0203 Охра Природный желтый пигмент, представляю- щий собой глинистые минералы, окрашен- ные гидратированными окислами железа ОСТ 6-10-430-80 23 2252 0100 Ультрамарин Синтетический синий неорганический пиг- мент, представляющий собой алюмосиликат ОСТ 6-10.404-77 23 2262 0203 Пигментная окись хрома Пигмент оливково-зеленого цвета ГОСТ 2912-79 — Таблица 6.4. Свойства важнейших растворителей Растворитель Плотность при 20 °C, кг/м’ Температура кипения при 0.1 МПа, °C (пределы пе- регонки) Время испарения (для этилового эфира принято за 1) ГОСТ, ТУ Код ОКП Алифатические, циклоалифатические и ароматические углеводороды Бензин-растворитель 700—730 80—120 для резиновой про- мышленности Бензин-растворитель 780—790 156—200 для лакокрасочной промышленности (уайт-спирит) 3,5 ГОСТ 443-76 ГОСТ 3134-78
§ 6.3 Исходные материалы для лаков, эмалей и компаундов 149 Продолжение табл. 6.4 Растворитель Плотность при 20 °C, кг/м8 Температура кипения при <1,1 МПа, °C (пределы пе- регонки) Время испарения (для этилового эфира принято за 1) ГОСТ, ТУ Код ОКП Керосин осветитель- ный 840 180—315 — ГОСТ 4753-68 Толуол 863—867 109,5—110,6 6,1—нефтяной 6,1—каменно- угольный и сланцевый ГОСТ 14710-78 ГОСТ 9880-76 24 1421 ОНО, 24 1421 0130, 24 1421 0140 24 1422 0131, 24 1422 0132, 24 14220141, 24 1422 0142 Ксилол 860—870 136—143 13,5—нефтяной 13,5—каменно- угольный ГОСТ 9410-78 ГОСТ 9949-76 24 1451 ОНО, 24 1451 0130, 24 1451 0140 24 1452 0120, 24 1452 0130, 24 1452 0140 Сольвент 860—880 120—170 Хлорированны Не более 2— нефтяной (по ксилолу)— каменно- угольный ? углеводороды ГОСТ 10214-78 ГОСТ 1928-79 24 1572 0100 24 1571 0130, 24 1571 0140, 24 1571 0150 Дихлорэтан 1250—1257 80—86 — ГОСТ 1942-74 24 1222 0120, 24 1222 0130, 24 1222 0140 Хлорбензол 1107—1114 130—132 12,5 ГОСТ 646-73 24 7111 0120, 24 7111 0130, 24 7111 0140 Одноатомные и многоатомные спирты Этиловый 807 78 8,3 ГОСТ 17299-78 91 8213 1191 Изопропиловый 816—822 81,5—83 21,0 ГОСТ 9805-76 242141 0122, 242141 0123 Изобутиловый 801—803 105—110 24,0 ГОСТ 9536-79 24 2151 0230, 24 2151 0240 Этиленгликоль 1113—1114 193—220 ГОСТ 19710-83 24 2212 0120, 24 2212 0130, 24 2212 0140 Простые и сложные эфиры, кетоны Этилцеллозольв 928—933 130—137 43,0 ГОСТ 8313-76 24 3422 0200, Этилацетат Бутилацетат Ацетон Метилэтилкетон Циклогексанон У-метил-2-пирроли- дон 897—900 870—880 790—791 803—807 948 1030—1034 70—80 116—135 55,5—56,5 76—80 150—156 197—202 2,9 11,8 2,1 6,3 ГОСТ 8981-78 ГОСТ 8981-78 ГОСТ 2603-79 ТУ 38.10243-80 ГОСТ 24615-81 ТУ 6-02.1043-76 24 3422 0300, 24 3422 0400 24 1831 0100 24 1824 0120, 24 1824 0130 Различные Скипидар живичный У, У-диметилформа- 855—863 946—950 153—180 152—154 — ГОСТ 1571-82 ТУ 6-09-3720-79 24 3321 0100 мид У, /V-диметилацета- 943 162 — ТУ 6-09.537-80 24 3621 0511 мид Трикрезол каменно- угольный Дикрезол каменно- угольный 1030—1050 1030—1040 190—210 199—205 — ГОСТ 2264-75 ГОСТ 11313-75 24 2425 0130, 24 2425 0140 24 2424 0130, 24 2424 0140
150 Лаки, ямали, компаунды, клеи Раед, в Таблица 6.5. Предельно допустимые концентрации паров для рабочей зоны производственных помещений, температуры вспышки и воспламенения и пределы взрываемости смесей паров органических растворителей с воздухом Растворитель Предельно допустимая концентрация паров, мг/м3 Температура, °C Предел взрываемости, % (об.) вспышки самовоспла- менения иижннй верхний Ацетон 200 —18 547 2,91 Метилэтилкетои 200 —6 514 1,9 10,0 Циклогексанои 10 40 495 1,3 9,0 АГ-метил-2-пирролндон 100 94 255 — — Этилацетат 200 3 400 2,3 16,8 Бутилацетат 200 29 450 1,4 14,3 Этилцеллозольв 200 40—46 235 1,8 15,7 Этиловый спирт 1000 13 404 3,6 19,0 Изопропиловый спирт 10 12 455 2,0 12,0 Изобутиловый спирт 10 28 390 1,84 7,3 Этиленгликоль —— 120 380 3,8 6,4 Толуол 50 4 536 1,3 6,7 Ксилол 50 24 494 1,0 6,0 Бензин-растворитель для рези- 300 —17 270 1,1 5,4 новой промышленности Бензин-растворитель для лако- 300 33 270 1,4 6,0 красочной промышленности (уайт-спирит) Сольвент нефтяной 100 20—25 553 1,3 8,0 Сольвент каменно-угольный 50 8—25 464—535 1,02 —— Скипидар 300 34 300 0,8 Трикрезол 5 75 595 — *——1 Дикрезол 5 75 595 р 1 N, Л-диметнлформамид 10 59 420 4,9 13,6 верхности. Комбинированные сиккативы из ок- сидов двух или трех металлов (Со и Мп; РЬ и Мп; РЬ, Мп и Са) действуют активнее, чем сиккативы из оксидов каждого металла в от- дельности. Большинство применяемых сикка- тивов содержит несколько металлов. Действие сиккативов не пропорционально их содержанию в масле; оно усиливается до определенного пре- дела, после чего начинает уменьшаться. Для обычно применяемых при изготовлении сикка- тива металлов установлены следующие опти- мальные концентрации: 0,13 % для Со, 0,12 % для Мп, 0,19 % для Zn, 0,45% для РЬ и 0,1 °/о для Са. Избыток сиккатива ускоряет термиче- ское старение лаковой пленки. По технологии изготовления сиккативы раз- деляются на осажденные и плавленые. В производстве электроизоляционных ла- ков применяют плавленые сиккативы, получае- мые сплавлением канифоли, реже льняного масла, с окислами марганца, свинца или дру- гих металлов. Сплавление производят при 220—270 °C в зависимости от применяемого металла. Так, для марганцевых сиккативов ре- комендуется 270—280 °C, для свинцовых — 220—230 °C. При изготовлении сиккативов с примене- нием нескольких металлов (обычно применяют для этой цели Мп, РЬ, Са) вначале сплавление производится с оксидами марганца, затем до- бавляются оксиды свинца и кальция. Из осажденных сиккативов применяются нафтенатные сиккативы в виде растворов в ор- ганическом растворителе солей тяжелых метал- лов и дистиллированных нафтеновых кислот. Сиккативы вводятся в лаковую основу в твердом состоянии или добавляются в жидком виде к лаку, для чего плавленые линолеаты или резинаты растворяют в соответствующем рас- творителе. Марки наиболее употребляемых сиккати- вов приведены в табл. 6.Г. Кроме сиккативов, для ускорения высы- хания и отверждения электроизоляционных ла- ков используют различные ускорители высы- хания и отвердители (табл. 6.2). Пигменты. При выборе пигментов для элек- троизоляционных эмалей необходимо учиты- вать влияние пигментов на термоэластичиость эмалей, способность пигментов образовывать в лаках высокодисперсные суспензии без рас- слаивания и образования плотных осадков, на- личие в пигментах примесей водорастворимых солей и электролитов, которые могли бы отри- цательно влиять на электрические параметры эмалей, особенно при воздействии влажной среды. Пигменты, применяемые в электроизоляци- онных эмалях, приведены в табл. 6.3. Растворители и разбавители, применяемые для растворения лаиовой основы и доведения ее до рабочей концентрации, имеют большое значение в производстве электроизоляционных лаков и эмалей, оказывают существенное влия- ние на качество лаковой пленки. Для растворителей лаков и эмалей наи- большее значение имеют следующие свойства: 1. Хорошая растворяющая способность по отношению к той лаковой основе, для которой он применяется, отсутствие коагуляции лака
$ 6.4 Производство электроизоляционных лаков 161 при длительном хранении и применении. Как правило, для растворения лаков применяются смеси растворителей. 2. Скорость испарения. Слишком малая скорость испарения удлиняет процесс сушки лака. Недопустимо наличие в растворителе не- летучего остатка, могущего ухудшить качество лаковой пленки. Очень летучие растворители (ацетон, бензол) вызывают побеление или по- тускнение лаковой пленки за счет конденсации влаги на ее поверхности в результате охлаж- дения вследствие быстрого испарения раство- рителя. 3. Минимальная токсичность. Все органи- ческие растворители в большей нлн меньшей степени токсичны: наиболее токсичны арома- тические углеводороды (в особенности бензол) и хлорированные углеводороды, наименее ток- сичны — скипидар, бензин, этилцеллозольв. Прн выборе растворителя надо учитывать его стоимость. Растворители лаков, применяемых для про- питки обмоток машин и аппаратов из прово- дов с эмалевой или эмалево-волокнистой изо- ляцией, не должен оказывать вредного воздей- ствия на эмалевую изоляцию проводов. Из органических растворителей для элек- троизоляционных лаков наиболее широко при- меняются углеводороды: алифатические (бен- зин, уайт-спирит, реже керосин) и ароматиче- ские (толуол, ксилол, сольвент). Из спиртов применяются главным образом этиловый, бу- тиловый, изопропиловый. Сложные эфиры наш- ли применение при изготовлении эфироцеллю- лоэных лаков (обычно в смеси со спиртами и ароматическими углеводородами). Хлорирован- ные углеводороды применяются для некоторых специальных лаков, например перхлорвинило- вых. В табл. 6.4 и 6.5 приведены некоторые па- раметры важнейших растворителей. 6.4. ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ ЛАКОВ Масляно-канифольные лака получают пу- тем сплавления растительных масел, обычно полимеризованных (главным образом льняного н тунгового), и препаратов канифоли или ис- кусственных копалов с последующим раство- рением продукта в смеси органических раство- рителей. Резинаты нлн другие препараты ка- нифоли вводят в процессе полимеризации мас- ла или в готовое, предварительно уплотненное масло, сплавляя их до получения однородного сплава. Готовую лаковую основу перекачивают в смеситель нли охлаждают в реакционном ап- парате до 180—200 °C перед растворением в ке- росине, до 160—170 °C — в уайт-спирите и до 100 °C— в бензине. Лак фильтруют илн цент- рифугируют, после чего отстаивают. Особо важно отстаивание маслосодержащих лаков, применяемых для эмалирования проводов. Для этих лаков должны применяться рафинирован- ные масла. Битумно-масляные лаки получают путем сплавления битума и асфальтита с маслом и Сиккативом прн 270—280 °C. В реакционный аппарат загружают внача- ле битум, а если применяется смесь битума н асфальтита, то загружают часть битума, ас- фальтит, затем остаток битума и масло. В зависимости от рецептуры лака льняное масло применяют неуваренное, очищенное от белковых веществ, слабо полимеризованное С плотностью примерно 950 нли уплотненное с плотностью 960—970 кг/м3, оксидированное. Асфальтиты соединяются лучше со слабо ува- ренными маслами. Тунповое и ойтисиковое масла вводят слабо полимеризованными, от- дельно уваренными с сжкатнвом нли без него либо неуверенными. Готовность основы битумно-масляных ла- ков определяют по температуре размягчения по кольцу н шару. Готовую лаковую основу перекачивают В смеситель н охлаждают в ре- акционном аппарате до 160—180 °C, после Чего добавляют растворитель. Масляно-алкидные лаки получают путем реакции переэтерификации масла спиртами и последующей поликонденсацией продукта пе- реэтерификации с днкарбоновымн кислотами илн их ангидридами (например, фталевым). Затем продукт поликонденсации растворяют в органических растворителях. Если в качестве масла используют касторовое, то процесс пере- этерификации н поликонденсации осуществля- ют одновременно. Переэтерификация масел спиртами протекает при температурах 200— 240 °C в присутствии катализаторов: окиси свинца, гидрата окиси натрия, бикарбоната нат- рия н т. д. Для производства электроизоляци- онных лаков применять в качестве катализато- ров щелочи не рекомендуется. Контроль про- цесса переэтерификации масел спиртами осу- ществляется по растворимости пробы в этило- вом спирте. Контроль процесса поликонденса- ции по кислотному числу или по вязкости ос- новы лака 50 %-ной концентрации, а также по продолжительности желатинизации на полнме- ризациониой плитке. Для получения светлых лаков рекоменду- ется процесс переэтерификации н поликонден- сации проводить в токе инертного газа (азот, углекислый газ). Масляно-фенольные лаки получают сплав- лением феноло- нлн" крезолоформальдегидных смол с маслами (смесью тунгового и льняно- го). Основу лака растворяют в ксилоле илн сольвенте. Бакелитовые лаки получают растворением в спирте продуктов поликонденсации фенолов, крезолов, аминофенолов и т. д. с формальде- гидом. В качестве растворителя используется также реакционная вода. Полиэфирные лаки получают растворением полиэфиров, полученных путем поликонденса- ции соответствующих мономеров, в смеси ор- ганических растворителей. Алкидно-фенольные лаки получают совме- щением растворов алкидных и фенольных смол. Полиэфирноэпоксидные лаки получают пу- тем реакции соконденсацнн полиэфирных и эпоксидных смол с последующим растворением полученных продуктов в смеси органических растворителей, а также совмещения растворов этих смол. Водно-эмульсионные лаки готовят из лако- вой основы н воды с Добавкой поверхностно- активных веществ, улучшающих смачивающую способность. Изготовление эмульсии произво- дится в эмульгаторах на месте потребления.
152 Лаки, эмали, компаунды, клеи Раед, в Полиэфиризоциануратные лаки получают путем совмещения растворов полиэфиров и нзоцнануратов. В некоторых случаях совмеще- ние растворов осуществляется при нагревании их до 70—75 °C. Кремнийорганические лаки получают рас- творением в органическом растворителе крем- нийорганическнх смол. 6.5. ПРОПИТОЧНЫЕ ЛАКИ НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ Пропиточные лаки применяются для про- питки обмоток электрических машин н аппара- тов, в производстве лакотканей (разд. 11), гиб- ких трубок (разд. 12) и слоистых пластиков (разд. 13). Пропитка обмоток осуществляется с целью нх цементации, повышения влагостой- кости н нагревостойкостн изоляции, улучшения ее теплопроводности, увеличения механической н электрической прочности. Пропитка лаками повышает нагревостойкость изоляции и замед- ляет процесс окисления ее кислородом воз- духа. От пропиточного лака, применяемого для пропитки обмоток, требуются: хорошая пропитывающая способность при максимальном содержании лаковой основы; отсутствие вредного влияния на изоляцию обмоточных проводов и другие электроизоля- ционные материалы; хорошая цементирующая способность, обеспечивающая отсутствие смещения витков, в особенности для роторных обмоток быстро- ходных машин; приемлемая для технологии серийного про- изводства скорость сушки; высокие электрические характеристики прн нормальной и рабочей температурах машин и аппаратов, а также длительность сохранения этих характеристик в процессе эксплуатации; термореактивность, исключающая разбрыз- гивание лака под действием центробежных уси- лий; хорошая влагостойкость. Лаковая пленка должна быть достаточно эластичной, чтобы допускать расширение и сжатие обмоток при колебаниях температуры и слабую вибрацию проводников прн пуске и остановке электродвигателя. Кроме этих общих требований, к отдель- ным пропиточным лакам могут предъявляться дополнительные требования, учитывающие осо- бенности условий эксплуатации: повышенная влагостойкость, повышенная нагревостойкость, маслостойкость, химостойкость, хладоностой- кость и т. д. В последние годы проявляется общая тен- денция к использованию лаков без раствори- телей или с реактивными растворителями, а также водоразбавляемых лаков. Она объяс- няется ие только причинами экологического по- рядка ввиду меньшей токсичности этих раство- рителей по сравнению с традиционными орга- ническими растворителями, используемыми в электроизоляционных лаках, но и причинами экономического порядка в сочетании с качест- вом и скоростью обработки составами, не со- держащими удаляемого растворителя. МАРКИ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ Марки пропиточных лаков с указанием об- ластей нх применения приведены в табл. 6.6. СВОЙСТВА МАСЛОСОДЕРЖАЩИХ ПРОПИТОЧНЫХ ЛАКОВ Битумно-масляные пропиточные лаки (БТ-980, БТ-987 и БТ-988) в зависимости от типа электроизоляционных материалов и об- моточных проводов, в комбинации с которыми они используются, могут применяться для про- питки электрических машин н аппаратов клас- сов А, Е и В. Общим недостатком бнтумно-масляных ла- ков является нх термопластичность: лаки не просыхают в толстых слоях, что приводит к плохой цементации обмоток. Добавка меламн- ноформальдегндной смолы К-421-02 несколько улучшает просыхание бнтумно-масляных лаков в толстых слоях. С применением в производстве электриче- ских машин и аппаратов термореактивных ла- ков и составов без растворителей битумно-мас- ляные лаки утратили свое значение н приме- няются в основном для ремонтных работ. Масляно-алкидные лаки (ГФ-95 и др.), применяемые как пропиточные, имеют сущест- венный недостаток — они не просыхают в тол- стом слое и имеют низкие цементирующую спо- собность и водостойкость. Для устранения это- го недостатка в лак добавляют меламинофор- мальдегндную смолу К-421-02. Лак 321-Т представляет собой водную эмульсию лаковой основы масляно-смолиного типа (на тунговом масле). Негорюч, взрыво- и пожаробезопасен, нетоксичен, поэтому может применяться на конвейерных линиях в общем производственном потоке. Во избежание рас- слаивания водно-эмульсионные лаки не долж- ны подвергаться замораживанию, а также на- греванию выше 50 °C. Недостатком лака 321-Т является малая стабильность эмульсин и низ- кая цементирующая способность. Лак ФЛ-9100 — раствор сплава фенол-ал- кидной смолы с тунговым маслом. Пленка лака обладает хорошими электроизоляционными свойствами, эластичностью, масло- и бензнно- стойкостью. СВОЙСТВА ПРОПИТОЧНЫХ ЛАКОВ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ Феноло-алкидные лаки ФА-97 и ФЛ-98 со- четают ряд ценных свойств: высокую цементи- рующую способность при рабочих температу- рах (рис. 6.1), высокие электрические показа- тели, маслостойкость. Уровень электрических показателей этих лаков выше, чем у лака МЛ-92 (рис. 6.2, 6.3), а потери массы ниже (рис. 6.4). Лаки особенно пригодны для изо- ляции обмоток, претерпевающих значительные центробежные и электродинамические усилия. Недостатком лаков ФЛ-98 н ФА-97 является длительное (до 16 ч) время сушки в обмот- ках электрических машин. Алкидно-меламиновые лаки (типа МЛ-92)— термореактивны, влагостойки (рнс. 6.5), мас- лостойкн, но цементирующая способность их
§ 6.5 Пропиточные лаки 153 Таблица 6.6. Электроизоляционные пропиточные лаки Марка Химическая природа Основная область применения ГОСТ, ТУ Код ОКП новая старая БТ-980 460 Битумно-масля- Пропитка обмоток электри- ГОСТ 6244-70 23 1133 0900 БТ-980 БТ-988 447 458 ный ческих машин, выполненных проводами с волокнистой и эмалево-стекловолокнистой изоляцией. Классы нагрево- стойкости А, Е, В 23 1133 1100 23 1133 1200 ГФ-95 1154 Масляно-алкид- ный Пропитка обмоток электри- ческих машин н аппаратов, где требуется стойкость к кислотам, а также маслона- полненных трансформаторов ГОСТ 8018-70 23 1121 1500 ГФ-9140 321-Т 321Т Алкидный повы- шенной жирности Лаковая основа масляно-алкид- ная МА-0121 Применяется в виде водных эмульсий для пропитки ано- дов, используемых в произ- водстве хлора и других ве- ществ Пропитка обмоток статоров и роторов асинхронных дви- гателей мощностью до 100 кВт, напряжением до 600 В ТУ 6-10-1726-79 Лаковая основа — ТУ 6-10-1314-77 Лак ТИ—0АБ.906.013 23 1121 3300 ФЛ-947 9-627 Масляно-феноль- ный Пропитка обмоток электри- ческих машин с винифлексо- вой, стекловолокнистой, хлопчатобумажной и шелко- вой изоляцией ТУ 6-10-1397-78 ФА-97 АФ-17 Фенол о-алкид- ный Пропитка обмоток электри- ческих машин и аппаратов классов Е и В. Подклейка, пропитка и лакировка обмо- ток проводов со стекловоло- киистой изоляцией ТУ 6 10-1388-74 23 1135 0400 ФЛ-98 АРБ-1 Фенол о-алкид- ный Пропитка обмоток электри- ческих машин и аппаратов классов Е и В ГОСТ 12294-66 23 1135 0500 МЛ-92 МГМ-16, МГМ-8 Алкидно-мела- миновые Пропитка обмоток электри- ческих машин, аппаратов и трансформаторов. Покрытие электроизоляционных дета- лей Пропитка обмоток электри- ческих машин и аппаратов класса F, в том числе рабо- тающих в условиях тропиче- ского климата. Пропитка стеклолент для стекловолок- нистого бандажа тяговых и других электродвигателей (марка Л) Пропитка обмоток электри- ческих машин классов В и F Пропитка обмоток электри- ческих машин и аппаратов классов В и F ГОСТ 15865-70 23 1131 1100 ПЭ-933 ЭТР-5 Полиэфирноэпо- ксидный ТУ 6-10-714-75 23 1137 0101, марка Л; 23 1137 0102, марка П ПЭ-993 ПЭ-9132 — Полиэфирно- изоциаиуратный Полиэфирно- изоциануратный ТУ 16-504.018-77 ТУ 16-504.037-77 23 1137 1000 УР-9144 ИД-9152 — Полиуретановый Полиэфиримид- но-изоцианурат- ный Пропитка обмоток электри- ческих машин и аппаратов серий 4А, MTF, крановых, тяговых, и других двигате- лей классов В и F Пропитка обмоток электри- ческих машин и аппаратов классов В, F и Н ТУ 16-504.047-82 23 1134 1400 КО-991-1 ЭФ-1Т Кремиийоргани- ческий Пропитка обмоток электри- ческих машин и аппаратов ТУ 6-02.756-76 23 1133 4800 КО-991-3 ЭФ-ЗБСУ То же То же То же 23 1133 4900 КО-964 Пропитка обмоток электри- ческих машин н аппаратов класса Н повышенной на- дежности, в том числе мор- ского исполнения. Допуска- ет кратковременную работу при температуре до 250 °C ТУ 6-02.846-74 23 1133 4400 КО-964Н — » » Пропитка обмоток электри- ческих машин и аппаратов классов F и Н То же 23 1133 4500 КО-916К ДФ-971 К-47К ДЭП Кремнийоргани- ческий, модифи- цированный поли- эфиром Дифенилоксид- ный Пропитка обмоток электри- ческих машин и аппаратов классов F и Н нормального, морского и тропического исполнения Пропитка обмоток электри- ческих машин и аппаратов класса Н, подвергающихся воздействию агрессивных сред, растворителей, масел ТУ 6-02.690-76 ТУ 6-02-1041-79 23 1133 2400 МА-595А МА-585Б — Масляный Изготовление лакотканей и трубок ТЛВ Изготовление маслостойких трубок ТУ 16-503.062-75 То же 23 1114 0200
151 Лаки, эмали, компаунды, клеи Рш. 6 Продолжение табл, 6.6 Марка Химическая природа Осиозная область применения ГОСТ. ТУ Код ОКП новая старая МА-972 — Масляный Изготовление лакированных хлопчатобумажных трубок ТУ 6-10.860-75 23 1114 0500 БТ-963 ВЭИ-10 Битумно-масля- ный Изготовление стеклолако- тканей ТУ 16-504.019-77 23 1113 0800 ПЭ-951 Полиэфирный, модифицирован* ный маслом Изготовление лакированных трубок ТЛВ и ТЛМ ТУ 16-504.024-74 23 1137 1300 ПЭ-966 ЭПС-1 Полиэфирно- эпоксндиый Изготовление лакированных стеклянных трубок ТУ 16-504.013-76 23 1137 0700 ПЭ-942 ЭПТ-1 То же Изготовление стеклолако- тканей ТУ 16-504.030-74 23 1137 1600 КО-991-5 ЭФ-5Т Кремннйоргани* ческнй Изготовление липкой стекло- лакоткани ЛСКЛ и полу- проводящей стеклолакотка- ии ЛСК-5 ТУ 6-02,753-73 23 1133 4100 КО-915 К-44 То же, модифици- рованный поли- эфиром Кремиийоргани- ческий Изготовление стеклолакотка- ней и стеклолакотрубок ТУ 6-02-709-72 23 1133 2200 КО-921 К-55 Пропитка стеклянной оплет- ки проводов н кабелей ГОСТ 16508-70 23 1133 2700 ФЛ-9100 ФЛ-590 Феиолоалкидный Изготовление электроизоля- ционных лакобумаг ТУ 6-10-1228-77 23 1135 1100 ФЛ-9107 Фенольный Пропитка бумаги и тканей при изготовлении слоистых пластиков ТУ 16-504.029-74 ФЛ-9107П —» То же То же —— ФЛ-9107Л » Изготовление бумажно-баке- литовых намотанных изде- лий » » — ФЛ-5111 ИФ-П » Пропитка стеклянных тканей и бумаг ТУ 16-503.035-75 — ЭП-5122 ИФ/ЭД-6- кг Фенолоэпокснд- ный Пропитка стеклянных тка- ней, изготовление стеклотек- столитов ТУ 16-504.010-76 КО-926 К-41 Кремиийоргани- ческий Изготовление стеклотексто- лита ГОСТ 16508-70 23 1133 3000 Рнс. 6.2. Зависимости Епр пленок пропиточных лаков от температуры: 7 —МЛ-92; 2 —ФА-97: 3 — ФЛ-98; 4 — ПЭ-993: 5 — ПЭ-933 Рнс. 6.3. Зависимости р пленок пропиточных лаков от температуры; /—МЛ-92; 2—ФА-97; 3 — ФЛ-98; 4 — ПЭ-993 : 5 — ПЭ-933 Рис. 6.1. Зависимость цементирующей способ- ности пропиточных лаков от времени старения прн температуре 170 °C: 1 _ ФЛ-98; 2 —МЛ-92; 3 — БТ-087; 4 — ФА-97; 5 — 199 (Isola-Werke, Швейцария); ----.---измерение при 20 °C;-------измерение при 100 °C Рнс. 6.4. Потери массы пленок пропиточных лаков в процессе теплового старения при 180 °C: 1 — МЛ-92; 2 — ФА-97; 3 — ФЛ-98 РИС. 6.3 Рис. 6.4 Рис. 6.2
f 6.5 Пропиточные лаки 155 прн рабочей температуре ниже, чем алкндно- фенольных лаков, хотя н значительно выше, чем масляно-битумных (см. рис. 6.1). Полиэфирноэпоксидный лак ПЭ-933 имеет высокую цементирующую способность (рис. 6.6), высокие электрические характеристики и влагостойкость (рис. 6.7). Для ускорения вы- сыхания и просыхания в толстом слое в лак добавляют бутоксикрезолформальдегидную смолу РБ. Растворитель и разбавитель лака — смесь толуола и зтилцеллозольва. Полиэфирноизоциануратные лаки ПЭ-993 и ПЭ-9132 лакн с ускоренным временем и по- ниженными температурами сушкн и просыха- ния в толстом слое. Эти лакн просыхают в тол- стом слое быстрее, чем пропиточные лаки клас- са В, н при более низкой температуре (130°C), чем лак ПЭ-933 класса F. Лаками ПЭ-993 и ПЭ-9132 можно пропитывать обмотки на ваку- Сутки Рис. 6.5. Зависимость электрической прочности пленок пропиточных лаков от времени увлаж- нения (<р=95±2 %; /=40±2°С): 1— МЛ-92; 2 —ФЛ-98 Сутки, Рис. 6.6. Зависимость цементирующей способно- сти лаков от времени старения при 180 °C: 1 — ПЭ-933; 2 — ПЭ-993;---- — измерение при 20 °C;-------измерение при 155 °C Рис. 6.7. Зависимость р пленок лака ПЭ-933 от времени увлажнения (<р = 95±2 %, t= -40±2°С) ум-пропиточной установке AVB и методом по- гружения. Эти лакн имеют высокую цементирующую способность (см. рнс. 6.6) н хорошие электри- ческие показатели (см. рнс. 6.2 и 6.3). Раство- ритель лаков — смесь ксилола н циклогексано- на, разбавители — ксилол, циклогексанон, бу- тилацетат. Полиуретановый лак УР-9144 отличается ускоренным временем просыхания в обмотках электрических машин и пониженной темпера- турой сушки (10—12 ч прн 130 °'С); имеет вы- сокую цементирующую способность н хорошую совместимость с эмалированными проводами ПЭТВ н ПЭТ-155. Пропитка может производиться окунанием нлн на вакуумно-пропиточной установке AVB-1. Допускается однократная пропитка. Полиэфиримидизоциануратный лак ИД-9152 отличается сокращенным временем просыхания в обмотках электрических машин н пониженной температурой сушки (10—12 ч прн 130—150 °C); обладает высокими цементи- рующей способностью, твердостью при рабочих температурах, стойкостью к влаге, маслам, топ- ливам, хладону, другим агрессивным средам и таким факторам, как плесневые грнбы, радиа- ция, циклический перепад температур —60-н -ь180с'С, токовые перегрузки. Лак пригоден для пропнткн различных электрических машин и аппаратов, в том числе крупных двигателей постоянного тока сернн П2. Пропитка лаком может производиться оку- нанием нлн на вакуумно-пропиточных установ- ках типа AVB и др. Допускается однократная пропитка. Полиэфирноэпоксидный лак ПЭ-942 имеет высокую термоэластичность в сочетании с вы- сокими электрическими характеристиками. Ускоритель высыхания лака — меламинофор- мальдегидная смола К-421-02. Растворитель и разбавитель — смесь зтилцеллозольва и толу- ола. Лак КО-916К — раствор в ксилоле модифи- цированной полиэфиром кремннйорганнческой смолы, обладает высокой пропиточной способ- ностью, влагостойкостью н хорошей цементи- рующей способностью, но уступает по нагре- востойкостн иемоднфицированным лакам (КО-964 н др.). Лак КО-915 — раствор в толуоле модифи- цированной полиэфиром кремнийорганической смолы, обладает хорошей влагостойкостью, но механическая прочность лаковой пленки иа стеклянной ткани недостаточна. СВОЙСТВА ПРОПИТОЧНЫХ ЛАКОВ НА ОСНОВЕ НЕМОДИФИЦИРОВАННЫХ СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ Кремнийорганические лаки в зависимости от исходных мономеров, которые были исполь- зованы для синтеза кремннйорганических поли- меров, имеют различные характеристики по термоэластичности, продолжительности высы- хания, твердости. Эти лаки отличаются высокой нагревостойкостью и высокими электрическими характеристиками, особенно прн рабочих тем- пературах. Для достижения оптимальных свойств крем- нийорганическне лакн подвергают длительной термической обработке прн высоких темпера- турах (180—200°C), Такая обработка способ-
156 Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд. 6 Таблица 6.7. Показатели пропиточных маслосодержащнх лаков (по ГОСТ и ТУ) Показатель БТ-980 БТ-987 БТ-988 БТ-963 ГФ-95 Условная вязкость по вискозиметру ВЗ-4 30—60 30—60 30—60 17—40 30—50 при 20 ±0,5 °C, с Массовая доля нелетучих веществ, % 42—47 42—47 42—47 42±2 46—52 Кислотное число, мг КОН на 1 г, не более — — — — 12 Время высыхания до степени 3 при 105— 10 6 3 60* 2 110 °C, ч, не более Термоэластнчность пленки при 150 °C, ч, 12 8 5 48 48 не менее Твердость пленки по прибору М-3 при 20± — — — — 0,42 ±1 °C, условные единицы, не менее Маслостойкость-пленки, Н, не менее — — — — 59 £цр пленки, МВ/м, не менее: прн 20±2 °C 60 60 60 50 70 при 90 ±2 °C 35 30 30 35** 45*** после выдержки в воде 24 ч при 20 ± 25 25 24 3Q**** 25 ±2 °C р пленки, Ом-м, ме менее: прн 20 ±2 °C 1013 1012 1013 1013 при 90±2 °C 5-10» 10» 10е — — после выдержки 24 ч в воде при 20 ± 101° 1010 101° — Ю10 ±2 °C • При 150±2 °C. •* При 130±2 °C. *** Прн 120+2 °C. **** После выдержки 24 ч в камере с ф = 95±2 % прн 20=ь2вС. 321-Т (по ТУ) Таблица 6.8. Показатели пропиточного водно-эмульсионного лака Показатель Значения Внешний вид Жидкость белого или Стабильность лака (отсутствие выделения водного или смоляного светло-желтого цвета, не содержащая внднмых маслянистых капель 1 слоя), массовая доля нелетучих веществ 30—60 % при 18—25°C, мес, не менее Время высыхания при 120—125 °C, ч, не более: на бумаге 3 на меди 2 Термоэластнчность пленки иа медной подложке прн 150 °C, ч, не ме- 20 нее Цементирующая способность на пучках провода ПЭТВ при 20 °С> Н, 250 не менее fnp пленки на подложке из телефонной бумаги, МВ/м, не менее: при 20 °C 30 при 100 °C 20 после выдержки 24 ч в воде прн 20±2°С 8 Таблица 6.9. Показатели пропиточных термореактивиых лаков на основе модифицированных синтетических полимеров (по ГОСТ н ТУ) Показатель ФЛ-98 ФА-97 МЛ-92 ПЭ-933 П н Л ПЭ-942 ПЭ-951 А и Б ПЭ-966 Условная вязкость по вискозиметру ВЗ-4 при 20 ±0,5 °C, с 35-60 50—100 25—50 30—60 50—100 25—35 18—27
§ 6.5 Пропиточные лаки 157 Продолжение табл. 6.9 Показатель ФЛ-98 ФА-97 МЛ-92 ПЭ-933 П и Л ПЭ-942 ПЭ-951 А и Б ПЭ-966 Массовая доля нелету- чих веществ, %, не более 50 48—57 50—55 50-55 48—52 50±2 54 ±2 Кислотное число, мг КОН на 1 г, не более Время высыхания до степени 3 ч, не более: 10 — при 120 ±2 °C 2 2 1* — — — — при 130 ±2 °C - — — — — 0,5 — при 155±2°С Время просыхания ла- ка в толстом слое, ч, ие более: 2 1 1 прн 115—120 °C — — 16 — — — — прн 155 ±2 °C Термоэластичность плен- ки, ч, не менее: 16 — при 150 °C 30 15 48 — — — — при 180 °C — — - •• 24 — — — Твердость пленки по прибору М-3 при 20 ± ± 1 °C, условные еди- ницы, не менее 0,40 Маслостойкость пленки, Н, не менее £ПР пленки, МВ/м, не менее: 78 при 20 ±2 °C 70 70 65 80 7 Q#* 60 7** прн 130 ±2 °C 40 — 40 — — 40*** 3** при 155 ±2 °C —- — — 40 3,5** — —- после выдержки 24 ч в камере с <р=95±2 % прн 20 ±2 °C р пленки, Ом-м, не ме- нее: 40 40 2Q**** 40 30 2,5** прн 20 ±2 °C Ю1? — Ю1? 101? — Ю1? 101» при 130 ±2 °C 108 — 10е — — 101“ при 155±2°С —— — — 10s — —- —• после 24 ч выдерж- ки в камере с <р = =95±2 % при 20±2°С * При 105—ПО °C. ♦* Пленки, нанесенной нг При 105±2 вС. **** После выдержки 24 ч ю11 стеклянную в воде. о ткань» кВ 5» JQ10**** 101? 101° Таблица 6.10. Показатели пропиточных термореактивных лаков на основе модифицированных синтетических полимеров (по ТУ) Показатель ПЭ-993 ПЭ-9132 УР-9144 ИД-9152 ДФ-971 Условная вязкость по вискозиметру ВЗ-4 при 20 ±0,5 °C, с Массовая доля нелетучих веществ, % Время высыхания до степени 3, мин, не более: при 130±2°С при 200 ±3 °C Время просыхания лака в толстом слое при 130 ± 2 °C, ч, не более Время просыхания лака в закрытом объеме при 155 ±2 °C, ч, не более 40—110 50±2 30 5 40—110 49±2 30 5 30—90 50±2 30 5 8 40—60 г 45±2 30 5 8 16—35 45±4 30
1Б8 Лаки, эмали, компаунды, клеи Ра»д, в Продолжение табл. 6.10 Показатель ПЭ-993 ПЭ-9132 УР-9144 ИД-9152 ДФ-971 Термоэластнчность пленки при 180±2°С, ч, 50 50 100 50 —- не менее Твердость пленки по прибору М-3 при 20 + —• — — 0,8 ± 1 °C, условные единицы, не менее Маслостойкость пленки, Н, не менее — • 100 98 Бензииостойкость пленки, ч, не менее — — — — 24 Цементирующая способность на пучках про- водов, Н, не меиее: прн 20 ±5 °C 330 294 330 250—300 — при 180±2°С — — 50 — Епр пленки, МВ/м, не менее: при 15—35 °C 80 80 80 80 при 155±2°С 40 40 40 — — при 180±2°С — — —• 60 60 после 24 ч выдержки в камере с ф= 35 35 50 60 —— =95±2 % при 20+5 °C р пленки, Ом-м, не менее: прн 15—35 °C 5-1012 2-101? 5-1012 1012 1018 прн 155±2°С 5-108 Ю8 5-Ю8 — при 180+2 °C —.. — . 5-Ю8 1011 после 24 ч выдержки в камере с ф=95+ 1011 1011 5- Юн Юн 1011 +2 % при 20+5° С ствует повышению механических свойств лако- вых пленок, маслостойкости, улучшению цемен- тирующей способности. Кремнийорганнческнй лак КО-964Н высы- хает при пониженной температуре (150°C). Он сочетает пониженную температуру сушки с вы- Таблица 6.11. Показатели пропиточных кремиийоргаиических лаков (по ГОСТ и ТУ) Показатель КО-991-1, КО-991-3 КО-991-5 КО-915 КО-916К КО-921 КО-964, КО-964Н Условная вязкость по вискозимет- 15—70 65—90 30—70 45—65 17—27 18—30 ру ВЗ-4 при 20 ±5 °C, с не менее Массовая доли нелетучих ве- 40 60—66 65±2 66±2 50±1 50±2 ществ, % Время высыхания до степени 3 120/60* 120 35—75 15 15 60/40*** при 200±3°С, мин, не более 45—75** Термоэластичность пленки прн 40* 50 150 50 75 200*** 200 ±3 °C, ч, не менее Цементирующая способность на 200** 300 — — — 300 — 250*** пучках проводов, Н, не менее ЕПр пленки, МВ/м, не менее; прн 15—35 °C 65 70 70/80** 70 70 75 прн 180±2°С 1. ! 25 — —-v- 35 40 прн 200+3 °C 25 — 28/35** 45 — — после 24 ч выдержки в каме- ре с ф=95±2 % при 20 + +2 °C р пленки, Ом-м, не меиее: прн 15—35 °C 25 30 50/60** 40 35 50/40*** 1012 — Ю12/1013** IO»2 low 1012/1012*** при 180±2°С - — — — 101» — при 200 ±3 °C — — 1018/1011** 101° — 1018/ю8*** после 24 ч выдержки в каме- ре с ф=95+2 % при 20+ ±2 °C 101° 1010/1012** 10U 1011 104 * Показатели лака КО-991-3. ** Показатели лака КО-915 с *** Показатели лака КО-964Н. государственным Знаком качества.
§6.7 Покрывные эмали 159 Рис. 6.8. Зависимость цементирующей способ- ности пропиточных кремннйорганнческих лаков от времени старения прн температуре 220 °C: 1 — КО-964Н; 2 — DC-997 (фирма «Dow-Corning», США): 3—MS-994 (фирма «Midland Silicones», Вели- кобритания); 4 — КО-916К;-----измерение при 20 °C;------измерение при 180 °C Рис. 6.9. Потеря массы пленок пропиточных кремннйорганнческих лаков в процессе старе- ния прн 250 °C: 1 — КО-964; 2 — КО-946 ; 3 — MS-994 (фирма Midland Silicones); 4 — DC-997 (фирма Dow-Corning); 5 — КО-916К Рис. 6.10. Зависимость р пленок пропиточных кремнийорганических лаков от продолжитель- ности увлажнения (<р = 95±2 %, /=20±2°С): 1 — КО-916К; 2 — MS-994; 3— КО-964 сокимн электрическими показателями и с по- вышенной (по сравнению с другими кремнийор- ганическими лаками) цементирующей способ- ностью (рис. 6.8). Пропиточные кремннйорганнческие лаки отличаются небольшими потерями массы при повышенных температурах (рнс. 6.9), малой зависимостью электрических характеристик от температуры старения н продолжительности увлажнения (рнс. 6.10). Дифенилоксидный лак ДФ-971 представля- ет собой раствор в ксилоле полнфеноксифенн- ленметиленов. Обладает высокими цементи- рующей способностью и твердостью прн рабо- чих температурах, стойкостью к маслам, топ- ливам, другим агрессивным средам и таким факторам, как плесневые грибы, солнечная ра- диация, а также к циклическим термоударам (-60—150 °C). Свойства пропиточных лаков приведены в табл. 6.7—6.11. 6.6. ПОКРЫВНЫЕ ЛАКИ НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ Покрывные лаки предназначены преимуще- ственно для создания защитного электроизоля- ционного покрытия на пропитанных обмотках, а также для покрытия металлов, различных электроизоляционных деталей из гетинакса, текстолита и других материалов. Сюда не вхо- дят лаки, применяемые в производстве обмо- точных проводов. Основные требования, предъявляемые к покрывным лакам: быстрое высыхание; хорошая адгезия к покрываемой поверхно- сти; способность образовывать твердую и меха- нически прочную пленку; Сутки хорошие электрические характеристики; хорошие влагостойкость н нагревостойкость. Кроме того, к покрывным лакам может предъявляться ряд дополнительных требова- ний, если электрическая машина или аппарат работают в условиях повышенной влажности, высоких температур, прн воздействии нефтяных масел и химически активных сред. МАРКИ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ Марки покрывных лаков н основные об- ласти применения приведены в табл. 6.12. Лакн ХС-9105 н БТ-99 — холодной сушки, остальные — горячей. Лакн ХС-9105, УР-976, УР-9130, ЭП-730 и КО-990 изготовляют смешением компонентов непосредственно перед употреблением. Лаки наносят на покрываемые поверхности пневматическим распылением, окунанием, на- ливом или кистью. Лаки КФ-965, ПЭ-9131 н КО-916 наносятся также н на лакировальных машинах. Лак КО-990 наносят по адгезионному под- слою из сополимера БМК. СВОЙСТВА ПОКРЫВНЫХ ЛАКОВ Свойства покрывных лаков даны в табл. 6.13—6.15 6.7. ПОКРЫВНЫЕ ЭМАЛИ НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ Покрывные эмали представляют собой сус- пензии неорганических пигментов и наполните- лей в растворах смол. Пигменты улучшают нагревостойкость и теплопроводность лаковой пленки, повышают ее твердость и атмосферостойкость. Эмалн в основном предназначены для защиты поверхно- стей различных деталей электрических машин и аппаратов. Требования, предъявляемые к эмалям, аналогичны требованиям к покрывным лакам; кроме того, дополнительно предъявляются тре- бования к суспензии: пигмент должен быть равномерно распределен, эмаль должна быть однородной, без комков и пленок. Специфические требования предъявляют- ся к полупроводящим эмалям, которые пред- назначаются для протнвокоронной защиты вы- соковольтной изоляции. Прн этом особые тре- бования предъявляются к полупроводящим эмалям, предназначенным для противокорон- ной защиты термореактнвной изоляции элект- рических машин напряжением свыше 6 кВ. По- лупроводящее покрытие, предназначенное для пазовых частей катушек, должно иметь сопро- тивление 103—104 Ом. Прн испытании эмалн сопротивление определяется прн толщине по-
160 Лаки, ямали, компаунды, клеи Разд. 6 Таблица 6.12. Электроизоляционные покрывные лаки Марки Химическая природ» Основная область применения ГОСТ, ТУ Код ОКП новая старая НЦ-995 4Б Нитроцеллюлоз- ный пластифици- рованный Лакировка оплеток низ- ковольтных проводов ТУ 6-10-1700-78 23 1411 2800 НЦ-995А 4БА То же с антисеп- тиком То же То же 23 1411 2900 НЦ-995Б 5Б Нитроцеллюлоз- ный пластифици- рованный Этилцеллюлоз- ный пластифици- рованный Лакировка оплеток вы- соковольтных проводов > » 24 1411 3000 ЭЦ-959 ДЭП-2 Лакировка оплеток низ- ковольтных проводов ТУ 6-10.691-79 23 1441 0300 ЭЦ-9101 ЭКЛ-1 Го же Лакировка оплеток мон- тажных проводов ТУ 6-10.1428-79 23 1441 0400 ХС-9105 Сополимеро-ви- нилхлоридный Защита маркировочных обозначений, нанесен- ных краской МА-514 иа различные поверхности радиодеталей, при экс- плуатации их прн темпе- ратуре от —60 до -J-85 °C в среде с повы- шенной <р (до 97 %) ТУ 6-10-1745-80 23 1321 1000 БТ-99 462П Битумно-масля- ный Покрытие пропитанных обмоток электрических машин и аппаратов, а также других изделий, работающих внутри по>- мещений ГОСТ 8017-74 23 1113 0200 КФ-965 УР-976 302 Масляно-кани- фольный Полиуретановый Лакировка электротех- нической стали Нанесение влагостой- ких электроизоляцион- ных покрытий ГОСТ 15030-78 ТУ 6-10-1404-78 23 1111 0400 УР-9130 УР-930 Полиуретановый, модифицирован- ный фенолофор- мальдегидной смо- лой и ацетобути- ратом целлюло- зы Маслостойкое электро- изоляционное покрытие по металлу, керамике, гетннаксу и текстолиту ТУ 6-10.577-75 23 1134 0900 ПЭ-9131 — Полиэфирный Лакировка электротех- нической стали ГУ 6-10.1860-82 23 1136 2600 ЭП-96 Эпоксидный, мо- дифицированный адипиновой кис- лотой с добавкой смол РБ и К-421- 02 Электроизоляционные влагозащитные покры- тия ТУ 6-10.763-75 23 1132 0500 ЭП-730 Э-4100 Эпоксидный Электроизоляционные влагозащитные покры- тия преимущественно холодной сушкн для пе- чатного монтажа и электронной аппарату- ры. Покрытия стойки к растворам щелочей и спиртобензиновой смеси ГОСТ 20824-81 23 1132 1100 ЭП-9114 — Эпоксидный Защита печатных узлов, эксплуатируемых прн температурах от —60 дэ + 125 °C ОСТ 6-10.429-79 23 1132 2700
§ 6.7 Покрывные эмали 161 Продолжение табл. 6.12 Марки Химическая природа Основная область применения гост, ту Код ОКП новая старая КО-916 К-47 Кремнийоргани- ческий, модифи- цированный по- лиэфиром Лакировка электротех- нической стали ГОСТ 16508-70 23 1133 2300 КО-940 Кремнийоргани- ческий, модифи- цированный поли- бутилметакрила- том БМК-5 Защита токонесущей поверхности труб ТУ 6-10.719-79 23 1133 3300 КО-990 То же Защита печатных плат, изготовленных на высо- кочастотных диэлектри- ках, работающих в ин- тервале температур от —60 до + 150 °C на час- тотах 106—1010 Гц. На- носится по адгезионному подслою из сополимера БМК ТУ 6-10.1874-82 23 1133 6300 Таблица 6.13. Показатели покрывных нитролаков, эфирцеллюлозных и сополимеро-винилхлоридных лаков (по ТУ) Показатель НЦ-995 НЦ-995А НЦ-995Б ЭЦ-959 ЭЦ-9101 ХС-9105 Условная вязкость при 20± ±0,5 °C, с, по шариковому вис- козиметру 120—140 120—140 120—280 120—250 35-120 15—35 Массовая доля нелетучих ве- ществ, % Время высыхания до степени 3, не более: 32—36 35—37 36—40 28—34 26-30 15±1 при 20±2°C, ч — — — — — 24 при 80±2 °C, мин Теплостойкость пленки, ч, ие меиее: 5 при 75±3°С 24 24 — 24* — — при 130 ±5 °C — — 10 — — — Стойкость к действию смеси бензин—масло при 20±2°С, ч, ие менее 6 6 6 — — — Стойкость пленки к действию масла при 90±3°С, ч, не ме- нее ,— — 40 — — — Стойкость пленки к действию воды при 20±2°С, ч, не ме- нее Стойкость пленки к действию температуры: 24 24 —10 °C, ч, не менее —60ч- +85 °C, циклы, не менее — — 15 — — — — — — — — 5 Горючесть пленки, мм, не бо- лее — 90 50 — — — Адгезия пленки, баллы, не ме- нее — — — — — 1 6-232
162 Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд, 6 Продолжение табл. 6.13 Показатель НЦ-995 НЦ-995А НЦ-995Б ЭЦ-959 ЭЦ-9101 ХС-9105 Стойкость пленки к действию поверхностного разряда, кВ, не менее: 18 непосредственно после вы- сыхания — — —— — — после дополнительной вы- держки 24 ч в камере с <р=95±2°С при 20±5°С 10 £Пр пленки при 20±5 °C, кВ/м, не менее р пленки, Ом-м, не менее: 40 при 20 ±2 °C — — — — 10е Ю13 после выдержки 96 ч в ка- мере с <р=95±2 % при 40 ±2 °C 10U • При 75—80 °C. Таблица 6.14. Показатели покрывных масляио-битумных, масляно- канифольных, полиуретановых, полиэфирных и эпоксидных лаков (по ГОСТ, ОСТ и ТУ) Показатель БТ-99 КФ-965 УР-976 УР-9130 ПЭ-9131 ЭП-730 ЭП-96 ЭП-9114 Условная вязкость по вискози- метру ВЗ-4 при 20+0,5 °C, с 30—60 >90 15—25 30—70 90—200 11—14 35—65 75—95 Массовая доля нелетучих ве- ществ, 42—47 >65 48—52 (полу- фабри- каты) 65±2 30—35 33—37 83—87 Время высыхания до степени 2 при 20 ± 2 °C, не более Время высыхания до степени 3, ч, не более: 3 при 20±2 °C 24 — — — — — — — при 60±2°C при 70—80 °C: — — 8 первого слоя — — — 4 — — — — второго слоя — — — 8 — — — — при 90 °C —- — 5 — - — — — при 107±2°С U,5 — — — — — — при 150 ±2 °C — — — —— — 1 — — при 190±3 °C —— — —— — — —- 1 ,ь — при 205 ±5 °C — 12* — — 15 — — — Твердость пленки по прибору М-3 при 20 ±2 °C, условные единицы, не менее 0,15 0,4 —* — 0,5 0,9 0,75 — Стойкость пленки к действию масла, Н, не менее — 60 — >24 ч 66 Масло- — — Стойкость покрытия к изгибу, мм, не более — — Г73”* — — 1 — Адгезия, баллы, не более Теплостойкость пленки, ч, не — — 2 2 — — 1 1 менее 50 При 120± ±2 °C 500 Стойкость пленки к смене тем- ператур —60-е +125 °C, циклы, ие менее ““ — —- —— — — 5 Холодостойкость пленки, ч, ие менее —- —— —— 6 —• — — — • При 200—210 °C. ** После сушки 30—40 мин при 90 °C. •* То же после дополнительной выдержки 100 ч при 80 вС.
5 6.7 Покрывные эмали 163 Продолжение табл. 6.14 Показатель БТ-99 КФ-965 УР-976 УР-9130 ПЭ-9131 ЭП-730 ЭП-96 ЭП-9114 £Пр пленки, МВ/м, не менее: при 20 ±2 °C 55 70 70 75 72 — — 50 после выдержки 24 ч в во- де при 20 ± 2 °C р пленки, Ом-м, не менее: 20 30 35 в тече- ние 48 ч 25 40 при 20 ±2 °C — — Ю10 — — — — 1013 после выдержки в камере с <р — 95±2 % при 40±2 °C: — — 109 —— — — — — в течение 24 ч — —— — — — — — 1019 в течение 96 ч — — — — — — — 10Ю в течение 720 ч после выдержки 500 ч при 120+2 °C — — — — — — Ю13 tg 6 пленки (106 Гц при 20 ± ±2 °C) — — — — — — — 0,02 8г пленки (106 Гц при 20 ± ±2 °C) — —— — — — — 4,0 Таблица 6.15. Показатели покрывных кремнийоргаиических лаков (по ГОСТ и ТУ) Показатель КО-916 КО-940 КО-990 Условная вязкость по вискозиметру ВЗ-4 при 20+0,5 °C, с 45—65 15—20 11 — 13 Массовая доля нелетучих веществ, % 67±1 24—26 30±2 Время высыхания пленки до степени 3, ч, не более: при 20 ±2 °C — — 6 при 80 ±2 °C — 1 —.• при 200±3 °C 1 — — Твердость пленки по прибору М-3, условные единицы, не ме- иее: при 20 ± 2 °C 0,6 — 0,45 при 180 ± 5 °C 0,2 — — Адгезия пленки, баллы, не более — 1 2 Стойкость покрытия к изгибу, мм, не более — 3 3 Термоэластичность пленки при 200+3 °C, ч, не менее 50 — — £Пр пленки, МВ/м, не меиее: при 20 ±2 °C 70 — 50 при 180±2 °C 35 — — после выдержки 24 ч в камере с <р = 95+2 % при 20±2°С 40 — — р пленки, Ом • м, не менее: при 20+2 °C 1012 — 1013 при 180 ±2 °C 1019 — — после выдержки 96 ч в камере с <р=95+2 % при 40± Юн * — 1013 +2 °C ps пленки, Ом, не меиее: при 20+2 °C — — 1013 после выдержки 96 ч в камере с относительной влажно- — — 1013 стью 95 ±2 % при 40+2 °C tg 6 пленки (106 Гц) не более: при 20+2 °C — 0,008 0,0005 после 96 ч выдержки в камере с ср=95±2 % при 40±2°С — 0,01 0,008 Ег пленки (106 Гц) не более: при 20 ±2 °C — — 3,6 после 96 ч выдержки в камере с ср=95±2 % при 40±2°С — — 3,8 * 24 ч при 20±.2 °C» 6*
164 Лаки, этали, компаунды, клеи Разд. 6 Таблица 6.16. Электроизоляционные покрывные эмали Марка Химическая при- рода связующего Основная область применения ГОСТ, ТУ Код ОКП старая новая ХВ-785 красио-ко- ричиевая ХСЭ-26 Перхлорвинило- вая Покрытие пропитанных об- моток электрических машин, подвергающихся воздейст- вию кислотных и щелочных реагентов ГОСТ 7313-75 23 1312 2958 ХС-928 черная с серым оттенком Сополимеро-ви- иилхлоридиая Окраска металлических и неметаллических поверхно- стей с целью создания токо- проводящего слоя ТУ 6-10.1180-76 23 1322 1702 ХС-973 серая Сополимеро-ви- нилхлоридиая Создание электрического контакта с одновременной защитой от коррозии метал- лических соединений из маг- ниевых, алюминиевых, тита- новых сплавов, сталей, лу- женой латуни, в которых хотя бы одна деталь изго- товлена из магниевых спла- вов. Токопроводящая ТУ 6-10.1735-80 23 1322 4103 НЦ-929 от розо- вого до светло- коричневого 1201 Нитроглифтале- вая пластифици- рованная Покрытие неподвижных об- моток электрических машин и аппаратов. Отделка раз- личных электроизоляцион- ных деталей ТУ 6-10.1331-82 23 1422 0800 АС-95 голубая, серая Бутилметакри- латная Покрытие керамических кон- денсаторов с целью элект- рической изоляции проводя- щей поверхности и защиты ее от действия влаги и ме- ханических повреждений. ТУ 6-10.1226-77 ГФ-92ХС: серая, свд Масляио- алкид- Покрытие неподвижных об- ГОСТ 9151-75 23 1212 0103 красная КВД ная моток электрических машин и аппаратов. Отделка раз- личных электроизоляцион- ных деталей 23 1212 0106 ГФ-92ГС серая СПД То же Покрытие неподвижных и вращающихся обмоток элек- трических машин и аппара- тов для получения твердого, механически прочного по- крытия, стойкого к дейст- вию нефтяных масел ГОСТ 9151-75 23 1212 0159 ГФ-913 красная тк-з » » Покрытие непроволочных резисторов типа МЛТ и дру- гих радиодеталей ТУ 6-10.850-76 23 1212 0906 ГФ-916 девяти цветов ЭКР Покрытие керамических кон- денсаторов для защиты от загрязнения и воздействия влаги, а также для марки- ровки ГУ 6-10.1305-77 23 1212 1000 ГФ-927 серая 1495 » » Антикоррозионные и элект- роизоляционные покрытия Ту 6-10.662-75 23 1212 1103 ГФ 952 зеленая Покрытие углеродистых по- стоянных резисторов и тер- морезисторов для электри- ческой изоляции проводящей поверхности и защиты ее от действия влаги и механичес- ких повреждений ТУ 6-10.1303-77 23 1212 1208 ПФ-910 темно-се- рая Пентафталевая Окраска подлежащих элект- росварке металлических по- верхностей для защиты их от коррозии ТУ 6-10.1233-77 23 1222 2000 ПФ-934 черная Пентафталевая с добавлением гра- фита и других наполнителей Противокоронная защита пазовых частей обмоток вы- соковольтных электрических машин ТУ ОЯШ-504.022-7 ПФ-939 черно-се- рая — Пентафталевая с добавлением кар- бида кремния Противокоронная защита лобовых частей обмоток вы- соковольтных электрических машин — — ПФ-954 Пентафталевая Защитно-декоративное по- крытие резисторов и кон- денсаторов ТУ 6-10.925-76 23 1222 2103 ПФ-964 бежевая — То же Защитно-декоративное по- крытие конденсаторов и дру- гих радиодеталей ТУ 6-10.702-79 23 1222 2217 ПЭ-922 зеленая Полиэфирная Покрытие иепроволочиых ре- зисторов и керамических конденсаторов с рабочей температурой до 200 4С ТУ 6-10.1649-77 23 1232 0300
§ 6.7 Покрывные эмали 165 П родолжение табл. 6.16 Марка новая | старая Химическая природа связую- щего Основная облает^ применения ГОСТ, ТУ Код ОКП ЭП-91 зеленая ЭП-919 салатная ЭП-921 красно-ко- ричневая ЭП-925 кремовая, салатная ЭП-933, ЭП-933А серые ЭП-968 красно-ко- ричневая ЭП-979 зеленая и цвета морской волны КО-959 коричне- вая КО-97 белая КО-911 розовая, красно-коричне- вая КО-935 розовая, красно-коричне- вая КО-936 розовая КО-976 красно-ко- ричневая ОЭП-Ю7-1 19-6-66 КО-96 ПВЭ-6, ПВЭ-7 ПКЭ-19, ПКЭ-22 ПКЭ-14 Эпоксидная » » > Кремнийоргани- ческая Кремнийоргани- ческая, модифи- цированная БМК-5 Кремнийоргаии- ческая, модифи- цированная эпок- сидной смолой Кремиийоргани- ческая, модифи- цированная поли- эфиром То же » » Влагозащитное покрытие радиодеталей, узлов н обмо- ток электрических машин с рабочей температурой до 180 °C Окраска изделий для элект- рической изоляции и защи- ты от коррозии в тропиче- ском климате Покрытие непроволочиых резисторов и других радио- деталей Покрытие непроволочных резисторов. Покрытие устой- чиво к спиртобензиновой смеси и ультразвуку Окраска корпусов полупро- водниковых приборов для защиты от внешних воздей- ствий Окраска конденсаторов в металлических корпусах для защиты от внешних воздей- ствий. Покрытие стойко к спиртобензиновой смеси и ультразвуку Защитная маска для печат- ных плат при их механизи- рованной пайке. Влагозащи- та элементов электронной аппаратуры Покрытие проводов и кабе- лей, работающих при темпе- ратуре от —60-г+250 °C Защитное покрытие р-п переходов и кристаллов по- лупроводниковых кремние- вых приборов Устранение дефектов покры- тий кремнийорганическими эмалями. Эмали холодной сушки 15—35 °C Покрытие лобовых частей, секций, катушек и других деталей электрических ма- шин и аппаратов. Темпера- тура сушки 200 °C. Допуска- ется температура сушки 130 *с Покрытие лобовых частей, секций, катушек и различ- ных деталей электрических машии и аппаратов. Темпе- ратура сушки 200 °C Покрытие обмоток электри- ческих машин с длительной рабочей температурой до 180 °C, имеющих повышен- ные ресурсы и надежность ГОСТ 15943-80 ТУ 6-10.1680-78 ТУ 6-10.1018-76 ТУ 6-10.1413-78 ТУ 6-10.1774-80 ТУ 6-10.1714-79 ТУ 16-504.042-80 ГОСТ 22564-77 ТУ 6-10.542-75 ТУ 16-504.021-77 ТУ 16-504.021-77 ТУ 16-504.021-77 ТУ 16-504.048-82 23 1252 0308 23 1252 1953 23 1252 6158 23 1252 6708 23 1252 6227 23 1272 2409 23 1272 0701 23 1272 1919 23 1272 1958 23 1272 2019 23 1272 2058 23 1272 2119 Таблица 6.17. Показатели покрывных и нитроцеллюлозных, бутилметакрилатных, масляио-алкидных и полиэфирных эмалей (по ГОСТ и ТУ) Показатель НЦ-929 АС-95 ГФ-92ХС ГФ-92ГС ГФ-927 ПФ-964 ПЭ-922 Цвет н внешний вид пленки От розо- Голубая Серая и Серая, Серая, Беж, по- Зеленая. Условная вязкость эмали при 20 ±0,5 °C, с: во го до светло- коричне- вого, глянце- вая и серая красная глянцевая глянце- вая глянце- вая луглян- цевая Возможно наличие выступаю- щих частиц наполни- теля по вискозиметру ВЗ-4 70—150 70—150 —— — 80—120 80—120 65—85 по вискозиметру ВЗ-1 (сопло 5,4 мм), не менее — — 30 30 — — — Массовая доля нелетучих веществ, % 50±3 33—37 53—59 49—54* 55—60 52—58 62—70 49±2
166 Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд. 6 П родолжение табл. 6.17 Показатель НЦ-929 АС-95 ГФ-92ХС ГФ-92ГС ГФ-927 ПФ-964 ПЭ-922 Время высыхания, ч, не бо- лее: до степени 3: при 20±2 °C 16 — 24 — — — 1 при 60±2 °C — — — 4 — при 135—140 °C — 5 — — — — — при 150—155 СС до степени 4: — '£ ,5 при 20±2 °C — —- 120 — — — — прн 105—110 °C — •— — 3 3 — — Степень перетира, мкм, не — 25 20/25» 20 25 25 80 более Укрывистость, г/м2, ие более Твердость по прибору М-3, — 30 125/80* 0,45 140 0,55 60 0,5 70 0,35 0,6 условные единицы, не меиее 1,5» Термоэластичность при 150± — 10 6 ±2 °C, ч, не менее Стойкость покрытия к нзгн- 3 3 — — 1 1 бу, мм, не более Адгезия пленки, баллы, не о — 2 — — — i более Стойкость пленки к дейст- вию масла, Н, не менее 24 — 98 98 — 20** — Епр пленки, МВ/м, ие ме- иее: при 20±2 °C после выдержки 24 ч в 30 10 — 30 10/7» 30 10 15 8 — — воде при 20±2 °C р пленки, Ом'М, не меиее: при 20±2 °C — 10’/10» • 10’ — 10® 10й после выдержки 24 ч в воде при 20±2 °C после выдержки 96 ч в камере с Ф=95±2 % 10“ 10е при 20±2 °C — — — — — — Ю10 tg б пленки, не более: 0.03 при 20±2 °C — 0,025 — — —— — после выдержки 96 ч в камере с ф=95±2% при 40±2 °C 0,035 Дугостойкость, с — — 4/3* 4 — — — * Показатели эмали ГФ-92ХС красной. *» Стойкость к этиленгликолю и трансформаторному маслу, мин. Таблица 6.18. Показатели полупроводящих и токопроводящих эмалей (по ТУ) Параметры ПФ-934 ПФ-939 ХС-928 ХС-973 Цвет и внешний вид пленки Черная, матовая Черно-серая, матовая Черная с се- рым оттенком, матовая Серая, матовая Условная вязкость эмали по вискозиметру ВЗ-4 при 20±0,5°С, с 100±10 70±110* 35»» 20—35‘» Массовая доля нелетучих веществ, % Время высыхания до степени 3, ч, не бо- лее: 57±3 80±2 70—76** 50-|-3*» при 20±2 °C 2 2 1 при 85±2 °C Твердость пленки по прибору М-3, услов- ные единицы, ие менее; — 4 при 20x2 °C — 0,5 0,4 — при 130±2 °C — 0,3 — — Адгезия плеики, баллы, не более — — 1 1 Р3 пленки, Ом 5-10’—10* — — — р плеики, Ом»м, не более — — 0,002 0,01 * По вискозиметру ВЗ-1, сопло диаметром 5,4 мм. ** Полуфабрикаты эмали.
§ 6.7 Покрывные эмали 167 Таблица 6.19. Показатели покрывных эпоксидных эмалей (по ГОСТ и ТУ) Показатель ЭП-91 ЭП-919 ЭП-921 ЭП-933 ЭП-933А ЭП-968 ЭП-979 Цвет и внешний вид пленки Зеленая, Салатная, Красно - Серая, Серая, Красно- Зеленая н полу- полу- коричне- глянце- полумато- коричне- цвета мор- глянцевая глянцевая вая, полу- глянце- вая вая. До- пускается небольшая шагрень вая. Допу- скается небольшая шагрень вая однород- ная ской волны, полу- глянцевая Условная вязкость эмали по вискозиметру ВЗ-4 при 20± ±2 °C, с 45—75 20—45 50—80 15—20* 30—40* 25—40 — Массовая доля нелетучих веществ, % Время высыхаиня, ч, не бо- лее: 36—40 52± ? 42—49 54±2 65 ±2 63±3 Не меиее 60 при 70±2 °C — — — — — 4 — при 100±2 °C 2,5 2,5 —— 0,5 при 150±2 °C 1 — — — — —— при 190±26С —— —- 1,5 —- — — — до степени 7 прн 190± ±2 °C 1,5 — — — •— — — Степень перетира, мкм, ие более 20 30 — 40 40 30 — Твердость пленки по прибо- ру М-3, условные единицы, не менее 0,8 0,6 0,75 — — 0,65 Адгезия пленки, баллы, не более 1** 2 — — — — — Стойкость покрытия к изги- бу, мм, ие более Стойкость покрытия к смене температур, циклы, ие ме- нее: 1 3 1 3 3 от —60 до + 125&С — 5 10 10 — __ от —60 до +200 °C р пленки, Ом-м, не менее: — — — — — 3 — при 20±2 °C 10" 10п/108 *• 101а 1010 10“ 1010 —— после выдержки 96 ч в камере с <р=95±2 % при 40±2 °C tg б плеики (10е Гц), не бо- лее: 1Q10 **« IQ# *«** 10" 10# 10» 1G8 10е (выдержка в воде 24 ч при 20 ± ±2 °C) при 20±2 °C 0,045 — — — — — после выдержки 48 ч в камере ф®>95±2 % при 20±2 °C 0,55 • Полуфабрикат эмали. *♦ При 180±2 °C. После выдержки 48 ч в **** После выдержки 24 ч в камере. камере при 20±2 °C. Таблица 6.20. Показатели покрывных кремнийоргаиических эмалей (по ТУ) Показатель КО-859 КО-97 КО-911 КО-935 КО-936 КО-976 Цвет н внешний вид пленки Коричие- Белая, Розовая и красно- Розовая, Красно- вая, глян- цевая глянцевая коричневая, глян- цевая глянцевая коричне- вая, глян- цевая Условная вязкость эмали по вискози- метру ВЗ-4 при 20±2 °C, С 14—25 30—60 — — — 60—150 Массовая доля нелетучих веществ, % Время высыхания до степени 3, ч, не более: 30—34 51—56 70±3 70±3 70±3 70±3 при 20±2 °C 2 — 24 . — при 130±2 °C — 2 . при 200±3 °C — <— — 2 0,5 Термоэластнчность плеики при 200± ±3°С, ч, ие менее — — 48 80 120 48 Стойкость пленки к действию масла при 20±2 °C, Н, не менее — — 30 50 30 80 Стойкость пленки к действию воды при 20±2 °C, ч, ие мене^ 24 — — — — — Стойкость пленки к действию бензина прн 20±2 °C, ч, ие менее 2 — — — — — Влагонабухание за 24 ч, %, не более — 1 — — — —
168 Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд. 6 Продолжение табл. 6.20 Показатель КО-859 КО-97 КО-911 КО-935 КО-936 КО-976 Твердость пленки по прибору М-3, ус- ловные единицы, ие меиее 0,5 — — — — 0,65 Адгезия пленки, баллы, ие более — 2 —• — — — Стойкость покрытия к изгибу, мм, не более Стойкость пленки к действию темпера- туры: 1 300 °C, ч, не менее 5 — — — — —— от —65 до +150 °C. циклы, не менее ^пр пленки, МВ/м, не менее: — 10 —. — — — при 15—35 °C —— 20 50 40 40 50 при 180±2 °C — — — 20 20 25 после выдержки 24 ч в камере с <р = 95±2 % при 20±2 °C р пленки, Ом-м, ие менее: 20 20 25 при 15—35 °C —— 1010 3 101® 3-1011 10" 101® при 180±2°С — 10е * — Ю8 5-Ю8 Ю8 после выдержки 24 ч в камере <р= =95±2 % при 20±2 °C 1Q8 *• 3.10е 10’ 5-10’ 1Q0*•* • При 170+2 °C. “ 48 ч прн 50+2 °C. *•* После выдержки 48 ч в соленой воде при 15—25 °C. крытия 0,5—0,7 мм, нанесенного иа полиэтилен- терефталатную пленку. Покрытие для лобовых частей катушек должно иметь нелинейную за- висимость сопротивления от напряжения. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЭМАЛЕЙ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ Электроизоляционные эмали выпускаются горячей и холодной сушки. Холодная сушка эмалей (масляно-глифталевых, масляно-пента- фталевых, кремнийоргаиических) достигается введением в них сиккативов или отвердителей аминного типа ( в случае эпоксидных и моди- фицированных эпоксидными соединениями крем- нийорсанических эмалей). Сиккативы и отвердители, как правило, вводятся в эмали перед употреблением, так как срок хранения эмалей с сиккативами или от- вердителями ограничен. Готовят эмали иа краскотерках или в ша- ровых мельницах, перетирая лак с пигментом. После этого полученную пасту смешивают с оставшимся количеством лака и разбавляют до нормы растворителем. Перед нанесением эмали поверхность тща- тельно очищают от ныли и грязи. Нанесение электроизоляционных эмалей производится ме- тодами пневматического распыления, окунания, иаливом или кистью. Нанесение эмалей следу- ет производить тонкими слоями с подсушкой каждого слоя. Обычно производят двукратное покрытие. Режимы сушки эмалевого слоя зависят от типа полимера, входящего в лаковую основу, и от требований, предъявляемых к эмалевому покрытию. МАРКИ, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И СВОЙСТВА ЭМАЛЕЙ 6.8. КЛЕЯЩИЕ ЛАКИ НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ Клеящие лаки применяются в производст- ве слюдяных материалов (разд. 19), фольгиро- ванных материалов (разд. 14), пленочных и других композиционных материалов (разд. 20), а также для склеивания листов расслоенных магнитопроводов. Общими требованиями, предъявляемыми к клеящим лакам, являются: высокая клеящая способность, хорошие электрические и механи- ческие показатели и технологичность. Послед- нее означает стабильность пределов вязкости и содержания нелетучих веществ, температур- ных режимов и интервалов переработки лака. В зависимости от области применения к клеящему лаку предъявляются разные специ- фические требования, которые вытекают из об- щих требований к данным материалам и кон- струкциям. МАРКИ, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И СВОЙСТВА КЛЕЯЩИХ ЛАКОВ Марки, области применения клеящих лаков приведены в табл. 6.21, а свойства — в табл. Рис. 6.11. Зависимость Еар пленок полиэфир- ноэпоксидных клеящих лаков от температуры: 1 — ПЭ-970; 2 — ПЭ-948 Марки эмалей и основные области приме- нения приведены в табл. 6.16, а свойства — в табл. 6.17—6.20.
§ 6.8 Клеящие лаки 169 Таблица 6.21. Электроизоляционные клеящие лаки Марка Химическая при- рода лака Основная область применения ГОСТ, ТУ Код ОКП новая старая БТ-95 441 Битумно- масляный Изготовление микалеи- ты ТУ 16-504.035-76 23 1113 0100 ГФ-937 — Масляно-ал- кидный Изготовление микален- ты и стекломикалепты ТУ 6-10.858-75 23 1121 2000 ГФ-956 1159 То же Изготовление гибкого миканита, микаленты и стекломикалепты ТУ 16-504.028-79 23 1121 3500 ГФ-957 1155 Алкидный на смоле ГФ-1350 Изготовление формовоч- ного миканита и мика- фолия ТУ 16-504.027-74 23 1121 3900 ГФ-962 88 Алкидно-фе- нольный Клейка и цементация полюсных катушек с электрической изоляци- ей из\ асбестовой бумаги ТУ 16-504.025-74 23 1121 4000 ГФ-984 1159-80 Масляно-ал- кидный Изготовление гибкого миканита ТУ 16-504.004-71 — ГФ-996 7-627 Алкидный Клейка пакетов малога- баритных статоров и якорей машин и аппара- тов и пакетов трансфор- маторов ТУ 6-10.1370-78 23 1121 2100 ПЭ-935 Полиэфирно- эпоксидный с тетраэтоксиси- ланом Изготовление гибких стеклослюдинитовых материалов класса В ГУ 6-10.809-76 23 1137 0200 ПЭ-936 — Алкидный с тетраэтоксиси- ланом То же ТУ 6-10.809-76 23 1137 0300 ПЭ-969 ТГФ-8 Масляно-ал- кидиый Изготовление гибких миканитов, слюдинитов и слюдопластов ТУ 16-504.001-75 23 1137 0800 ПЭ-970 612 Полиэфирно- эпоксидный Изготовление слюдо- пластовой ленты для электрической изоля- ции машин напряжени- ем до 6,6 кВ, мощностью выше 100 кВт ТУ 16-504.005-76 23 1137 0900 ЭП-934 ЭПК-1 То же Изготовление пропи- танных стеклослюди- нитовых лент ТУ 16-504.046-81 23 1132 3200 ЭП-9150 — Эпоксидный То же ТУ 16-504.054-84 — КО-991-4 ЭФ-5Т Кремнийорга- нический Изготовление гибких слюдяных и слюдинито- вых материалов ТУ 6-02.753-78 23 1133 4000 КО-991-6 ЭФ-5Б То же То же ТУ 6-02. 753-78 23 1133 4100 КО-916 К-47 Кремнийорга- иический, мо- дифицирован- ный полиэфи- Изготовление слюдо- пластов ГОСТ 16508-70 23 1133 2300 КО-919 К-58 Кремнийорга- нический, мо- дифицирован- ный эпоксид- ной смолой Цементация полюсных катушек машин ГОСТ 16508-70 23 1133 2600 КО-919Т — То же Промазочный и клеящий состав при изготовлении тяговых двигателей ТУ 6-02.1180-82 23 1133 6400 КО-922 К-56 Кремиийорга- нический Изготовление гибких стеклослюдинитовых материалов ГОСТ 16508-70 23 1133 2800 КО-946 — То же Изготовление гибких слюдинитовых материалов ГОСТ 16508-70 23 1133 3500 КО-978 — > » Изготовление гибких стеклослюдинитовых ма- териалов ТУ 6-02.648-76 23 1133 3900
170 Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд. 6 Таблица 6.22. Показатели клеящих масляно-битумных и масляно-алкидиых лаков (по ТУ) Показатель Б Т-95 ГФ-937 ГФ-956 ГФ-957 ГФ-962 ГФ-996 ПЭ-969 Условная вязкость лака по вискозиметру ВЗ-4 при 20 ±0,5 °C, с 15—35 25—30 >11 >10 >11 >20 30—60 120—200 —- Массовая доля нелетучих веществ, % >38 45—50 34±2 25±3 33±3 50±3 45±2 49—55 55±3 Время желатинизации при' 150±2 °C, мии Время высыхания до степе- ни 3, ч, не более: при 15—35 °C 5О±15 —- —- — 3 5 — —— при 80±2°С —- 2* — — 9 —. при 130±2°С Время сохранения клейко- сти пленки: — — — —— — —- 24 при 18—22 °C, сут — 5—8 — — — — — при 105—110 °C, ч >16 1,1—2,5 —• — — — — Термоэластичность пленки при 150 ±2 °C, ч, не менее £Пр пленки, МВ/м, не ме- нее: 15 48 20 20** 48 при 15—35 ’С 70 70 50 30 60 60 45 при 90 ±2 °C — — — —. — 30 — после выдержки 24 ч в воде при 20 ±2 °C 22 20 15 — —- — 25 tg 5 пленки при 100 ±2 °C не более 0,1 — — — ’— — — * При 90 + 2 °C. »* При 105+2 ’С. Таблица 6.23. Показатели клеящих полиэфирных и эпоксидных лаков Показатель ПЭ-935 ПЭ-936 ПЭ-970 ЭП-934 ЭП-9150 Условная вязкость по вискозиметру ВЗ-4 при 20±0,5 °C, с 35—60 100—120 35—55 27—50 18 Массовая доля нелетучих веществ, % Время высыхания до степени 3, ч, не бо- лее: 50±2 50±2 60±2 50±2 70±3 при 150±2°С 2 — 1 2 15* при 160±2°С — 3 — — — Время просыхания лака в толстом слое при 150 ±2 °, ч, не более Термоэластичиость пленки, ч, не менее: — — 10 —— при 150±2°С — 48 — — — при 180 ± 2 °C £Пр пленки, МВ/м, не меиее: 10 —- — 48 — при 20 ±2 °C 70 70 70 70 — при 155±2 °C 40 40 45** 25 — после выдержки 24 ч в камере с ср= =95±2 % при 20±2°С р пленки, Ом-м, не менее: 40 40 40 40 — при 20 ± 2 °C 10i2 юн 5- Юн 5-1012 — при 155 ±2 °C 108 108 IQ8** 10’ — после выдержки 24 ч в камере с ср= =95±2 % при 20±2°С юн 10Ю 1011 10Ю — • Время отверждения при 150±2 °C в слое толщиной 0,8—1 мм. мии. При 130±2 °C.
§ 6.9 Лаки для обмоточных проводов 171 Рис. 6.12. Зависимость р и tg8 пленок поли- эфирноэпоксндных клеящих лаков от темпера- туры: 1 — р, ПЭ-970; 2 — р, ПЭ-948; 3 — tg6, ПЭ-970 6.9. ЛАКИ ДЛЯ ОБМОТОЧНЫХ ПРОВОДОВ ЛАКИ ДЛЯ ЭМАЛИРОВАНИЯ ПРОВОДОВ Рис. 6.13. Зависимость р пленок клеящих кремнийорганических лаков от продолжитель- ности увлажнения (<р=95±2 %, /=20±2°С): 1 — КО-922; 2 — КО-978 Рис. 6.14. Зависимость р пленок клеящих крем- нийорганических лаков от температуры: 1 — КО-922; 2 — КО-978 6.22—6.24 и иа рис. 6.11—6.14. Свойства лака КО-916 приведены в табл. 6.15. В производстве проводов с эмалевой изо- ляцией наибольшее значение имеют синтетиче- ские лаки, на основе которых выпускается бо- лее 90 % всех эмалированных проводов; для остальных применяют масляные лаки. Основные требования, предъявляемые к лакам: полнота растворения пленкообразующей основы. Лаки не должны содержать нераство- рившнхся сгустков, которые приводят к полу- чению эмалированных проводов с наплывами и с шероховатой поверхностью; отсутствие механических загрязнений раз- мером более 2—3 мкм, так как при эмалирова- Та блица 6.24. Показатели клеящих кремнийорганических лаков (по ГОСТ и ТУ) Показатель КО-991-4/КО-991-6 КО-919/КО-919Т КО-922 КО-978 Условная вязкость лака по вискозимет- ру ВЗ-4 при 20±0,5°С, с 15—40/15—70* 70—170 17—27 16—25 Массовая доля нелетучих веществ, % Время высыхания до степени 3, мин, не более: 42—48 70±1/70±2** 50±1 50=Ы при 150±2 °C 60 — при 200 ±3 °C 120 — 60 30 Время желатинизации прн 150 ±2 °C, с Термоэластнчность пленки, ч, не менее: — — — 50—80 при 200 ±3 °C 30 — — при 250±3°С Цементирующая способность на пучках проводов, Н, ие менее: — — 200 — 20±2°С 200/245* 200 при 180±2°С 200/98** — — Массовая доля алюминия, % 0,7—0,8 Потеря массы за 3 ч при 250°C, %, не более Епр плеики, МВ/м, не менее: при 15—35 °C — — — ±5 70 70 70 60 при 180±2 °C 25 35 35 35 после выдержки 24 ч в камере с <р=95±2 % при 20±2°С р пленки, Ом-м, не менее: при 20 ±2 °C 30 40/15** 35 35 1012 10“ 10“ при 180±2 °C 101» 10» 10“ — после выдержки 24 ч в камере с <р=95±2 % при 20±2°С 10“ 10“ 10“ • Показатель лака КО-991-6. •• Показатель лака КО-919Т.
172 Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд. 6 Т а б л и ц а 6.25. Марки и области применения лаков для обмоточных проводов Марка Химическая природа Основная область применения ГОСТ, ТУ Код ОКП новая | старая ФЛ-9136, ФЛ-9137, ФЛ-9138 МЛ-1, МЛ-2, МЛ-‘> Фенольный Изготовление медных эмалирован- ных проводов ПЭЛ класса А (105) ТУ 16-504.034-76 — ВЛ-931 Поливиннлфор- мальэтилалевый Изготовление медных эмалирован- ных медных ПЭВ-1, ПЭВ-2 и алю- миниевых ПЭВА круглых проводов, медных прямоугольных проводов ПЭВП и проводов ПЭВД и ПЭВДП с дополнительным термопластичным скоем класса А (105) ГОСТ 10402-75 23 1361 1200 ВА-558 — Поливинилаце- татный Нанесение верхнего термопластич- ного слоя при изготовлении прово- дов ПЭВД ТУ 6-10.1081-76 23 1391 0300 ВЛ-941 Поливииилфор- малевый Изготовление медных эмалирован- ных проводов круглого сечения ПЭМ-1, ПЭМ-2, ПЭМФ, медных прямоугольных проводов ПЭМП (для транспонированных проводов) и алюминиевых проводов ПЭВА класса А (105) ГОСТ 10760-76 23 1361 1400 УР-973 УЛ-1 Полиуретановый Изготовление медных эмалирован- ных лудящихся проводов круглого сечения ПЭВЛ. ПЭВТЛ-1, ПЭВТЛ-2, ВЭВТЛД, ПЭВГЛК класса Е (120) ТУ 6-10.1342-78 23 1134 0700 УР-911S — Полиуретановый Изготовление медных круглых эма- лированных лудящихся проводов ПЭВЛ. ПЭВТЛ-1, ПЭВТЛ-2, ПЭВТЛД, ПЭВТЛК класса Е (120) ТУ 16-504.032-75 23 1134 1200 ВЛ-278 — Поливннилбути- ралевый Нанесение верхнего термопластич- ного слоя при изготовлении прово- дов ПЭВДБ и ПЭВТЛД ТУ 6-10.1500-75 — КЛ-1 — Полиамидный Нанесение верхнего термопластич- ного слоя при изготовлении прово- дов ПЭВТЛК ТУ 16-504.020-72 — ПЭ-939 Полиэфирный Изготовление медных ПЭТВ-2, ПЭТВМ (для механизированной на- мотки) и алюминиевых ПЭТВА круглых проводов, медных прямо- угольных проводов ПЭТВП класса В ИЗО) ТУ 16-504.026-74 23 1137 1100 ПЭ-943 Полиэфирный Изготовление медных ПЭТВ-2 и алюминиевых ПЭТВА круглых про- водов, медных прямоугольных про- водов ПЭТВП класса В (130) ГОСТ 11240-83 23 1137 0500 ПЭ-955 Полиэфиримид- ный Изготовление медных круглых ПЭТ-155, ПЭТМ (для механизиро- ванной намотки), прямоугольных эмалированных проводов ПЭТП-155 класса F (155) и круглых проводов ПЭТД-180 (с двухслойной изоляци- ей, для нижнего слоя) класса Н (180) ТУ 6-10.1044-78 23 1137 0600 ПЭ-999 Полиэфиризо- циануратимид- ный Изготовление эмалированных мед- ных круглых проводов ПЭТМ (для механизированной намотки) н ПЭФ-155 (хладоностойкие) класса F (155) ТУ 16-504.031-74 ИД-9142 То же Изготовление медных эмалирован- ных круглых проводов ПЭТМ-155 класса F (155) и ПЭТД-180 (с двухслойной изоляцией, для ниж- него слоя) класса Н (180) ТУ 16-504.043-80 АД-9113 Полиамидимид- ный Изготовление медных эмалирован- ных круглых проводов ПЭТД-180 (с двухслойной изоляцией для верхнего слоя) класса Н (180). ПЭТ-200 и прямоугольных ПЭТП-200 (200) ТУ 6-15.1153-79 АД-9103 ПАК-1 Полиимндный Изготовление эмалированных мед- ных проводов и медных никелиро- ванных круглых ПЭТ-имид, ПНЭТ- имид и медных никелированных прямоугольных проводов ПНЭТП (220) Изготовление медных и медных ни- келированных эмалированных круг- лых проводов ПЭТ-имнд и ПНЭТ- имид (220) ТУ 6-05.1608-80 23 1132 0000 АД-9103ПС ПАК-1/20 Полиимидный ТУ 6-19.051-264-80 23 1132 5100 ФА-97 АФ-17 Фенолоалкидный Изготовление медных и алюминие- вых проводов со стекловолокиистой и эмалевостекловолокнистой изоля- цией круглого и прямоугольного се- чения класса F (155) ТУ 6-10.1388-74 23 1135 0400 ГФ-985 6К Масляно-алкид- ный То же ТУ 16-504.012-70 23 1121 4100
Лаки для обмоточных проводов 173 Продолжение табл. 6.25 Марка Химическая природа Основная область применения ГОСТ, ТУ Код ОКП новая | старая ГФ-996 7-627 Масляно- алкидный Изготовление медных прямоуголь- ных проводов с дельта-асбестовой изоляцией класса F (155) ТУ 6-10.1370-70 23 1121 2100 КО-916 К-47 Кремннйоргаии- ческий, модифи- цированный по- лиэфиром Изготовление медных проводов со стекловолокнистой и эмалево-стек- ловолокнистой изоляцией круглого и прямоугольного сечения класса Н (180) ГОСТ 16508-70 23 1133 2300 КО-916А То же То же ТУ 6-02.837-76 23 1133 5200 нии проводов, особенно тонких сечеиий, за- грязнения могут оказаться соизмеримыми с толщиной изоляционного покрытия, что при- водит к нарушению целостности покрытия; хорошая растекаемость по проволоке, ко- торая характеризуется краевым углом смачи- вания. Краевой угол смачивания большинства лаков находится в пределах 12—20°; небольшие пределы колебания по содержа- нию нелетучих веществ и вязкости. Чем мень- ше эти пределы, тем стабильнее технологиче- ские свойства лаков; стабильность свойств при хранении в тече- ние ие меиее 6 мес; способность паров летучей части к катали- тическому сжиганию. К изоляции проводов предъявляется ком- плекс требований. Изоляция должна обладать: достаточной эластичностью, адгезией и ме- ханической прочностью, обеспечивающими воз- можность намотки изделий без повреждения эмали; стойкостью к продавливанию. Недостаточ- ная твердость изоляции приводит к ВИТКОВЫМ замыканиям (особенно при повышенных темпе- ратурах) и к выходу из строя электрических машин; стойкостью к термоудару (находясь в на- пряженном состоянии, изоляция ие должна подвергаться растрескиванию при кратковре- менном воздействии высоких температур); стойкостью к действию растворителей, особенно при повышенных температурах про- питки; достаточно высокими электрическими по- казателями, которые должны сохраняться на требуемом уровне в процессе длительной экс- плуатации. К изоляции проводов, работающей в усло- виях действия химически активных сред, предъ- являются дополнительные требования: хладо- ностойкость, маслостойкость, кислотостойкость и т. д. Марки лаков, применяемых как для эмали- рованных проводов, так н для проводов с эмаль-стекловолокнистой и стекловолокнистой изоляцией, приведены в табл. 6.25. В ГОСТ и ТУ на лаки для эмалирования проводов обычно регламентируются содержа- ние сухого остатка и вязкость. Основные свой- ства изоляции эмалированных проводов опре- деляются типом плеикообразующнх основ, в частности полимеров, описанных в разд. 5. Па- раметры изоляции эмалированных проводов регламентированы в ГОСТ, ТУ на эти изделия. Свойства лаков, применяемых для изготов- ления эмалированных проводов, приведены в табл. 6.26. Свойства лаков, применяемых для изготов- ления проводов со стекловолокнистой изоля- цией, даны в табл. 6.27 (лаки ГФ-985, ГФ-986 и КО-916А), в табл. 6.9 (лак ФА-97), в табл. 6.15 (лак КО-916) и в табл. 6.22 (лак ГФ-996). Таблица 6.26. Показатели лаков для эмалирования проводов Марка Массовая доля не- летучих веществ, % Условная вя?кость при 20±0,5 °C. с по вискози- метру ВЗ-4 по вискози- метру ВЗ-1 (сопло 5,4 мм) ФЛ-9136 50+10 30—150 ФЛ-9137 70+10 240—650 — 50+10 35—80 — ФЛ-9138 50+10 45—180 — ВЛ-931 20—25 — 300—600 ВЛ-941 >16 — 500—700 УР-973 45-55 — 50—100 УР-9119: тип А 25+5* 23+5 —— 30+3** 33+6 —- тип Б 36+3*** — 55+20 ПЭ-939: тип А 25+2 — 20—40 тип AM 25+2 — 20—40 тип Б 33+1 — 40—100 тип БМ 33+1 — 40—100 тип В 46+2 — 200—420 ПЭ-943: марка А 32—36 90—130 — марка Б 43—46 — 420—840 ПЭ-955 32+2 90—180 — ПЭ-999 31+2 90—200 — ИД-9142 29+2 60—150 — АД-9113 24+2 — 250—500 АД-9103 12—14 — 1000—2500 АД-9103ПС 19—21 — 300—800 * Для эмалирования с фетровыми обжимами проводов диаметром 0,015—0,025 мм. ** То же диаметром 0,025—-0.25 мм. *** Для эмалирования с помощью калибров про- водов диаметром свыше 0,10 мм.
174 Лаки, эмали-, компаунды, клеи Разд. 6 Таблица 6.27. Показатели лаков для изготовления проводов со стекловолокнистой изоляцией (по ТУ) Показатель ГФ-986 КО-916А Условная вязкость по вис- козиметру ВЗ-4 при 20 °C, с 30—50 30—60 Массовая доля нелетучих веществ, % Время высыхания до степе- ни 3, мин, не более: >60 60±2 при 200 °C — 15 при 210 °C 20 — при 280 °C Термоэластнчность пленки, ч, не менее: 8 — при 105 °C 20 — при 200 °C Твердость пленки по прибо- ру М-3, условные едини- цы, не менее: 50 при 20 °C — 0,6 при 180 °C Епр пленки, МВ/м, не ме- нее: — 0,2 при 20 °C 40 70 прн 200 °C — 35 после выдержки 24 ч в камере с <р=95±2 % при 20 ±2 °C р пленки, Ом-м, не менее: 40 прн 20 °C — 1012 при 200 °C — 101° после выдержки 24 ч в камере с <р=95±2 % при 20 ±2 °C юн По сравнению с лаками ГФ-985 и ГФ-986 лак ФА-97 технологичнее; у него несколько выше нагревостойкость. Лак ФА-97 требует меньшей температуры запечки, провода с его применением имеют лучший внешний вид. ЛАКИ ДЛЯ ПРОВОДОВ с ЭМАЛЬ-СТЕКЛОВОЛОКНИСТОИ ИЗОЛЯЦИЕЙ При изготовлении проводов с эмаль-стек- ловолокннстой изоляцией применяются лаки ПЭ-943, ПЭ-939, ПЭ-955, АД-9103 (для нане- сения эмалевой плеики) и лаки ФА-97, ГФ-985, ГФ-986, КО-916 и КО-916А (для подклейки, пропитки и лакировки стекловолокна). Марки лаков приведены в табл. 6.25, свойства — в табл. 6.26, 6.27, 6.9, 6.15. Достоинствами проводов с эмаль-стекло- волокнистой изоляцией по сравнению с прово- дами со стекловолокнистой изоляцией являют- ся меньшая толщина изоляции и большая ее электрическая прочность. 6.10. КОМПАУНДЫ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ В зависимости от назначения электроизо- ляционные компаунды разделяются на пропи- точные и заливочные. Особую группу составля- ют порошкообразные компаунды, применяемые для напыленной изоляции. В большинстве слу- чаев заливочные, а также обволакивающие компаунды готовятся иа основе известных про- питочных компаундов путем введения в них различных наполнителей и загустителей. В настоящее время широко применяются компаунды на основе синтетических полимеров: полиэфирностирольные, полиэфиракрилатные, метакриловые, полиуретановые, эпоксидные, кремнийоргаиические. Наибольшее распростра- нение получили компаунды иа основе эпоксид- ных смол и их модификаций. Благодаря широкому комплексу свойств компаунды находят самое разнообразное при- менение в различных областях техники. Соче- тание пропиточных и заливочных компаундов позволило совершить переход от крупногаба- ритных высоковольтных конструкций к более компактным открытым конструкциям с литой изоляцией. Область применения компаундов в элек- тротехнике и электронике велика: пропитка об- моток электрических машин, трансформаторов и дросселей, изготовление стеклопластиков и слюдосодержащих материалов, заливка радио- схем, приборов и герметизация различных уз- лов, изготовление литой изоляции и литых из- делий. По типу связующего компаунды можно разделить иа следующие основные группы; компаунды иа основе эпоксидных (немоди- фицированных и модифицированных) смол; компаунды иа основе полиэфирных (немо- дифицироваиных и модифицированных) смол; полиуретановые компаунды; битумные и другие компаунды. В зависимости от состава компаунды мо- гут быть холодного и горячего отверждения. Для обозначения компаундов ие сущест- вует единой системы. Компаунды с индексом Д изготовляются иа основе диаиовых эпоксидных смол; компаунды ЭЗК — эпоксидные заливоч- ные, ЭПК — эпоксидные пропиточные, ПЭ — полиэфирные, КП — пропиточные компаунды; КГМС — гликольмалеинатиостирольиые компа- унды и т. д. Пропиточные лаки без растворителя, на- пример Б-ИД-9127, также отнесены нами к ком- паундам. ИСХОДНЫЕ ПРОДУКТЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПАУНДОВ Для получения эпоксидных ' компаундов применяются преимущественно диаиовые смо- лы, часто модифицированные и пластифициро- ванные полиэфирами, касторовым маслом, жидким тиоколом и др.; отвердители исполь- зуются как ангидридного типа, так и аминные. Используются также ускорители отверждения и активные разбавители. Об этих материалах — см. разд. 5, где даны общие сведения о поли- эфирах, модифицирующих материалах, ини- циаторах и ускорителях отверждения, а так- же о полиуретанах и кремнийорганических смо- лах. Введение в компаунды наполнителей мо- жет значительно изменять их физико-мехаии- ческие и электрические свойства. По влиянию на механические свойства компаундов наполни- тели подразделяются на усиливающие (арми-
§ 6.10 Компаунды 175 Таблица 6.28. Наполнители и эффект их применения Наполнители Увеличение Уменьшение коэффициента тепло- проводности стойкости к термо- УДару ударной вязкости прочности прн сжа- тии ду г ос тонкости обр абатываемости удельной электричес- кой проводимости стоимости растрескивания экзотермического эффекта 1 м± плотности осед аемостя усадки Неволокнистые наполнители Песок формовочный X X X X X X Тальк X X X X Глииа X X X X X X X X X Карбонат кальция X X X X Сульфат кальция (без- X X X X X X X водный) Армирующие наполнители Слюда X X X X X Асбест X X Волластонит X X X X X Дробленое стекло X X Древесная мука X X X X Опилки X X X X Специальные наполнители Кварц X X X X X X Окснд алюминия X X X X X X Гидрат окиси алюминия X Окись бериллия X X X X X X X X Кремнезем (аэрогель) X Графит X X Порошки металлов X X X X X X X X X X X х — применяется; X — широко применяется. рующие) и иеусиливающие, иначе говоря, иа волокнистые и иеволокнистые (табл. 6.28). На- полнители обычно повышают предел прочности компаунда при сжатии, но снижают предел прочности при растяжении. Ударная вязкость и прочность при растяжении, как правило, с ар- мирующими наполнителями повышаются, а с иеволокиистыми снижаются. Введение напол- нителей ведет к снижению ТК I и потерь мас- сы при тепловом старении, повышению тепло- проводности. Введение в компаунд таких наполнителей, как окись сурьмы и некоторые фосфаты, ведет к повышению огнестойкости и снижению горючести компаундов. Введение в компаунд графита, сажи или металлических порошков может сделать компа- унды электропроводящими. Такие компаунды применяются для снятия электростатических зарядов, возникающих прн трении поверхнос- тей, движении жидкостей, газов и сыпучих ма- териалов по трубам, перемещении автомобилей, самолетов и т. п. ПРИГОТОВЛЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ КОМПАУНДОВ Как правило, компаунды готовят на месте потребления по технологической инструкции (регламенту) разработчика. В последние годы наметилась тенденция изготовления одно- или двухкомпоиеитиых ком- паундов, когда основные процессы (приготов- ление и сушка сырья, проверка его качества, дозировка компонентов, их перемешивание и вакуумирование проводятся на заводе-постав- щике). На заводе-потребителе одиокомпоиеит- иые компаунды используются по мере надоб- ности, а двухкомпонеитные перед употреблени- ем готовятся в количествах, которые сразу бу- дут использованы. Для изготовления компаун- дов в опытном и мелкосерийном производстве используют вакуумный смеситель периодиче- ского действия с якорными или лопастными ме- шалками. Для массового выпуска компаунда наиболее эффективны смесительные установки непрерывного действия. Приготовленные компаунды используются для пропитки, заливки и герметизации. При пропитке жидкий компаунд проникает в про- межутки (поры). Пропитка выполняется наи- более часто путем погружения узла в инзко- вязкий компаунд с попеременным воздействи- ем вакуума и давления в пропиточных обогре- ваемых баках. Пропитка может быть осуще- ствлена подачей компаунда в форму под дав- лением, центробежным литьем или подачей компаунда каплями (струей) на пропитывае- мое изделие при его нагреве и вращении. При термообработке обмоток, пропитанных
176 Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд. 6 компаундами, в первый период возможно вы- текание компаунда вследствие снижения вяз- кости за счет повышения температуры в отли- чие от лаков, у которых вязкость сразу нара- стает за счет испарения растворителей. Для наибольшего заполнения обмоток компаундом при термообработке приходится прибегать к ряду приемов. Методом заливки выполняется сплошная упаковка отдельной детали, илн его части, или всего изделия в компаунд. Заливка производит- ся одним из следующих методов: свободным литьев в вакууме или при ат- мосферном давлении; литьем под давлением в невакуумнруемую или вакуумируемую форму, центробежным литьем. Герметизация обеспечивает защиту изделий от атмосферного воздействия путем покрытия детали, части илн всего изделия слоем компа- унда без применения формы или кожуха. Гер- метизация выполняется литьем, окунанием, лакировкой, обмазыванием и другими видами обволакивания поверхности. Для высоковольтных изделий все операции следует проводить в вакуумно-заливочных ус- тановках. В последние 20 лет за рубежом нашел ши- рокое распространение метод заливки АГД (ав- томатическое гелеобразование под давлением). Для этого метода необходим быстроотвержда- ющийся (5—10 мин при 150—160 °C) компа- унд. Компаунд заливается в смыкающуюся форму под давлением 0,15—0,2 МПа. Форма разогрета иа 50—60 °C выше температуры за- ливаемого компаунда. Во время желирования от горячих стенок формы в центр заливки про- водится подпитка заливки компаундом под давлением 0,15—0,2 МПа. Это снижает внут- реннее напряжение отливки и снимает остаточ- ные явления от усадки. Отливки, полученные таким способом, не имеют пузырей и раковин, очень точны по размерам. Метод рекомендуется для отливки проходных и опорных изоляторов из полимерных материалов для заводов с боль- шим годовым объемом выпуска изделий. Заливку деталей заливочными компаундами производят обычно в формы из металла или фторопласта. Металлические формы должны быть смазаны 3—7 %-иым раствором кремиий- оргаиического каучука СКТ в толуоле и тер- мообработаиы при 200 °C в течение 2 ч. В по- следнее время появилась сухая смазка «фто- ролон»; смазаииые ею формы можно исполь- зовать 2—3 раза, не повторяя смазку. Изде- лия, подлежащие заливке (например, обмотки), фиксируются в форме и нагреваются вместе с ней до температуры, превышающей на 10— 15 °C температуру заливочного компаунда, после чего производится вакуумирование и от- верждение по режиму. Открытые формы на время отверждения рекомендуется закрывать, чтобы предупредить улетучивание отверди- теля. Конкретные значения параметров техноло- гических режимов применения разных компа- ундов зависят как от их состава, так и от ус- ловий применения, например от конфигурации и размеров заливаемых деталей, а также от требований, предъявляемых к изоляции. В некоторых случаях приходится прибе- гать к довольно сложным, ступенчатым режи- мам отверждения во избежание образования трещин. Порошкообразные компаунды наносятся вибровихревым методом, а также вибровихре- вым в комбинации с электростатическим. Иног- да применяется и струйный метод, основанный на использовании пистолета-распылителя или системы сопл, распыляющих порошок. При вибровихревом методе порошок поли- мерного материала переводится в псевдоожи- женное- состояние, характеризуемое турбулент- ным движением взвешенных в газе частиц. При погружении в псевдоожиженный слой изделий, нагретых до температуры выше точки плавления напыляемого материала, частицы по- следнего прилипают к их поверхности и затем сплавляются, образуя монолитный слой покры- тия. Выдержка изделий в аппарате произво- дится в течение нескольких секунд, после чего следует оплавление и полимеризация покрытий. Толщина покрытий колеблется в пределах 0,2—2 мм (обычно с допуском ±0,05 мм). При комбинации вибровихревого метода с электростатическим псевдоожиженному слою порошка сообщается потенциал от источника постоянного тока высокого напряжения, а де- таль заземляется. Основным преимуществом этого метода является возможность осуществ- лять напыление иа холодные изделия, которые подвергаются лишь последующему нагреванию с целью оплавления и полимеризации покрытия. Применение напыленных покрытий для изо- ляции различных шпилек, тяг, шин и других деталей электрической аппаратуры более эф- фективно по сравнению с покрытием, получен- ным намоткой. Для этих целей применяются эпоксидные покрытия с повышенной эластич- ностью, допускающие некоторое изгибание. Напыление иа поверхность обмоток элект- рических машин и аппаратов применяется с целью надежного скрепления витков и влаго- защиты. В этих случаях используют порошки с пониженной температурой напыления и поли- меризации. Зависимость Епр напыленных покрытий от толщины имеет характерный вид (рис. 6.15), связанных с механизмом их образования. По- крытия иа острых углах, как правило, получа- ются примерно в 2 раза тоньше, чем на плос- кости. Марки и основные назначения компаундов приведены в табл. 6.29. СВОЙСТВА КОМПАУНДОВ Эпоксидные компаунды. В литературе при- ведены рецептуры, данные о физико-химичес- ких, электрических и технологических свойст- Рис. 6.15. Зависимость £пр от толщины напы- ленного покрытия порошком ЭП-49А
§ 6.10 Компаунды 177 Таблица 6.29. Марки компауиДбв, режим отверждения, основное назначение Марка Химическая природа ТУ темпера- и ту^а. °C g# £ £ ям от- дения к а «V СХ аэ Основное назначение УП-5-059 УП-5-109 УП-5-111-1 УП-5-111-6 У П-5-162-1, УП-5-162-2 УП-5-168С УП-5-183, УП-5-183-1 УП-5-184, УП-5-184-1 УП-5-190 УП-5-191 УП-5-191-2 УП-5-205, УП-5-206 УП-5-208 УП-5-218 УП-5-219 УП-6-101 УП-6-103-1. УП-6-103-2. УП-6-103-3, УП-6-103-4 УП-503А, УП-503Б УП-504 УП-504Н Эпоксидный Эпоксидный мо- дифицированный Эпоксидные мо- дифицированные Эпоксидный на- полненный Эпоксидные мо- дифицированные То же Эпоксидный мо- дифицированный ЭпоксиЯиый Эпоксидные мо- дифицирован- ные Эпоксидный мо- дифицирован- ный Эпоксидный мо- дифицированный То же Эпоксидные мо- дифицированные Эпоксидные одио- компоиентные То же Компаунды горячего о) ТУ 6-05-241-146-77 ТУ 6-05-241-15-72 ТУ 6-05-241-265-80 ТУ 6-05-241-52-73 ТУ 6-05-241-55-75 ТУ 6-241-112-75 ТУ 6-05-241-66-74 ТУ 6-05-241-67-75 ТУ 6-05-241-95-75 ТУ 6-05-241-91-79 ТУ 6-05-241-128 76 Т2 6-05-241-155-77 ТУ 6-05-241-175-78 ТУ 6-05-241-251-80 ТУ 6-05-241-250-80 ТУ 6-05-241-180-78 ТУ 6-05-241-230-80 ТУ 6-05-241-178-78 ТУ 6-05-241-244-80 eepwdet 80 120 100 100 80 25 70 60 120 140 120 60 80—100 80—100 60 60 200 80 80 ШЯ 2 ч 4 ч 10,5 ч 3 ч 4 ч 4 ч 4-5 ч 2 ч 120 с 5 мии 3 мин 30 мин I ч 6 ч 1.5 ч 3 ч 4 ч Пропитка трансформаторов те- левизионных приемников, рабо- тающих в интервале температур от —60 до +120 °C. Компаунд самозатухающий Пропитка намоточных изделий Пропитка и заливка высоко- вольтных трансформаторов Пропитка катушек возбуждения электрических машин Герметизация аппаратуры, ра- ботающей в условиях резких колебаний температур, тропи- ческой влажности, ударных и вибрационных нагрузок Герметизация конструкций из стеклопластиков и металлов, работающих в условиях повы- шенных давлений Герметизация высоковольтных трансформаторов, работающих в интервале температур от —60 до +120 °C при ф до 98 % и температуре окружающей среды +40 °C Пропитка многослойных обмоток высоковольтных трансформато- ров. работающих в условиях циклических перепадов темпера- тур от —60 до +120 °C Балансировка якорей электро- двигателей Струйная пропитка обмоток электродвигателей Струйная пропитка обмоток электродвигателей, работающих в интервале температур от —50 до +180 °C Герметизация магнитных голо- вок Покрытие печатного и навесно- го монтажа изделий радиоэлек- тронной аппаратуры, а также пропитка электротехнических изделий, работающих в интерва- ле температур от —60 до + 100 °C Пропитка обмоток с диаметром провода более 0,03 мм, работа- ющих в интервале температур от —60 до +150 °C Герметизация и обволакивание моточных изделий, работающих в интервале температур от —60 до +120 °C Изоляция крупногабаритных из- делий, работающих в условиях вибрации Герметизация аппаратуры шахт- ной автоматики, в том числе крупногабаритных изделий, ра- ботающих в условиях повышен- ной влажности, под воздействи- ем вибрационных нагрузок Пропитка и заливка изделий ра- дио-и электротехнической аппа- ратуры. Стойки в агрессивных средах в отвержденном состоя- нии, могут работать длительно при повышенных температурах Пропитка и заливка изделий аппаратуры, длительно работа- ющей при повышенных темпера- турах в условиях тропической влажности и агрессивных сре- дах
178 Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд. 6 Продолжение табл. 6.29 Марка Химическая природа ТУ темпера- 2 тура, СС 3 •О Л жим ждеиня X я 8. п Основное назначение УП-592 У П-592-1 УП-592-3 УП-592-10 УП-592-10/1 УП-692-10/2 УП-592-10/3 УП-592-11 Д-1. Д-112, ЭЗК-4, ЭПК-5, ЭЗК-9 Д-З, ЭПК-4, ЭПК-6 д-61, эпк-1, ЭЗК-1 д-36, д-38. Д-38а. ЭЗК-5, ЭЗК-8, Д-90. Д-104, Д-127, Д-129, Д-130, Д-134, Д-135, Д-136, Д-137, Д-138 ЭКА ЭКС ЭКАМ-60 ЭД-16, ЭД-20 ЭКД-14 110 ЭПСК ПК-11 Д-140 Эпоксидные мо- дифицированные То же Эпоксидный Эпоксидные немо- дифицированные Эпоксидные Эпоксидные мо- дифицированные Эпоксидный, мо- дифицированный олигоэфиром АГ-2 Эпоксидный, мо- дифицированный олигоэфиром СГ-2 Эпоксидный, мо- дифицированный олигоэфиром АГ-2 Эпоксидный, от- верждаемый ами- ном AM-14 Эпоксидный, мо- дифицированный, отверждаемый амином АМ-14 Эпоксидный мо- дифицированный олигоэфнракри- латом Эпоксидный, мо- дифицированный стиролом Эпоксндиые не- модифицирован- ные Эпоксидный, мо- дифицированный полиамидом и карбоксилатным каучуком ТУ 6-05-241-101-75, ТУ 6-05-241-44-80 ТУ 6-05-241-106-75 ТУ 6-05-241-99-75 ТУ 6-05-241-59-73 РТМ «Эпоксидные ком- паунды повышенной эла- стичности» ТУ ОИК.504.050-76 ТУ ОИК.504.015-76 ТУ ОАБ.599.051 ТУ 16-504.040-80 ТУ 16-504.041-80 ТУ 6-05-1882-80 ТУ ОЯШ.504.033-78 ТУ ОЯШ.504.026-77 РТМ «Эпоксидные ком- паунды повышенной эла- стичности* 85 85 85 65 65 75 70 65 80 120 80 120 120 60 130 или 150 130 150 170 150 120 80 60 120 150 180 150 180 20 60 100 3 ч 4 ч 6,5 ч 3,5 ч 6,5 ч 4 ч 4 ч 4,5 ч 10 ч 10 ч 10 ч 10 ч 10— 15 ч 24 ч 50— 60 ч 24— 30 ч 50— 60 ч 24— 30 ч 15 ч 24 ч 6 ч 6 ч 15 ч 4 ч ‘24 ч 6 ч 24 ч 6 ч 6 ч 2 ч 10 ч Изоляция деталей, не допуска- ющих сильного сжатия при от- верждении компаундов. Облада- ют холодостойкостью, механи- ческой прочностью, тропикостой- костью. Интервал рабочих тем- ператур от —60 до 4-140 °C Изоляция и герметизация круп- ногабаритных изделий нз легких сплавов, дросселей и других из- делий, не допускающих сильно- го сжатия при отверждении. Обладают улучшенной холодо- стойкостью, эластичностью. Ин- тервал рабочих температур от —70 до 4-140 °C (УП-592-10/3— от —40 до 4-140 °C) Герметизация аппаратуры, дли- тельно, работающей в морской воде. Интервал рабочих темпе- ратур от —60 до 4-140 °C. Мо- жет быть использован в качест- ве клея, а также в качестве электроизоляционного покрытия Пропитка обмоток трансформа- торов, дросселей, электрических машин То же Пропитка многослойных аппа- ратных катушек Изолирование и герметизация радиотехнической и электрон- ной аппаратуры, не допускаю- щей нагрева выше 70—80 °C или сильного сжатия при отвержде- нии Пропитка и заливка крупнога- баритной радиотехнической и электронной аппаратуры То же Литая изоляция с повышенной стойкостью к растрескиванию, работающая при температуре до 4-130 °C Литая изоляция, стойкая к дей- ствию кипящей воды Пропитка преимущественно струйным методом обмоток вла- гостойкого и тропического испол- нений с рабочей температурой от —60 до 4-155 °C Производство стеклослюдини- товых лент, применяемых при изоляции турбо- и гидрогенера- торов (изоляция ВЭС-2) Пропитка и промазка стекломи- каленты и стеклослюдиннтовых леит, применяемых при изоля- ции турбо- и гидрогенераторов (изоляция ВЭС-1) Пропитка стержней высоко- вольтных электрических машин и других электротехнических изделий класса нагревостойко- стн F Обволакивающий влагозащит- ный материал для изолирования трансформаторов, дросселей, функциональных блоков и дру- гих деталей, работающих в ди- апазоне температур от —60 до + 100 °C
§ 6.10 Компаунды 179 Продолжение табл. 6.29 Марка Химическая природа ТУ Режим отверждения Основное назначение темпера- тура, °C время Д-97 Эпоксидный, мо- дифицированный полиэфиром 120 15 ч Изолирование обмоток высоко- вольтных трансформаторов и дросселей больших габаритов, конструкций, насыщенных ме- таллом, деталей с малым ТК/ Д-132 Эпоксидный — 120 10 ч Литая изоляция с повышенной Д-П7а Эпоксидный, МО* дифицнрованный олеиновой кисло- той и касторо- вым маслом 140 5 ч ударной вязкостью Д-144 Эпоксидный с ад- дуктом тунгового масла и малеино- вого ангидрида 100 120 5 ч 5 ч Заливка конструкций, насыщен- ных металлом и предназначен- ных для работы прн низких температурах ЭЗК-7 Эпоксидный, мо- дифицированный бутил метакрила- том и касторовым маслом РТМ ОАА.686.042-70 ОСТ 11028.006-74 70—80 3—6 ч Изолирование катушек импульс- ных трансформаторов, обвола- кивание тороидальных транс- форматоров, блоков резисторов, заделка зазоров между обмот- кой и магнитопроводом ЭЗК-10 Эпоксидный РТМ ОАА.686.042-70 ОСТ 11028.006-74 120 140 10 ч 10 ч Изолирование обмоток крупно- габаритных высоковольтных трансформаторов, работающих в диапазоне температур от —60 до +120 °C при ф=»95±3 % и температуре +40 °C ЭЗК-11 Эпоксидный, мо- дифицированный бутилмета крил а- том и касторовым маслом 80 100 140 1 ч 2 ч 3 ч Заделка зазоров между обмот- ками трансформаторов и магни- топроводами ЭЗК-13, ЭЗК-14, ЭЗК-15, ЭЗК-18, ЭЗК-19. ЭЗК-20. ЭЗК-21, ЭЗК-22, ЭЗК-23 Эпоксидные, мо- дифицированные полиэфиром РТМ «Эпоксидные ком- паунды для изолирова- ния электроэлементов» Изолирование радиотехничес- кой и радиоэлектронной аппара- туры КЭ-2 Эпоксидный РТМ ОАА.686.038-70 120 20 ч Заливка трансформаторов тока напряжением до 30 кВ неболь- ших и средних габаритов (мас- са компаунда до 7 кг) КЭ-3, КЭ-Зч Эпоксидные РТМ ОАА.686.038-70 120 14— 20 ч Заливка трансформаторов тока напряжением до ПО кВ всех габаритов КЭП-1 Эпоксидный, мо- дифицированный полиэфиром РТМ ОАА.686.038-70 120- 130 24 ч Заливка трансформаторов тока напряжением до 10 кВ неболь- ших габаритов (масса компаун- да до 3 кг) КФ-1 Эпоксидный ТУ ОЯШ.504.034-78 120 20 ч Заливка изоляторов для высо- ковольтных аппаратов, запол- ненных элегазом. Легко обра- батывается иа станке КФ-4 ТУ ОЯШ.504.053-80 120 20 ч Заливка высоковольтных изоля- торов для выключателей и дру- гих изоляционных деталей, при- меняемых в электротехнических аппаратах, заполненных элега- зом ЭПК-Ю1 Эпоксидный, мо- дифицированный полиэфиром ТУ ОИК.504.056-82 иа полиэфир 22 120 150 15 ч 16 ч Пропитка и заливка деталей, микросхем, кремниевых полу- проводниковых приборов, рабо- тающих длительно прн темпера- туре от —60 до +130 °C К-115, К-168, К-201 Эпоксидные, мо- дифицированные полиэфиром — — Заливка и пропитка статорных обмоток погру-кных двигателей, а также заливка блоков дроссе- лей и резисторов эпк-т Эпоксидный МО* дифицирова ниый теплоп роводн ый ТУ ОЯШ.504.015-76 100 120 150 8 ч 15 ч 16 ч То же » » » » эпк-с, эпк-ст Эпоксидные само- затухающие ТУ ОЯШ.504.044-78 100 150 10 ч 6 ч Заливка изоляторов и других электроизоляционных изделий, к которым предъявляется требо- вание самозатухаиия ЭКБ Эпоксидный быст- роотверждаю- ЩИЙСЯ ТУ ОЯШ.504.064-81 150 3— 5 мин Заливка опорных и проходных изоляторов методом желнрова- иия под давлением (метод АГД)
180 Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд. 5 Продолжение табл. 6.29 Марка Химическая природа ТУ Режим отверждения Основное назначение темпера- тура, °C время ЭЗК-8/4 Эпоксидный ТУ ОЯШ.504,038-78 60 100 150 180 8 ч 12 ч 6 ч 4 ч Залнвка статорных обмоток по- гружных электродвигателей и других электротехнических из- делий класса нагревостойкости F ЭПМ-63 » ТУ ОЯШ.504.040-78 150 *5 ч Пропитка стеклослюдннитовых лент этп, этз Эпоксидно-крем- нийорганнческие ТУ ОЯШ.504.002-75 100 120 140 2 ч 6 ч 16 ч Пропитка и заливка различных электро- н радиотехнических из- делий классов F и Н зк-эт Эпоксидно-крем- нийоргаиический с каучуком ПДИ-ЗАК ОСТ 4ГО.054.213 ОСТ 4ГО.029.205 100 18— 20 ч Герметизация высоковольтных блоков питания, катушек транс- форматоров и др. Б-ИД-9127 Полиэфирнмид- ныЙ ТУ 16-504.038-77 130 1 ч Пропитка струйным методом об- моток машин и аппаратов клас- сов В н F. Применяется также в качестве связующего при из- готовлении стеклопластиков Б-ПЭ-9128 Полиэфирный ТУ 16-504.038-77 140 150 1 ч 2 ч Пропитка струйным методом обмоток машин и аппаратов классов В и F на автоматизи- рованных пропиточио-сушиль- ных установках, рассчитанных на применение однокомпонеит- ных лаков без растворителей Б-ИД-9127Э Б-ИД-9147 Полнэфирим нд- иый Ненасыщенный олигоэфирнм ид- изоцнануратиый ТУ 16-504.038-77 ТУ 16-504.038-77 130 180 1 ч 2,2 ч Пропитка струйным методом об- моток машин и аппаратов клас- сов В и F с высотой осн враще- ния до 350 мм, а также обмоток машин и аппаратов общего, тропнкостойкого и взрывозащи- щенного исполнений Пропитка струйным методом об- моток машин н аппаратов клас- са Н с высотой оси вращения до 250 мм, а также обмоток машин общего, тропикостойкого и взры- возащищениого исполнений КГМС-2 Полиэфирный со стиролом ТУ ОЯШ.504.032-78 120 12 ч Пропйтка катушек трансформа- торов и изготовление цементи- рующих масс для заделки тор- цов катушек трансформаторов и других обмоток, работающих в интервале температур от —60 до + 120 °C КП-18 Полиэфирный Пропитка обмоток машни обще- го назначения, трансформаторов, дросселей и узлов аппаратуры, длительно работающих в интер- вале температур от —60 до + 130 °C и кратковременно при 150 °C КП-34, КП-50, Полиэфирные ТУ 16.504.014-77, •— Пропитка обмоток машии. ап- КП-101, КП-103 (КП-34 модифи- цирован полиор- гаиоснлоксаиом) ТУ 6-05-1914-81, ТУ 6-09-15-4134-75, ТУ 16.504.011-76, паратов, трансформаторов, в том числе влагостойкого и тро- пического исполнений, класса F ЭПМ-2 Полиэфирный ТУ 6-09-15-822-72 — — Компаундирование в процессе намотки аппаратных катушек влагостойкого и тропического исполнений с рабочей темпера- турой до 150 °C МБК-1, МБК-2, МБК-3 Метакриловые ТУ 6-16-1602-71, ТУ 6-16-2004-75 Пропитка и залнвка виброуда- ростойких двигателей, а также аппаратуры,' работающей в ус- ловиях высокой влажности. Ра- бочие температуры: класс А — без наполнителя. класс F—с наполнителем КМ-9 Метакриловый ТУ 6-09-1668-72 Герметизация миниатюрных трансформаторов с ферритовыми илн пермаллоевымн сердечника- ми, элементов вычислительных устройств, микромодульной тех- ники и других деталей, к кото- рым предъявляются требования стабильности электромагнитных параметров при — 60-^- + 80°С и высокой влажности. Заливка тонкостенных стеклянных дета- лей приборов
§ 6.10 Компаунды 181 Продолжение табл. 6.29 Марка Химическая прнрода ТУ Режим отверждения Основное назначение темпера- тура, °C время АС-5 Акрилатный ста- билизированный ТУ ОЯШ.5Э4.008-75 85 48 ч Пропитка и заливка обмоток с изоляцией классов Вир К-30 Полиуретановый со стиролом — 80 120 2—5 ч 16- 24 ч Пропитка и заливка различных деталей, работающих в интерва- ле температур от —80 до 4-60 “С К-31 То же 60 70—80 2—7 ч 24 ч Заливка катушек трансформато- ров и других деталей, работаю-’ щих в интервале температур от —80 до 4-120 °C к-зок Полиуретановый со стиролом на- полненный 80 120 2—5 ч 16— 24 ч Заливка различных деталей ап- паратуры, работающей в интер- вале температур от —80 до 4-150 °C КГ-102 Полиуретановый ТУ ОЯШ.504.028-77 40-60 5-7 ч Электроизоляционный демпфи- рующий материал для заливки различных деталей, работающих в интервале температур от —60 до 4-60 °C Вклад 13-1 ТУ 6-05-221-607-84 40—60 80- 120 Ь— ( ч 16- 17 ч Заливка трансформаторов и других изделий Вклад 14 ТУ 6-05-221-755-84 40-60 80— 120 5—7 ч 16— 17 ч То же 10-50 10-60 10-70 МФВГ-1, МФВГ-3 Полиуретановые Кремннйоргани- ческие ТУ 38-40324-70 ТУ 6-02-965-81 20 50 80 3 сут 16 ч 10 ч Герметизация различных дета- лей: трансформаторов, катушек индуктивности, микром оду лей Пропитка и промазка обмоток машин, изготовление слоистых материалов с длительной рабо- чей температурой 180 ®С, а так- же заливка узлов н деталей электротехнического н электрон- ного оборудования К-67, К-67Ф То же ТУ 6-02-844-78 Пропитка обмоток оборудования с длительной рабочей темпера- турой 180 °C. Допускают крат- ковременную температуру до 250 “С. К-67 — пропитка обмоток электрооборудования с повы- шенными требованиями к це- ментации, К-67Ф — к термоэла- стичности К-43 ЭП-49А/1 ЭП-49А/2, ЭП-49Д/1, ЭВП-10. ЭП-49Д/2 Эпоксидный » ТУ 6-02-682-76 Компаунды для напылень ТУ 6-05-1420-75 ТУ ОАЮ503.0Ю, ТУ 6-05.1420-75 220 ой изо; 24 ч яции. Пропитка обмоток машин с ра- бочей температурой до 180 °C Напыление пазовой изоляции с рабочей температурой от —60 до 4-130 °C, кратковременно (до 500 ч) 180 °C Напыление по металлу и обмот- кам с рабочей температурой от —60 до 4-130 °C (ЭВП-10 до 140 вС или в течение 1000 ч до 180 °C) ЭВН-6 Эпоксидный ТУ ОАЮ504.018 — — Изолирование шии и аналогич- ных им деталей с рабочей тем- пературой от —60 до 4-130 °C УП 2155 ПЭП-219 » / ТУ 6-05-1420-75 ТУ 6-10-1597-77 (.омпаунды холодного отве рждениз Нанесение антикоррозионных, декоративных и электроизоля- ционных покрытий УП-5-105-2 Эпоксидный ТУ 6-05-241-111-75 25 2 ч Герметизация и склейка элект- ро- и радиотехнических изделий, шпатлевка неплотностей различ- ной аппапатуры, длительно ра- ботающей в интервале темпера- тур от —60 до +75 °C УП-5-168С Эпоксидный на- полненный ТУ 6-05-241-112-75 25 4 ч Герметизация конструкций из стеклопластиков и металлов, ра- ботающих в условиях повышен- ных давлений
182 Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд. 6 Продолжение табл. 6.29 Марка Химическая природа ТУ темпера- ° тура, °C 5 — Л ¥ Л) § время х аз Основное назначение УП-5-199 УП-5-199-1 УП-5-220 УП-5-221 УП-5-122АТ, УП-5-122АТ-1 УП-6-102 УП-6-104 Д-6, Д-8. ЭЗК-6, Д-9, Д-9е 10-10 10-20 ПЭК-18 ПЭК-19, ПЭК-20, ПЭКЛ-19, ПЭКЛ-20 ЭЗК-12 Герметнк ЭГ ЭЗК-17 10-90 10-145 Эпоксидные Эпоксикремиий- органический Эпоксидный » Эпоксидные, пла- стифицированные полиэфиром или дибутилфталатом Эпокситноколо- вый Эпоксидный. МО- диф нцир ова и ный полиэфиром и ти- околом Эпоксидные, мо- дифицированные карбоксилатными каучуками или полиэфирами Эпоксидный со стиролом Эпоксидный Эпоксидный, мо- дифицированный тиоколом Полиуретановый » ТУ 6-05-241-171-80 ТУ 6-05-241'262-80 ТУ 6-05-241-263-80 ТУ 6-05-1816-77 ТУ 6-05-241-181-78 ТУ 6-05-241-216-79 ОСТ 11028.006-74 ОСТ 11028.006-74 ТУ 38-5-314-68 ТУ ОЯШ.504.050-79 ТУ 38-40325-70 ТУ 38-40326-70 20 20 20 20 25 25 25 25 20 20 80 80 20 50-60 20 60-80 20—25 2.5 ч 2,5 ч 3 ч 3.5 ч 4 ч 5 ч 6-8 ч 2—3 ч 24 ч 16- 20 ч 8 ч 8— 16 ч 24 ч 48 ч 24 ч 8 ч 4—5 ч Изоляция мест соединения нли разделки кабелей, а также для заводского изготовления кабель- ной арматуры с последующей заливкой компаундом на месте монтажа в полевых условиях прн —40d-;+35 °C Герметизация аппаратуры, ра- ботающей в интервале темпера- тур от —60 до +120 °C, в усло- виях повышенной влажности, под действием вибрационных и механических нагрузок Заливка изделий радиоэлект- ронной промышленности, рабо- тающих в условиях повышенной влажности (ф до 98 %) под действием вибрационных и ме- ханических нагрузок Применяется при монтаже ог- ней углубленного типа и кабе- лей к иим в аэродромных по- крытиях. Обеспечивает надеж- ное крепление огней и гермети- зацию кабелей в условиях воз- действия силовых, вибрацион- ных и температурных нагрузок, нефтяных масел и авиационного топлива. Интервал рабочих тем- ператур от —40 до +60 °C Изоляция крупногабаритных из- делий, работающих в интерва- ле температур от —60 до + 120 вС Изоляция высоковольтных изде- лий с большой плотностью мон- тажа, содержащего чувстви- тельные к механическим и тер- мическим воздействиям элемен- ты, работающие в интервале температур от —60 до +100 °C Изоляция тороидальных транс- форматоров, блоков резисторов и других деталей, работающих в интервале температур от —60 до +80 вС. Используются в ка- честве клеев холодного отверж- дения Герметизация элементов аппара- туры, работающей в интервале температур от —60 до +80 °C и кратковременно (до 1000 ч) при 100 °C Герметизация элементов радио- технической и радиоэлектрон- ной аппаратуры Герметизация малогабаритных деталей радиоэлектронной аппа- ратуры, работающей в среде воздуха в интервале температур от —60 до +120 °C, допускаю- щих работу в условиях тропи- ческой влажности Изоляция бумажных н металло- бумажных конденсаторов и дру- гих деталей Герметизация трубчатых элект- ронагревательных элементов ав- томатических стиральных ма- шин Изоляция радиотехнической и электронной аппаратуры Герметизация изделий, содержа- щих элементы, чувствительные к механическим нагрузкам Изоляция высоковольтных выво- дов электронно-лучевых прибо- ров
§ 6.10 Компаунды 183 Продолжение табл. 6.29 Марка Химическая природа ТУ Режим отверждения Основное назначение темпера- тура, °C время Виксиит К-18 Кремщйоргани- веский — — — Герметизация приборов, работа- ющих в интервале температур от —60 до +250 вС (200 ч) в ус- ловиях повышенной влажности. Не рекомендуется для примене- ния в изделиях из незащищен- ной меди и ее сплавов Виксннт У-1-18 То же ТУ 38-103420-78 —• — Герметизация устройств, рабо- тающих в различных климати- Герметики КЛ » » ческих условиях. Допускает ис- пользование в диапазоне темпе- ратур от —60 до +300 еС (вик- синт) и от —60 до +250 °C (КЛ) кратковременно МБ-50 Битумная масти- ка ТУ 16-503.073-76 — — Заливка конденсаторных высо- ковольтных вводов 225Д Битумный ТУ 6-10-1056-75 Пропитка под давлением кату- шек и обмоток высоковольтных машин и машин влагостойкого 225Р Битумный разба- витель ТУ 6-10-1058-75 — —• исполнения Компаунд служит для разбавле- ния компаунда 225Д вах большого количества эпоксидных компауи-' дов. Зачастую компаунды имеют лишь разные обозначения, а по составу и свойствам подоб- ны (например, компаунды Д-1 и ЭПК-5, ЭПК-1 и Д-61 н др.). Пропиточные компаунды горячего отверж- дения. Большинство компаундов представляют композиции, состоящие из смолы ЭД-16 (ком- паунды Д-1, Д-З, Д-36, Д-112, ЭПК-5, ЭПК-4, ЭПК-6, ЭКА, ПО, ЭПСК, УП-5-105, УП-592, УП-592/1) с различного типа отвердителями и пластифицирующими добавками. Компаунды Д-61, ЭПК-1, ЭКД, ЭМТ-1 — композиции на основе смолы ЭД-20, ЭКБ — на основе смолы ЭД-22. Они имеют меньшую вязкость и по сравнению с компаундами на основе смолы ЭД-16 аналогичного состава имеют лучшую пропиточную способность. Ниже приводятся свойства компаунда на основе смол ЭД-16, ЭД-20 с отвердителем AM-14. Продолжение после выдержки 45 сут в кипящей воде............ 3,8—4,2 после выдержки 30 сут с <р=95ч-98 % при 40°С . 3,7—4,3 Предел прочности прн растя- жении, МПа................... 60—90 Ударная вязкость, кДж/м2 . 11—20 Теплостойкость по Вика, "С . 135 Компаунд ЭКД-14, применяемый преиму- щественно для струйной пропитки, поставляет- ся комплектно с отвердителем и ускорителем и имеет следующие свойства: р, Ом-м: прн 20 °C.................• Ю13 прн 130 °C.............. ion-101? при 150 °C.............. 10’ после выдержки 45 сут в кипящей воде............ 10г? после выдержки 30 сут с <р=95-н98 % при 40°С . КУ2 tgб (1000 Гц): прн 20°C................... 0,004—0,006 при 130°С .......... 0,005—0,009 прн 150 °C.............. 0,025—0,040 после выдержки 45 сут в кипящей воде............ 0,008—0,02 после выдержки 45 сут с <р=954-98 % прн 40°С , 0,006 ег (1000 Гц): прн 20^С....................... 3,7-4,0 при 130°С............... 4,3—4,7 при 150 “С.............. 4,9—5,1 Время полимеризации при 160 °C, мни.................. р, Ом-м: при 20 °C.............. при 155 °C............... после выдежкн 30 сут с <р = 954-98 % прн 40 °C . . . после термического старения прн 190 °C в течение 70 сут и выдержки в воде в тече- ние 24 ч..................... ЕПр, МВ/м, при 50 Гц и h— = 1,0-т-1,2 мм: при 20 °C................. при 155 °C................ после выдержки 30 сут с <р=95-ь98 % прн 20°С . . Предел прочности прн растя- жении, МПа................... Относительное удлинение при разрыве, %................... Ударная вязкость, кДж/м2 . Потеря массы после 70 сут термического старения при 190 °C, 5/0................ 30 1013—1QW Юз-Юм 101? 101? 20—34 18 22-25 50—77 6—10 12—15 12
184 Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд. 6 Сутки. Сутк и. Рис. 6.16. Зависимость вязкости эпоксидного компаунда ЭМТ-1 от продолжительности вы- держки при 60 °C. Измерение при 60 °C: / — ежедневное обновление иа 50 %; 2 — то же на 25 % Рнс. 6.17. Зависимость tg6 компаундов при 130 °C от продолжительности старения прн 180 °C: / — компаунд 110; 2 — компаунд ЭПСК Рис. 6.18. Зависимость р компаундов от про- должительности старения прн 180 °C: / — компаунд ПО; 2 — компаунд ЭПСК:-------- измерение при 20 °C;-----измерение при 20 °C после 48 ч увлажнения (<р=95н-98 %, /—20 °C) Продолжение Цементирующая способность иа пучках проводов ПЭТ-155 при 155 °C, Н................... 150 То же после 70 сут термичес- кого старения прн 190 °C . 120 Таблица Пропиточные компаунды должны обладать низкой вязкостью н большой жизнеспособно- стью, особенно при температуре пропитки. Мно- гие эпоксидные компаунды обладают ограни- ченной жизнеспособностью вследствие возра- стания вязкости с течением времени, особенно прн повышенной температуре. Поэтому в котел для пропитки к старому компаунду необходи- мо добавлять свежеприготовленный. На рис. 6.16 приведены для примера графики возра- стания вязкости компаунда ЭМТ-1 (смола ЭД-16, отвердитель МТГФА) прн 60 °C и раз- ных степенях обновления. Свойства некоторых марок компаундов приведены в табл. 6.30—6.33 и показаны на рис. 6.17—6.20. Заливочные компаунды горячего отверж- дения представляют собой композиции в основ- ном на основе смолы ЭД-16, отвердителя — малеинового ангидрида, наполнителя — пыле- видного кварцевого песка, фтористого кальция (КФ-1). Отдельные представители этой груп- пы готовятся на основе смол ЭД-20 (ЭЗК-7, 6.30. Показатели компаундов горячего отверждения (Д и ЭПК) Показатель Д-1 Д-З ЭПК-4 Д-36 Д-61 Д-112 Плотность, кг/м3 1230— 1250 1230— 1250 1230— 1250 — 1230— 1250 Предел прочности при статическом из- гибе, МПа НО- 143 100— 140 НО 105 98—110 131 Предел прочности при сжатии, МПа 105— 130 100— 130 — 130 100— 120 136 Ударная вязкость, кДж/м2 10—28 9—21 16 10* 33** 8—19 18—22 Теплостойкость по Мартенсу, °C 105— ПО — — 70— 80 103 82 ТК/, 10-8 °C-1 60 65 65 — 60 — Коэффициент теплопроводности, Вт/(м-°С) 0,16 0,17 0,17 — 0,16 — р при 25±10° С, Ом-м, не менее 1013 1012 1012 1012 1013 10й 8г (10е Гц) при 25 ± 10 °C 4,0 4,0—4,1 4,2 4,0* 3,9 3,5*** tg6 (10е Гц) прн 20±10°С 0,02 0,019— 0,02 0,025**** 0,025* 0,019— 0,023 0,01*** Еар, МВ/м, при 50 Гц в однородном поле (толщина 1,0 мм): 53 при 20 "С — — — 22 52 при 120 °C — — — — 27 •— Uap, кВ, при 50 Гц между залитыми игольчатыми электродами радиусом 3 мм: при 20 °C 31 30 — — 31 31 прн 120 °C 29 17 — — 31 — • При 20 °C. •• При 120 °C. При 103 Гц. ••*• Прн 50 Гц.
§ 6.10 Компаунды 185 Таблица 6.31. Показатели пропиточных компаундов горячего отверждения, применяемых для термореактивной изоляции типов ВЭС н «монолит» Показатель ЭМТ-1 (смола ЭД-16, отверди- тель МТГФА) ПК-11 (смола ЭД-22, отверди- тель и-МТГФА) 110 Продолжительность отверждения при 150 °C, ч 2,5—3 2—4 — Ударная вязкость, кДж/м2 10—17 12—20 — Предел прочности при растяжении, МПа: при 20 °C 45—50 50—70 40—45 прн 130 °C 3,9—4,5 6,5—9,0 3,3—4,4 Относительное удлинение при разрыве, %: при 20 °C 5,5—10 6—10 4,5—5,0 при 130 °C 20—26 25—30 7,0—11,3 Теплостойкость по Мартенсу, °C р, Ом-м, не менее; 110—115 114—118 при 20 °C 2-10“ 10“ 10“ при 130 °C 2-Ю12 10“ 10» tg6 (50 Гц), не более: при 20 °C 0,003 0,002 0,01 при 130 °C 0,06 0,05 0,15 8г (50 Гц), не более: при 20 °C 3,9 3,8 при 130 °C 4,6 4,8 — £Пр при 20 °C, МВ/м, не менее 26—28 25—30 25 компаунды с полиглнцндиловыми эфирами и др.), ЭД-8 (Д-97, ЭЗК-Ю, ЭЗК-20, ЭЗК-23, КЭ-3 и др.), смеси смол ЭД-20 и ЭД-8 (ЭПК- 101, ЭПК-Т и др.). В качестве отвердителей также используются метилтетрагидрофталевый ангидрид (ЭЗК-9, ЭПК-Ю1 и др.), смесь ма- леинового и фталевого ангидридов (Д-97, ЭЗК-Ю, ЭЗК-13 и др.), фталевый ангидрид (КЭ-2, КЭ-3, КЭП-1, ЭЗК-20), нзометилтетра- гидрофталевый ангидрид (СКФ-4, ЭЗК-8/4, ЭПК-Т). Компаунды, модифицированные жидкими тиоколамн (компаунды Д-38, Д-38а и др.), от- личаются повышенной механической прочно- стью и малой влагопроницаемостью. Эти ком- паунды могут работать в тропических услови- ях. Компаунды, модифицированные жидкими тиоколамн (Д-127, Д-129, Д-130, Д-134, Д-90, Д-104 и др.) и карбоксилатным каучуком (Д-140), не содержащие наполнителя, имеют повышенную эластичность и холодостойкость. Компаунды, содержащие в качестве наполни- теля пылевидный кварцевый песок (Д-135, Д-136, Д-137, Д-138 и др.), отличаются повы- шенной теплопроводностью. При наполнении компаунда смесью квар- цевого песка с нитридом бора коэффициент теплопроводности возрастает до 1—1,2 Вт/ /(м-°С). Отдельные компаунды содержат различно- го типа полиэфиры и другие пластифицирую- щие добавки. Такого типа компаунды, как ЭКА и ЭКС, модифицированные олнгоэфнрами АГ-2 и СГ-2, отличаются повышенной эластич- ностью; компаунд ЭПК-Ю1, модифицирован- ный полиэфиром, обладает повышенными эла- стичностью и ударной вязкостью. Компаунды на основе эпоксифенолофталеиновой смолы, эпоксиноволачной и модифицированных поли- органоснлоксанами эпоксидных смол имеют по- вышенную нагревостойкость. Свойства некоторых типов заливочных ком- паундов приведены в табл. 6.34—6.37. Порошкообразные компаунды для напы- ленной изоляции. Компаунды-порошки ЭП-49А, ЭП-49Д, ЭВН-10, ЭВН-6 состоят из высоко- молекулярных эпоксидных смол, наполните- лей — пылевидного кварцевого песка и раз- личных отвердителей. Рнс. 6.19. Зависимость предела прочности при растяжении компаунда ЭПСК от продолжи- тельности термического старения. Испытание прн 20 °C: 1 — при 160 °C; 2 —при 180 °C; 3—при 200°C Рис. 6.20. Зависимость ударной вязкости ком- паунда НО от продолжительности термическо- го старения: 1 — при 160 °C; 3 — при 180 °C; 3 — при 200 °C
186 Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд. 6 Таблица 6.32. Показатели пропиточных и Показатель УП-5-109 УП-5-П1-1 УП-5-П1-6 УП-5-162 УП-5-184 Условная вязкость по внскози- 250 20 30* 20 140 метру ВЗ-4, с (25 °C) (100 °C) (100 °C) (50 °C) (20 °C) Время желатинизации, мин 240 630 180 7 120 Предел прочности, МПа: (120 °C) (100 °C) (100 °C) (80 °C) (60 °C) при растяжении 50 40 35—40 — 40 при сжатии — 50 60 — —— при нзгнбе — 60 70 125 — Ударная вязкость, кДж/м2 10 17 — — 10 р при 20°C, Ом-м 5-101’ юн 101’ 5-la12 101’ tg 6 (10е Гц) прн 20 °C 0,01 0,03 0,03 0,014 0,03 ът (10е Гц) при 20 °C 4,0 4,0 — — — £п₽, МВ/м, при 20 °C 25 25 20 — 20 Примечание. Время самозатухання компаунда УП-5-059 по методу «Огневая труба» не более 5 с. * По вискозиметру ВЗ-1. Для порошкообразных эпоксидных компа- ундов электронзоляцнонного назначения типич- но значительное содержание минерального на- полнителя (обычно не менее 150 % к связую- щему). Это способствует достижению важней- ших свойств напыленной изоляции: повышен- ной теплопроводности и стойкости к термоуда- рам. Порошки образуют покрытия, стойкие к термоударам в интервале температур —60 Ч- + 150°С, пригодные для изделий тропичес- кого исполнения с нагревостойкостью класса В. Растекаемость расплава порошков ЭП- 49А/2 и ЭП-49Д/1 выше, чем у порошков ЭП-49А/1 и ЭП-49Д/2 соответственно. Ком- паунд ЭВН-6 образует покрытия с более вы- сокой термоударостойкостью н эластичностью, чем компаунды остальных марок, допуская пос- ле напыления некоторое изгибание шнн, но ши- ны должны быть заранее отформованы. Наи- более1 высокой адгезией обладают покрытия типа ЭД-49Д, но они заметно уступают по диэлектрическим характеристикам другим на- пыленным покрытиям электроизоляционного назначения. Полимеризация покрытий ЭП-49А и ЭВН-6 осуществляется в течение 5 ч прн 170—200 °C, покрытий ЭП-49Д — 6 ч прн 150 °C. Наименьшую длительность термообра- ботки имеют покрытия ЭВН-10, УП-2155 и ПЭП-219 (0,5—1 ч прн 160—180°C). Свойства покрытий нз порошкообразных компаундов приведены в табл. 6.38 и показаны на рнс. 6.21 и 6.22. Компаунды холодного отверждения. Ком- паунды Д-6, Д-8, Д-9, Д-9а, ЭЗК-6 представ- ляют собой композиции, состоящие из смолы ЭД-16 или ЭД-20, пластификаторов и дибутил- фталата или полиэфира МГФ-9, наполните- Та блица 6.33. Показатели эластичных пропиточных компаундов горячего отверждения Показатель ЭКА ЭКС ЭКД Предел прочности прн растяжении, МПа 20—25 3—8 8—12 Относительное удлинение при разрыве, % р, Ом-м: 120—160 150—190 50—60 при 20 °C 101’ 1012 юч при 100 °C после выдержки в воде: 10’—108 10’ —— 24 ч юн 10И —— 30 сут 10’ 10’ 101“ Епр прн 50 Гц и 20 °C, МВ/м е, (103 Гц): 20 25 40 при 20 °C 4—5 7—7,5 3,9; 6,3*» после 30 сут выдержки в воде прн 20 °C tgб (103 Гц): 7,1—7,3 7,5—7,9 5,5* при 20 °C 0,006—0,020 0,005—0,010 0,033 прн 100 °C 0,06—0,10 0,05—0,09 0,044** после 30 сут выдержки в воде при 20 °C 0,07—0,08 0,04—0,07 0,06* • Выдержка в атмосфере с <рв98±2 % при 40 °C. ••При 80 °C.
§ 6.10 Компаунды 187 пропиточно-заливочных эпоксидных компаундов УП-5-182-1 УП-5-191 УП-5-191-2 УП-504 УП-504Н УП-503А УП-503Б УП-5-059 УП-5-208 УП-5-218 130 (20 °C) — 250 (25 °C) — — 12 (100 °C) 25 (100 °C) 150 (40 °C) 250 (25° С) 120 120 (60 °C) 5 (140 °C) 3 (120 °C) 180 (80° С) 240 (80 °C) 18 (200 °C) 15 (200 ‘’С) 120 (80 °C) — — 30 30 45 — 30 60 60 130 180 — —- — = —— — 50 65 80 — — — — — — 10 — — — —— —— — — 10« 1012 Ю12 101’ Ю12 1013 1013 1014 Ю12 101» 0,03 0,02 — 0,25 0,035 0,02 0,02 0,015 0,03 0,03 — — — 3,7 3,7 3,7 4,0 4,0 20 20 20 28 20 20 20 20 15 20 Таблица 6.34. Показатели заливочных эпоксидных компаундов (ЭЗК) Показатель ЭЗК-1 ЭЗК-4 ЭЗК-5 ЭЗК-6 ЭЗК-7 ЭЗК-8 ЭЗК-9 эзк-ю эзк-и ЭЗК-12 Плотность, кг/м8 1850 1810 1520 1220 1600 1450 1600—1800 1670 1120* 1500 Предел прочности 140 110 70 90 78 65 70—120 135 — 85 при статическом из- гибе, МПа 6.6 5,5 Ударная вязкость, 9,0 4,0 5,9 14,2 5,5—10 14 — 6 кДж/м2 ТК 1, 10 -* °C-1 30—34 34 30 во 34 90 38—40 40 35 35 Коэффициент тепло- проводности, Вт/(м*°С) 0,75 0,75 0,52 0,35 0,46 0,29 0,98 0.69 0,23 Линейная усадка, % р, Ом-м: 0,5—1,2 0,5—1.2 1,0—1,2 10'8 1.0—1,5 0,53 1,0—1,45 0,7—1,0 1,67 5,5 0,5 10” при 20 °C 10” 1018 10” 10” 1018 10” 1018 1012 при 100 °C 10“ 10” 10» 10“ 10’ 10* 10” 10” — 10’ при 150 °C е^ОО8 Гц): 10’ 10е — — 10е — 10» 10» — — при 20 °C 3.9 4,7 5,5 4,6 4,0 6,4 4,3 5,0 4.1 9 при 100 °C 4,5 4,9 —- 4,8** 5.4 8,0 4,7 5,0 — 12,3 при 150 °C 5,2 5,2 — — 6.2 — 5,0 6,0 — —— tg в (10» Гц): при 20 °C 0,013 0,011 0.014 0,014 0,02 0,017 0,009 0,013 0.01 0,019 при 100 °C 0,014 0,018 — 0,014** 0,04 0,09 0,017 0,04 0,05 прн 150 °C 0,034 0,034 — — 0,08 — 0,31 0,11 — — * Для компаунда без наполнителя. •• При 80 °C. Сутки. Рис. 6.22. Зависимость р покрытий от продол- жительности увлажнения (<р=95-г-98 %, t= = +40 °C): 1 — ЭП-49А; 2-ЭП-49Д; З-ЭВН-10: 4 — ЭВН-6 Рнс. 6.21. Зависимость р покрытий от темпера- туры: 1 - ЭП-49А; 2 —ЭП-49Д; З-ЭВН-10; 4 — ЭВН-6
188 Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд. 6 Таблица 6.35. Свойства эпоксидных электроизоляционных заливочных компаундов (УП) Показатель УП-592 УП-592-1 УП-592-3 УП-6-101 уп-б-103-i УП-6-103-2 УП-6-103-3 1 УП-6-103-4 Условная вязкость по вискозиметру — 60** 30 30 30 30 60 ВЗ-4 при 25 °C, с Время желатинизации, ч 3*** 4*** 6,5** 6* — Предел прочности при растяжении 40 30 20 2 147 245 147 343 при 20 °C, МПа Относительное удлинение при разры- 10 30 20 120 10 10 10 15 ве, % р, Ом-м, при 20 °C 51012 5-1018 5-1012 1-Ю8 1-Ю8 1-Ю8 МО8 1-10® tg б (10е Гц) при 20 °C 0,025 0,025 0,02 0,07 0,065 0,034 0,061 0,056 8г (10б Гц) при 20°C 4,5 4,0 — — 6,5 5,5 6,0 5,0 £ор, МВ/м 20 20 20 20 — — — 18 * Прн 60 “С. •* При 65 °C. При 85 °C. ля — пылевидного кварцевого песка (или без наполнителя). Отвердитель — гексаметилендн- амин или полнэтнленполиамины. Компаунды в отвержденном состоянии ме- ханически прочны, обладают хорошими масло-, влаго- и водостойкостью и удовлетворительны- ми электрическими свойствами. Свойства раз- личных компаундов имеют между собой очень близкие значения. Компаунды 10-10, 10-20 состоят из эпоксид- ной смолы ЭД-20 и жидких тиоколов МБ-2. Отвердитель — полиэтнленполнамины. Ком- паунд 10—20 содержит и полиэфир МГФ-9. Компаунды-герметики ПЭК-18, ПЭК-19, ПЭК-20, ПЭКЛ-19, ПЭКЛ-20 — составы на ос- нове эпоксидных смол, модифицированных кар- боксилатными каучуками, полиэфирными смо- лами. В качестве отвердителей могут быть при- менены низкомолекулярные полиамидные смо- лы Л-18, Л-19, Л-20 или С-18, С-19, С-20. Компаунды-герметики не вызывают корро- зии посеребренных поверхностей и цветных ме- таллов при непосредственном контакте с ними, имеют хорошую адгезию (прн отрыве) к стали, но низкую к цветным металлам. Компаунды Таблица 6.36. Показатели эпоксидных заливочных компаундов, используемых для заливки изоляторов и трансформаторов Показатель КЭ-2 кэ-з ЭКБ КФ-1 КФ-4 Плотность, кг/м3 1920 1770 1720 2100 Предел прочности, МПа: при статическом изгибе 126 138 100 59 118 прн сжатии 183 175 240 130 232 прн растяжении 69 83 70 45 85 Ударная вязкость, кДж/м2 8,6 11,9 10 9,5 22 Теплостойкость по Мартенсу, °C 109 НО 130 123 НО Коэффициент теплопроводности, Вт/(м-’С) 0,66 — 1,0 0,9 0,9 ТК /, 10-е «с-! 32 40 35 32 45 р, Ом-м: при 20 °C 4-Ю13 3,5-1013 3-1013 5-1012 1 1012 прн 100 °C 7-1012 7-Ю12 1-101? 4-1012 3-1012 после выдержки 48 ч в камере с <р = 95± 2,5-Ю11 2-1011 — 4-1012 1-101? ±2 % прн 20±2°C после выдержки 48 ч в воде при 20± 1012 9-101? 2-1012 1-101? ±2 °C ps, Ом, при 20 °C tg 6 (50 Гц): при 20 °C 3-101в 3-101» 2-101» 3-102» 0,0195 0,008 0,005 0,005 0,015 при 100 °C 0,0555 0,018 0,037 0,07 0,04 8Г (50 Гц): прн 20 °C 4,5 4,4 4,3 4,4 5,5 при 100 °C — 5,3 4,6 4,8 6,5 Епр при 20 °C, МВ/м 33 37 38 25 34
§ 6.10 Компаунды 189 Таблица 6.37. Показатели заливочных эластичных эпоксиднополиэфирных компаундов Показатель КЭП-1 ЭПК-101 (60Н) эпк-т эпк-с эпк-ст Предел прочности, МПа: прн растяжении 57 20 33,7 44 42 при изгибе 128 — 56,4 85 56 прн сжатии 142 — 42,2 121 115 Относительное удлинение при разрыве, од — 15 — — 2,5 Л) Ударная вязкость, кДж/м2 11,5 20 9,3 9,7 7,5 Теплостойкость по Мартенсу, °C 61 — 53 63 54 Коэффициент теплопроводности, — 0,5 1,2—2 0,5 1,0 Вт/(м-°С) ТК/ в интервале температур 30—70°C, 88 85 83 — ю-6 °C-1 р, Ом-м: прн 20 °C 9,3-10i3 1012 3,9-1013 2,5-1012 3,0-1012 при 70 °C 2,8-101° юн 2,4-101° 1,3-101° 8,7-101° tg 6 прн 50 Гц и 20 °C 0,017 0,031 0,02 0,018 0,014 8г при 50 Гц и 20 °C 4,4 4,2 4,1 5,5 5,2 ЕПр, МВ/м Кислородный индекс, % 34 20 35 35 33 — — — 39,8 36,5 Таблица 6.38. Показатели напыленных эпоксидных покрытий Показатель ЭП-49А/1, ЭП-49А/2 ЭП-49Д/1, ЭП-49Д/2 ЭВН-10 ЭВН-6 Предел прочности прн растяжении, МПа 40—50 50—55 55—60 48—52 Прочность на удар, МПа 2,5—4,2 3,0—3,5 3,6—4,0 — Адгезия к стали (испытание методом от- 8—10 25—30 15—20 9—13 рыва), МПа Стойкость к термоударам, количество 3—4 3—4 4—6 8—12 циклов —50 -j- + 150°C (на макетах) тк/ ю-°, °C-1 35—40 35—40 38—40 36—41 Коэффициент теплопроводности, Вт/(м-°С) р, Ом-м, не менее: 0,8 0,8 0,7 0,8 при 20 °C 1013 1012—1013 1012—Ю13 1013 прн 130 °C 108—10» 107—108 Ю°—юю 108—10» при 150 °C 108 — — 108 после пребывания 48 ч в среде с <р=93±5 % при 40 °C 1012 1011—1012 1012—1013 1012 Епр при частоте 50 Гц и h = 0,3 -и 0,4 мм, МВ/м: прн 20 °C 70—80 55—70 40—60 50—55 при 150 °C 40—44 25—35 22—23 20—25 после пребывания 56 сут в среде с 31—43 19—22 21—22 — <р=93±5 % при 40°C tg6 (103 Гц): 0,005 прн 20 °C 0,05 0,006 0,01 при 130 °C 0,20—0,25 0,08—0,1 0,05 0,08—0,10 прн 150 °C 0,20—0,25 1 0,20—0,25 0,20—0,24 после пребывания 48 ч в среде с <р=93±5 % при 40 °C 0,01—0,02 0,08 0,02 0,05—0,02 er (103 Гц): 3,0—4,0 4,9—5,0 при 20 °C 3,5—4,5 4,0—5,0 при 130 °C 4,5—5,0 5,5—6,0 5,0—6,0 4,9—5,3 при 150 °C 5,0-5,5 7,0—8,0 — 5,0—5,5 Срок хранения компаундов в порошко- 6 6 6 6 образном состоянии, мес, не менее
Таблица 6.39. Показатели эпоксидных компаундов холодного отверждения Показатель УП-5-105-2 УП-5-122АТ УП-5-122АТ-1 УП-5-168С УП-5-197С 8 ю Е УП-6-102 УП-6-104 УП-5-186 УП-5-187 УП-5-219 О С"’ гс С >5 УП-5-221 Условная вязкость по вискозиметру ВЗ-4 при 20°C, мин 6—7 200—300 4,7 5—8 Время желатинизации при 25 °C, я Разрушающее напряжение, МПа: 2,0 4.0 5,0 4.0 3—4 2,5 6,8 2—3 2—4 2—3.5 6,0 3,0 3.5 при растяжении 6.0 48,0 35,0 9,0 6,0 40 50 1,0 30 30 50 0,8 20 при сжатии 30 45 — — 100 •а — 120 130 — — 70 при изгибе 40 51 —— —— — 80 80 —. — —- Относительное удлинение при разрыве три 20 °C, % 50 2 0,5 20 40 5 60 70 70 5 55 — Водопоглощаемость, % — 5 1 1.5 1,5 •а — 0,08 0.1 — — Епр, МВ/м — W— — 20 18 25 25 20 — — р, Ом-м __ —— 10’® 10й 5-10» 10" 1010 —— 5•1012 tg б (101 Гц) прн 20 “С а» а— 0,05 0,06 а— 0,05 —- 0,06 ег(10« Гц) при 20 °C — — — — 5,0 4.0 — — 4,5 4,1 Таблица 6.40. Рецептура обволакивающих тиксотропных компаундов Марка Смола н отвердитель Пластификатор Наполнитель Разбавитель Изделие, подлежащее гер- метизации Наименование % Наименование % Наименование % Наименование % ЭК-242 Сплав ЭД-16МТГФА 49,6 Бутиловый эфир метакрило- вой кислоты 10,5 Смесь наполни- телей 37,3 Днэтиленгли- коль 2,6 Керамические конденсаторы ЭК-91 ЭД-20 Полиэтилен пол намин 48 4,8 Трикрезил фосфат 10,6 То же 36,6 Сегнетокерамическне конден- саторы ЭК-42 Сплав: ЭД-20; М.ТГФА; бакели- товая смола 55,2 Бутиловый эфир метакрило- вой кислоты 3 э э 41,8 Керамические конденсаторы К-152 СКТН-1 ЭД-16 61,4 3 5.2 э э 29,2 Сегнетокерамическне конден- саторы МА марки Ч 1.2 КЭТО-41 ЭД-16 СТГФА 31,2 20.4 — Слюда Тальк Аэросвл 25 15,6 1,6 ДЭГ-1 6,2 Трансформаторы и дроссели Лаки, эмали, компаунды, клеи Раза, в
5 6.10 Компаунды 191 Таблица 6.41. Показатели тиксотропных компаундов Показатель КЭТО-41 ЭК-42 ЭК-91 ЭК-242 К-152 р, Ом-м: при 20 °C 104 10« 5-Ю12 5-104 1012 при 155 °C — 5-Ю8 108* 10’ 5-108** после 96 ч выдержки с <р—95^-98 % и 40 °C 101s 104 5-104 5-1011 в, (10® Гц) tg 6: 5,2 — — — — при 103 Гц 0,015 — — — при 106 Гц — 0,025 0,0025 — 0,020 после 96 ч выдержки с <р=954-98 % и 40 °C — 0,05 0,05 0,05 0,05 Ударная вязкость, кДж/м2 Предел прочности, МПа: 5—7 0,05 0,5 0,05 0,05 при статическом изгибе 70—80 — — — 1- при сжатии 140 — — — — при растяжении 75—85 — — — — Влагопоглощаемость за 96 ч, % —— 0,8 0,5 1,4 1,0 Плотность, кг/м3 1600—1700 — — — —— Линейная усадка, % 1,0—1,5 — — — — • При 100 °C. »• При 200 °C. ПЭКЛ имеют удовлетворительную адгезию к поливинилхлориду и кабельным резинам. Свойства компаундов приведены в табл. 6.39. В отдельную группу выделены тиксотроп- ные компаунды (табл. 6.40 и 6.41). Наполни- тели с большой удельной поверхностью, такие как аэросил (ГОСТ 14922-77), придают ком- паунду тиксотропные свойства. Такие компа- унды обладают текучестью только при прило- жении механической нагрузки. Они удобны для нанесения на вертикальные поверхности. Когда обрабатываемая деталь погружается в компа- унд, он распределяется по поверхности, а пос- ле удаления детали из компаунда с детали не стекает. Полиэфирные компаунды. Компаунды КП-18, КП-34, КП-50, КП-101, КП-103 и ЭМП-2 представляют собой композиции из олигоэфиракрилатов и полиэфирных (КП-18, КП-50), кремнийоргаиических (КП-34) или мо- дифицированных эпоксидных (КП-101, КП-103, ЭПМ-2) смол с различными добавками; не со- держат легколетучих компонентов. Они приме- няются с инициаторами полимеризации — пере- кисями бензоила или дикумила. Преимущест- вом перекиси дикумила является повышенная жизнеспособность компаундов. Почти все упомянутые компаунды образу- ют твердые продукты полимеризации, в связи с чем они не рекомендуются для пропитки об- моток из эмалированных проводов с диамет- ром менее 0,1 мм. Исключение представляют компаунды КП-18 и КП-50, применение кото- рых возможно для проводов более тонких се- чений, но в отличие от КП-50 компаунд КП-18 меиее влаго- и нагревостоек. Технологически- ми преимуществами компаундов КП-34 и КП-50 являются пониженная вязкость н повы- шенный срок хранения с введенным инициато- ром. Это важно прн пропитке обмоток методом погружения. Компаунды КП-101 и КП-103 предназначены в основном для пропитки струй- ным методом, при котором желательна повы- шенная вязкость, а пониженный срок хранения (с инициатором — перекисью бензоила) допу- стим из-за малых рабочих объемов компаунда. В случае использования компаундов КП-101 и КП-103 для пропитки сложных обмоток погру- жением следует применять вакуумный или тре- нировочный режимы (в качестве инициатора желательна перекись дикумила). Метакриловые компаунды МБК и КМ-9. Общими характерными свойствами компаундов являются влаго- и водостойкость, отсутствие склонности к растрескиванию, хорошая адге- зия, инертность по отношению, к меди, серебру и другим металлам, прозрачность и бецветность (без наполнителя), под воздействием короны или электрической дуги проводящих мостиков не образуют. При нагревании они несколько размягчаются, но не плавятся и при 220 "С не териют формоустойчивости. Полимеры МБК хорошо выдерживают воз- действие кипящей воды в течение нескольких сот часов. В органических растворителях они не растворяются,, но набухают. В сочетании с описываемыми компаундами нельзя применять резины, содержащие серу нли ее соединения, а также недостаточно по- лимеризованные клей типа БФ или бакелито- вый лак и другие материалы, содержащие фе- нолы (происходит ингибирование полимериза- ции). Лакоткани и эмали проводов марки ПЭЛ в жидких компаундах набухают. Заливаемые детали, окрашенные нетермореактивными эма- лями, должны подвергаться защите покрыти- ем, например, лаком ХСЛ (ГОСТ 7313-75). Полимеризация метакриловых компаундов может осуществляться как при нагревании, так и без него. Свойства полимеров показаны на рис. 6.23 и 6.24 и в табл. 6.42. Компаунд КМ-9 после полимеризации пред- ставляет собой прозрачное высокоэластичное липкое вещество, допускающее контроль зали-
Таблица 6.42. Показатели полиэфирных компаундов Показатель КП-18 КП-34 КП-50 КП-101 КП-103 МБК-1 МБК-2 МБК-З КМ-9 АС-9115 Предел прочности. МПа: при статическом изгибе — —— 43—73 60—100 10-16 — — при растяжении 6—12 13—15 9 44—58 37—50 7—8 0,4-0,7 0,9—1,1 0,25—0,3 —— при сжатии 33—62 98—127 118—167 102—128 —_ — — — — Относительное удлинение при разрыве, % 12,5 — 9 — — 150—200 360—420 450—600 1000 60 Ударная вязкость, кДж/м2 9—16,3 2,1—3,5 — 9,5—13,9 5,3—6,4 14—20 Эластичные материалы р, Ом-м, ие меиее: при 20 °C 10“ 10” 10'»—10” 10” 10” Ю"_10” Ю10—юн Ю‘°—10“ 1012 Ю12 при 100 °C 10» -10" 10’° Ю»—10” 10” 10” 10е 10»—10» 10“ — прн 130 °C 10’ 10»—1010 10е—10» 10’—10s 10®—10е — — при 155 °C — 10s—10» 10’—10» 10’ 107—108 10е* 10»* —- 10’ после выдержки в воде при 20 °C: 24 ч 10” 1012—10'3 10" 10” 10” 10'°—10" 10»—10” 10” 10” —- 3 сут 10» 10й 10»—10” 10,3S Ю1а—10” 10е—10” 105—10е** 10”** Ю12** —— 30 сут 10» 10» 10"—10” 10” — —— 6 сут —- — — 10"—10” 10” — — — £цр , МВ/м, не менее: при 20 СС 28—33 35-40 25—35 31—35 32—37 20—25 17—20 16-18 20—30 20—30 после выдержки в воде при 20 °C в течение: 24 ч 20—30 —. — 20—23 15—20 13—15 —• 4 сут 25—27 27—31 — 29—34 30—35 —— — . —— — tgfi (10э Гц): при 20“С 0,02—0,03 0,005—0,007 0,06’»* 0,005-0,008 0,005—0,006 0,05—0,07*»* 0,03—0,05*** 0,04—0,06*** 0.08 — при 10О°С 0,6 0,02—0,04 0,03—0,04 0,03—0,04 0,01*** 0,2—0,3»»* 0,008—0,01*** — при 130 °C 0,12—0,17 0,03—0,05 0,09—0,12 0,06—0,08 —— —— — — при 155 °C _- 0,05—0,06 — 0,13—0,15 0,08—0,11 — — —• —• после выдержки в воде при 20 °C в течение: 24 ч —— 0,93”» — — 0,6—0.08*** 0,04—0,05*** 0,05—0,06*** •— — 56 сут 0,015—0,02 0,012—0,014 — —- — — — (10s Гц) не более: при 20 °C 4,4—5,0 3,5—4,1 4,5*** 3,9—4,2 4,2—4,3 3,1—3,5*** 4,0—5,6*** 4,5—5,2*** 4,0 п'ри 100 СС — 4,3—4,5**» 4,6—5,4*»» 4,3—5,0*»* —• — после выдержки в воде 24 ч при 20 °C — 5,6 — 3,2—3,8*** 5,0—5,6*** 4,6—5,3*** •— — Цементирующая способность на пучках из провода ПЭТВ, Н: при 20 °C 240—280 330—350 250 400 400 —- 200—250 при 155 °C — 250 150 400 400 — — — — после старения при 180 'С 260**** 250**** 120**** 260-340 190—260 — — — 220—270 в течение 10 циклов по 14 сут * При 150 °C. * * В течение 10 сут. * ** При 50 Гц. * *** После 15 циклов. Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд. 6
§6.10 Компаунды 193 тых деталей электронных схем с помощью про- калывающих щупов; после удаления щупа мес- то прокола «самозалечивается». Свойства этого компаунда приведены в табл. 6.42. Полиэфирные модифицированные пропи- точные составы без растворителя представляют собой композиции из олигоэфиризоциануратов (Б-ПЭ-9128), олигоэфиримидов (Б-ЙД-9127 и Б-ИД-9127Э) и олигоэфиримидизоциануратов (Б-ИД-9147), активного разбавителя — стиро- ла и перекисных инициаторов отверждения. Б-ПЭ-9128 предназначен для струйной про- питки обмоток электрических машин и аппара- тов классов нагревостойкости В и F. Он отли- чается повышенной эластичностью и хорошей совместимостью с эмалированными проводами, имеет низкую вязкость и хорошую пропиточ- ную способность; особенно рекомендуется для пропитки обмоток, выполненных из тонких про- водов. Б-ИД-9127 — состав жесткого типа; пред- назначен для струйной пропитки и пропитки погружением обмоток двигателей (асинхронных двигателей единых серий, взрывозащищенных двигателей серии В, крановых серий MTF и МТН, двигателей для ручного инструмента и бытовых механизмов и др.), трансформаторов, дросселей и т. д. классов В, F и Н, а также в качестве связующего в производстве профиль- ных стеклопластиков марки СПП-БИД клас- са Н. Состав обладает высокими электрическими свойствами влаго-, масло-, химо-и тропикостой- костью, имеет низкую усадку при отверждении, стоек к термоударам, не растрескивается в процессе длительного термического старения при температурах до 250 °C, быстро отвержда- ется при температурах 120—140 °C в относи- тельно толстых слоях без пузырей, раковин, трещин и других дефектов. Состав обладает / — компаунд МБК-1; 2 — МБК-3 ~БО ~4О ~20 О ZO 40 БО ВО 700 °C Рис. 6.24. Зависимость tg 6 компаундов при частоте 1000 Гц от температуры: /-МБК-1; 2 —МБК-з хорошей совместимостью с эмалированными проводами, имеет высокие технологические свойства, низкую вязкость и высокую пропи- точную способность, хорошо удерживается в обмотках до отверждения, в отвержденном сос- тоянии лаковая пленка обладает высокой по- верхностной твердостью. Отверждение лака не ингибируется кислородом воздуха даже в очень тонких слоях (0,05—0,1 мм). Б-ИД-9127Э предназначен для струйной пропитки обмоток двигателей (асинхронных двигателей единых серий, взрывозащищенных двигателей серий В, ВР, крановых двигателей серии MTF, двигателей для ручного инстру- мента и бытовых электроприборов и др), трансформаторов, дросселей и т. п. классов нагревостойкости В и F. Он может использо- ваться для пропитки обмоток двигателей с вы- сотами осей вращения до 335 мм включитель- но. Состав полужесткого типа, обладает высо- кими физико-механическими и электрическими свойствами, тропнко-, химо- и радиационно- стоек; стоек к термоударам, не растрескивается в процессе изотермического старения при тем- пературах до 250 °C, имеет высокую скорость отверждения, а также хорошие технологичес- кие свойства, обладает малой вязкостью и вы- сокой пропиточной способностью, хорошо удер- живается в обмотках до отверждения. Б-ИД-9147 предназначен для струйной пропитки машин и аппаратов класса Н (взры- возащищенных двигателей серии ВВР). Крат- ковременно может использоваться при темпе- ратурах до 220—250 °C. Состав жесткого типа обладает высокой (для полиэфирных материа- лов) нагревостойкостью, повышенными физико- механическими и электрическими свойствами, высокой скоростью отверждения; влаго-, мас- ло, радиационно-, химо- и грибостоек, техноло- гичен: имеет малую вязкость и обладает высо- кой пропиточной способностью. Свойства составов приведены в табл. 6.43. Кремнийорганические компаунды. Эти ком- паунды обладают рядом преимуществ: высокая нагревостойкость, высокие электроизоляцион- ные свойства, сохраняющиеся до 250—260 °C, низкая влагопоглощаемость, технологичность, малая токсичность. Кремнийорганические ка- учуковые композиции сохраняют эластичность и электрические свойства при температурах до —60 °C. Компаунды МФВГ-1 и МФВГ-3 горячего отверждения состоят из низковязких олигови- нилсилоксанов, отверждаемых в присутствии катализатора — платинохлорнстоводородной кислоты; МФВГ-3 имеет меньшую вязкость. Отвержденные компаунды механически проч- ны, имеют хорошую бензо-, масло- и водостой- кость. Компаунды К-67 и К-67Ф горячего отверж- дения состоят из олиговинилсилоксанов, от- верждаемых в присутствии перекиси дикумила. В исходном состоянии они имеют большую вяз- кость, которая резко снижается при нагрева- нии. При 60—90 °C вязкость незначительно увеличивается в течение длительного времени. При температуре выше 90 °C вязкость быстро нарастает и при 120 °C компаунд переходит в гелеобразное состояние. Свойства компаундов показаны на рис. 6.25 и 6.26. Компаунды-герметики КТЗ-1 (горячего от- 7-232
194 Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд. 6 Таблица 6.43. Показатели полиэфиризоциантуратиых, полиэфиримидных и полиэфиримидизоциануратных пропиточных составов без растворителей Показатель Б-ПЭ-9128 Б-ИД-9127 Б-ИД-9127Э Б-ИД-9147 первая категория высшая категория первая категория высшая категория высшая категория высшая категория Внешний вид Цвет Од От желтого до нородная прозрачная жидкость От желто-оранжевого до От желто- Условная вязкость по внскози- красно-к вого 30—120 зричне- 30—120 красног 30—120* 30—100* 30—90 красного до красно-ко- ричневого 30—90 метру ВЗ-4 при 20 ± 0,5 °C, с Время желатинизации, с: при 120+2 °C 240** 240** 60—180 60—210 при 130+2 °C 180»» 150** —- — — Потери массы за 3 ч при 200 ± —- —— 3 3 — 2 ±3°С, % не более Цементирующая способность на пучках проводов, Н, не меиее: при 15—30 °C 250 250 250 294 294 250 . при 155±2°С —— — — — 100 — при 180+2 °C —— — —— — — 100 р, Ом-м, не менее: прн 15—35 °C КР? 5-Ю12 1012 1012 1012 101? При 155+2 °C 107 107 107 10» 108 __ при 180±2 °C —— — — — 10е после выдержки 48 ч в ка- 1011 1011 1011 1Q12 10» 1111 мере с <р=95±2 % при 23±2°С £ир, МВ/м, не менее: при 15—35 °C 25 25 25 25 25 30 после выдержки 48 ч в ка- — — — 20 25 мере с <р=95+2 % при 23± +2 °C Жизнеспособность с введенным 14 21 10 10 14 14 отвердителем, сут, не менее Эластичность, мм, не менее — — — — 20 — * Допускается увеличение вязкости до 180 с в течение гарантийного срока хранения. Не более. верждения), виксииты (К-18, У-1-18) и КЛ (холодного отверждения) — нагревостойкие эластичные в отвержденном состоянии матери- алы иа основе низкомолекулярных кремнийор- Рис. 6.25. Зависимость цементирующей способ- ности компаундов от продолжительности тер- мического старения при 250 °C. Температура ис- пытания 20 °C: / — К-67Ф; 2—К-67; 3—R7501 (фирма Dow-Corning) ганических каучуков типов СКТН и СКТНФ, отверждаемых в присутствии оловоорганичес- ких катализаторов. Герметики типа КЛ-пластообразные компо- зиции на основе полимера СКТН-1 (СКТНФ Рис. 6.26. Зависимость потерь массы компаун- дов от продолжительности старения при 250 °C: 1 — К-67; 2 — R7501; S — К-67Ф
§ 6.10 Компаунды 195 Таблица 6.44. Показатели кремиийорганических компаундов Показатель К-67 К-67Ф Виксинт К-18 (А и Б) Виксинт У-1-18 клт-зо КЛСЕ-305 КЛФ-20 Вязкость по вискозиметру ВЗ-1 (сопло диаметром 5,4 мм), мин, не более: при 20 °C 1.1,5 0,5— А—10— 8 — 16* 15 15 30 при 60 °C 1,5 1,0 1,0 25, Б— 25—45 Плотность, кг/м3 — — ИЗО— 2250± — — — Предел прочности при растяже- — — 1200 1,7 ±650 2,0 0,8 1,5 — иии, МПа, не менее Относительное удлинение при — — 80 160 120 140 — разрыве, %. -не менее Цементирующая способность 120 60 — — — — — иа пучках проводов ПСД, Н, ие менее р, Ом-м, ие менее: при 20 °C 10» Ю13 Ю12 1012 при 100 °C — — — 10U** —- — — при 180 °C Ю‘° Ю13 — — — — — после выдержки в агмосфе- Ю11 Ю11 — 1011**** ]Q11**** 1011**** ре с <р=95±2 % при 20± ±2 °C Епр при 50 Гц и 20 °C, МВ/м, 14,5 30 15 10 - не менее tg д (10е Гц) при 20°С, не бо- 0,015 0,01 0,02 — Q 01****» 0 01***** 0,005’”*’ лее 8Г (106 Гц) при 20 °C — — 3,0 — — — — • Секунды (66 %-ный раствор в бензине). ** После прогрева 2 ч при 100 °C. В течение 30 сут температура 40 °C, ф=98 %. Выдержка в воде. ♦•••• При 50 Гц. или СКТНВФ — для герметика КЛФ-20); в за- висимости от состава выпускаются трех марок: КЛТ-30, КЛСЕ-305, КЛФ-20, применяются с катализаторами: К-10с —для тонких слоев, К-1 или К-18 — для отверждения в толстых слоях; поставляются в плотно закрытой таре. Срок хранения 6 мес при температуре ие вы- ше 30 °C. Герметики, поставляемые в тубах, не тре- буют дополнительного введения катализатора. Герметики с катализатором К-Юс не требуют подслоя. Для герметиков с другими катализа- торами в качестве подслоя может быть исполь- зован катализатор К-Юс. Свойства полиорганосилоксановых компа- ундов приведены в табл. 6.44. Полиуретановые компаунды представляют собой композиции из полифункциональных изо- циантов и веществ, содержащих два или более активных водородных атома. Из изоцианатов наибольшее распространение получили гекса- металендиизоцианат 102Г и толуилендиизоци- анат 102Т. Из других компонентов использу- ются касторовое масло, олигомеры ИДИ — низкомолекулярные углеводородные каучуки с концевыми изоцианатными группами, стирол и др. Полиуретановые компаунды различаются по эластичности, способности отверждатьси при 20—120 °C, обладают высокой ударной вязко- стью и высокими электроизоляционными свой- ствами. 7* При работе с полиуретановыми компаун- дами необходимо следить, чтобы диизоциаиа- ты, касторовое масло, уретановые смолы не со- прикасались с водой или ее парами. Просу- шенное касторовое масло хранит в плотно за- крытой таре. Детали, предназначенные для за- ливки полиуретановыми компаундами, нельзя промывать спиртом или другими реагентами, содержащими активный водород. Лучше такие детали просушить в термостате и провакууми- ровать в теплом состоянии при остаточном давлении 500—1000 Па для удаления влаги. Для получения отливок без пузырей необходи- мо тщательно соблюдать технологию заливки изделий, а также строго придерживаться ре- жимов отверждения и термообработки полиу- ретановых компаундов. Свойства полиуретановых компаундов при- ведены в табл. 6.45. БИТУМНЫЕ И ДРУГИЕ КОМПАУНДЫ Битумные компаунды — наиболее старый класс пропиточных и заливочных компаундов. Они представляют собой нефтяные битумы или сплавы из нефтяных битумов и растительных масел и канифоли, размягчаются при нагрева- нии и затвердевают при охлаждении, обладают высокой влагостойкостью и хорошими электри- ческими свойствами, вследствие чего применя- ются в качестве пропиточных составов для по- лучения монолитной изоляция и заполнения неплотностей в неподвижных обмотках высо-
196 Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд. 6 Таблица 6.45. Показатели полиуретановых компаундов Показатель К-зо К-31 К-ЗОК КГ-102 Вклад 13-1 Вилад-14 10-70 10-90 10-145 Плотность, кг/м3 Предел прочности, МПа, не менее: — — —• — — — 950 950 1080 при растяжении — — — 98 26 38 — — 1250 . при сжатии — — — — 37 cl 150 120 2100 Относительное удлинение при разрыве, %, не менее — — — 85,6 10 8 200 200 70 Температура стеклования, °C, не выше р, Ом-м, ие менее: — — — — — — От —75 до —70 От —75 до —70 —66 при 20 °C 10е 1012 10» 10» 1013 1012 10“ 1012 10“ после 48 ч выдержки в среде с ф —95±3 % при 20 °C Дпр, МВ/м, не менее: 108* 10»* Ю8 прн 20 °C 27 27 21 17 35 35 14 14 — после 48 ч выдержки в среде с ф=95±3 % при 20 °C tg 6 при 50 Гц не более: 27* 27* 10 при 20 °C 0,03 0,075 0,05 0,03 0,01 0,02 0,02** 0,03** 0,01** после выдержки 48 ч в среде с <р=95 % ПРИ 20 °C 0,07 0,08 0,08 0,06 — — —“ — — 8г при 50 Гц и 20 °C 6 5 — — 3,6 2,2 4,5** 4,5** 3,5** Холодостойкость (отсутствие трещии после 2 ч выдерж- ки в камере холода), °C, не выше —80 —80 —80 -60 —60 —60 —60 •** В течение 24 ч. ••••• При 10s Гц. ковольтных электрических машин и в электри- ческих машинах влагостойкого исполнения. Пропиточные битумные компаунды, изго- товленные с введением растительного масла, обладают меньшей текучестью при высокой температуре и применяются для пропитки ка- тушек тягового электрооборудования. В каче- стве битумов для этих составов применяются нефтяные битумы. В качестве разбавителя компаунда 225Д применяется компаунд 225Р, обладающий по- ниженной температурой размягчения. Свойства битумных компаундов приведе- ны в табл. 6.46. Таблица 6.46. Показатели битумных пропиточных компаундов Показатель 225Д 225Р Внешний вид: в твердом состоянии в жидком состоянии Плотность, кг/м3 Температура размягчения (по ГОСТ 11506-73), °C Черная масса кальной поверх! Полужидкая ная масса без грязнений 980—1050 97—102 в изломе с зер- юстью эдиородная чер- сгустков и за- 980—1030 45—55 Пропиточнаи способность при 150 °C на перкале, число слоев 18 40 Температура вспышки в открытом тигле, СС, не ниже Кислотное число, мг КОН на 1 г, не более Зольность, %, не более при 20 °C, МВ/м, не менее Объемная усадка при охлаждении от 150 до 20 °C, %, не более 230 220 10 0,8 21,8 8,5 20 1,0 15,0
§ 64! Клеи 137 В результате расширения применения тер- мореактивной изоляции на основе эпоксидных смол и их модификаций битумные компаунды утрачивают свое значение. Заливочные компаунды готовят на основе битумно-масляных, масляно-глифталевых ла- ков с добавками глицериновых эфиров канифо- ли и различных минеральных наполнителей. Применяют эти компаунды для обмазки лобовых частей электрических машин, запол- нения пространства между петушками коллек- торов, заполнения углубления в асбестоцемент- ных плитах, заливки мест соединений выводных концов обмоток электродвигателей с целью по- лучения влагонепроницаемого электроизоляци- онного покрытия. Сплав битума и трансформаторного масла используется как морозостойкая мастика марки МБ-50 для заливки конденсаторных высоко- вольтных вводов. Показатели холодостойкой битумной мастики МБ-50 Внешний вид ... Наличие минеральных кислот и щелочей . . Температура каплепаде- ния по Уббелоде, °C Объемная усадка при ох- лаждении, % . . . . Холодостойкость, °C . Влагопроницаемость . . Содержание нераствори- мых в бензоле веществ, %...................... i/np при h = 2,5 мм, кВ . Однородная без сгустков и комков масса, имеющая в застывшем виде гладкую, блестя- щую поверхность без пузырей и тре- щин Отсутствие 48—52 2 —45 Полная непрони- цаемость 2 35 Для заливки муфт силовых кабелей при- меняются неотверждающиеся заливочные ком- паунды МБ-70, МБ-90, МК-45. Для заливки катушек резисторов находит применение церезиновый компаунд КЭЦ — сплав церезина, эфира гарпиуса и этилцелло- зольва. Этот компаунд может работать в ин- тервале температур от —60 до +110 °C. 6.11. КЛЕИ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Клеи представляют собой вещества или смеси веществ органической, элементооргани- ческой или неорганической природы, которые обладают хорошей адгезией, когезионной проч- ностью, достаточной эластичностью, минималь- ной усадкой и способны отверждаться с обра- зованием прочных клеевых соединений. Применение клеев упрощает технологичес- кий процесс изготовления деталей, создает сплошность соединений и в ряде случаев яв- ляется единственным способом крепления. Кле- евые соединения лучше выдерживают устало- стные нагрузки, обладают малой массой и вы- сокой прочностью. К недостаткам клеевых со- единений следует отнести их невысокую проч- ность при неравномерном отрыве и необходи- мость в ряде случаев применять нагревание при склеивании. По типу применяемых полимеров клеи можно классифицировать на термореактивные и термопластичные. Клеи на основе термореактивных полиме- ров отверждаются в результате реакции поли- конденсации или полимеризации. К ним отно- сятся эпоксидные, фенолоформальдегидные, ре- зорциноформальдегндные, полиэфирные клеи на основе полиуретанов, изоцианатов, элемен- тоорганических соединений, неорганических со- единений. Клеевые соединения на их основе нагревостойки и обладают высокой прочно- стью. Клеи на основе термопластичных полиме- ров имеют сравнительно невысокие прочностные характеристики и применяются в несиловых конструкциях. К ним относятся клеи на основе полимеров и сополимеров винилхлорида поли- винилового спирта, поливинилацеталей и поли- винилацетата акриловой и метакриловой кис- лот и др. Особую группу составляют клеи на основе эластомеров — резиновые клеи. Они обладают высокой эластичностью и специфич- ной областью применения — приклеивание ре- зины к металлу и другим материалам. Методы изготовления клеев на основе раз- личных синтетических соединений весьма разно- образны, так как клеями могут быть как моно- мерные, так и олигомерные соединения, а так- же полимеры в виде растворов в органических растворителях или в мономерах, полимеры, не содержащие растворителей, в виде паст, эмуль- сий и т. д. Клеи могут быть одно- и многоком- понентными. В первом случае они производятся на химических предприятиях и на завод-потре- битель поступают в готовом виде. Многоком- понентные клеи изготавливают иа месте по- требления из составных частей в клеемешалках, в аппаратах и пропиточных машинах (пленоч- ные клеи). В настоящее время проводятся поиски по разработке оптимальной классификации клеев. Так, в [6.14] приведена классификация клеевых материалов, которая учитывает природу основ- ного компонента, товарный вид, условия от- верждения, жизнеспособность, компонептность, деформативность и условия эксплуатации кле- евого соединения. Такая классификация облег- чает выбор адгезивов конкретного назначения и устраняет дублирование при разработке но- вых композиций. При выборе клея для конкретного изделия необходимо учитывать комплекс его физико- механических и технологических свойств, а также результаты обязательных испытаний опытных клеевых конструкций или их имита- торов в условиях, максимально приближаю- щихся к эксплуатационным. Эффективность применения клеев опреде- ляется также методами подготовки поверхно- сти склеиваемых материалов, возможностью механизации нанесения клеев, созданием уско- ренных методов отверждения н контроля каче- ства соединений. Технологический процесс склеивания произ- водится в следующей последовательности: 1) подготовка поверхности деталей, подлежа- щих склеиванию, 2) приготовление клея (для
Таблица 6.47. Марки клеев н рекомендации по нх применению Марка клея • Химическая природа ГОСТ. ОСТ, ТУ, инструкции П одготовителы!ые операции Режим отвер- ждения Рабочая тем- пература, °C Основное назначение Примечание темпе- ратура, °C время, ч Клеи на основе термореактивных полимеров ВК-32-2 Фенол оформальдегидный, модифицированный резино- выми смесями Наносится в один слой; поверхности совмещаются после 10—15 мнн выдержи- вания иа воздухе 20 10—24 —60-7-4-200 Склеивание металлов друг с другом и с неметаллически- ми материалами Механическая обработка до- пускается через 72 ч с мо- мента совмещения склеивае- мых поверхностей. Может быть применен как в жид- ком виде, так и в виде пле- ВК-82-200 То же Наносится двумя тон- кими слоями 175 1 -60-—4-200 То же нок Отверждение под давлением 0,6—2,0 МПа; давление сни- мается после медленного ох- лаждения до 40 °C БФ-2, Фенол оформ альдегидные, ГОСТ 12172-74 Наносятся в 1—3 140—175 1 60 Склеивание металлов, пласт- Отверждение под давлением БФ-4, БФР-2, БФР-4 модифицированные поливи- нилацеталями слоя с выдержкой каждого слоя в тече- ние 1 ч 150—170 2 150—170 масс, керамики и других ма- териалов 0,5—2,0 МПа; в клеи введе- ны антикоррозионные добав- ки ВС-10Т Фенолоформальдегидные, модифицированные поливи- нилацеталем и алкоксисила- иом Наносятся в 1—2 слоя с выдержкой каждого слоя в тече- ние 1 ч 180 2 до 300 Склеивание металлов и иа- гревостойких неметалличе- ских материалов Отверждение под давлением 0,08—0,5 МПа, давление сни- мается после охлаждения до 30 °C ВС-350 Феиол оформ альдегидный, модифицированные поливи- нилацеталями ТУ 05-1216-74 180 2 —604*4-350 Склеивание различных неме- таллических материалов и металлов (стали, алюминие- вых сплавов), а также при- клеивание к этим металлам нагревостойких стеклотек- столитов, пенопластов, ке- То же. Длительность работы при 350 °C не более 5 ч вк-з Феиол оформ альдегидный МРТУ 6-17-289-68 Обезжиривание и вы- держка на воздухе 30 мин 140 5 — Склеивание масляных кана- лов, литых колец трансфор- маторов, крепление магнитов Склеивание под давлением 0,5—1,5 МПа ВК-13 То же ВИАМ 764-71 Обезжиривание и вы- держка при 20 °C 20 мин 65 200 90 мин 2 с валом в роторах, керами- ческих вставок в дугогаси- тельиых камерах контакте- Отверждение под давлением 0,5—1,0 МПа ФК-1 » » — Обезжиривание и вы- держка при 18—20 °C 20 мин 180—100 2—4 — Склеивание резины между собой и с металлами. При- меняется в оплетках прово- Отверждение под давлением 0,2—0,4 МПа Анатерм- 102 Полиэфиракрилатный ТУ 6-01-2-383-74 Обезжиривание и на- несение из пульвери- затора 60 18—20 180 мии 6—8 — Анаэробный клей. Склеива- ет стали и сплавы алюминия Заполняет зазоры шириной 0,3 мм Б-1 Изоцианатный ТУ 6-10-1293-72 Обезжиривание и на- несение КИСТЬЮ HRH пульверизаюром. Вы- держка на воздухе 60 мнн 18—25 6 Склеивание резины между собой и с металлами Отверждение под давлением 0,02—0,3 МПа. Клей не со- держит растворителя Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд. 6
150 УК-Б-2 > ВК-15 Кремивйоргаиический КМЦ Производное целлюлозы ТУ 6-05-1456-71 ОСТ 6-05-386-80 Обезжиривание и вы- держка при 18—20 °C 10—15 мии Обезжиривание и вы- держка при 18—20 °C 60 мии Клей-ком- Эпоксидные немодифици- — 20 лаунды рованные, холодного отвер- 70 Д-6,Д-8, Д-9,Д-9а ждения Л-4 Эпоксидный модифициро- ванный — — 20 К-139 Эпоксидный, модифициро- ванный полиэфиром МГФ-9, — — 20 холодного отверждения После наиесеиия клея 20 К-168 слой выдерживается 70 Эпоксидный, холодного от- при комнатной тем- Д-2 верждения пературе до отлипа 120 Эпоксидный, горячего отвер- ждения — Д-16 То же мм 120 140 Д-23 160 » » — — 180—200 Д-54, » » 190±10 Д-54а 130—170 Д-86 Д-93 Д-95 Д-96, Д-96а Клей-ком- пауид К-153 — — 120 140 160 120 — 100 — — 120 190±10 ТУ 6-05-1584-7.'2 — 25 65 100
0,5—0,8 2 30 5—7 24 24 24 5—7 10 10 7 5 2—1 10—15 10 7 5 10 10 10 3-4 24 5 3—4 —604-4-70 -604-4-60 -604-4-70 —604-4-70 Склеивание резины, пленоч- ных и тканевых материалов Склеивание металлических материалов, стеклотектоли- тов, стекломиканитов В ярмовой и уравнительной изоляции для склеивания бумаги, картона и электро- изоляционного картона Склеивание черных и цвет- ных металлов, ферритов, ке- рамики, материалов на осно- ве синтетических смол и др. Склеивание металлов и не- металлических материалов в несиловых констру кци ях Склеивание металлов, кера- мики, стеклотекстолита, ре- зин и других материалов Склеивание металлов и не- металлических материалов —604-4-100 _6O4-4-IOO Склеивание черных, цветных металлов, других материа- лов То же —604-4-130, кратковре- менно до 200 °C -604-4-130, кратковре- менно до 200 °C Склеивание стали и других металлов -604-4-100 -604-4-100 -704-4-100 До 200 —604-4-100 Применяется в тех случаях, когда требуется большая жизненность клея н малое газоотделенне в условиях повышенной температуры и пониженного давления Склеивание стекла, керами- ки, металлов с шероховато- стью /?а = 1,25-т-0,63 и менее Может быть использован для герметичного заполнения сквозных полостей Склеивание в тех случаях, когда конструкция не наг- ревается выше 70—100 °C Склеивание разрезных лен- точных сердечников, при- клеивание кремннйорганиче- ской резины СКТ-3-12 к ме- таллу Склеивание стеклотекстоли- та с металлом, алюминие- вых, магниевых сплавов, ста- лей и латуни Отверждение под давлением 0,2—0,4 МПа Отверждение под давлением 0,5—1 МПа Растворитель — вода Являются иаилучшими кле- ями для склеивания пено- пластов друг с другом и с металлами. Не рекоменду- ется применять для органи- ческого стекла Стоек к действию слабых кислот и щелочей Эластичен, вибростоек Время жизни 2—3 сут при 25 °C Обладает высокими адгези- онными и электрическими свойствами § ед 1 Клеи Время жизни клея 6 мес (в стеклянной таре) Время жизни клея 1 мес Отличается мечьшей токсич- ностью и высокой тиксотроп- ностью Может быть отвержден при 70 °C Отверждение под давлением 10,15—0,2 МПа. Время жизни |клея с отвердителем 60 мин
Марка клея Химическая природа ГОСТ, ОСТ. ТУ. инструкции П одготови тел ьные операции Д-ю, Д-10а, Д-106 Д-149 П и Пр Фл-4с УП-5- 105-2 УП-5-131, УП-5- 131-1, УП-5- 131-2 УП-5- 140-1 УП-5- 140-2 УП-5- 162-1, УП-5- 162-2 УП-5. 171, УП-5- 172 УП-5- 177, УП-5- 177-1 Эпоксидный, горячего от- верждения То же Эпоксидный с дициандиами- дом Эпоксидный Эпоксидные Эпоксидные холодного от- верждения Эпоксидные наполненные Эпоксидные модифицирован- ные То же ТУ 6-05-1110-74 ТУ 6-05-241-114-75 ТУ 6-05-241-92-75 ТУ 6-05-1797-76 ТУ 6-05-241-84-74 ТУ 6-05-241-55-75 ТУ 6-05-241-8-76. ТУ 6-05-241-31-74 —
Продолжение табл. 6.47 Режим жде темпе* рату - ра. СС отвер- дил время, ч Рабочая темпера- тура. °C Основное назначение Примечание 20 75 100 100 155 185 200 80 140 25 25 85 20 или 20 +80 80 20—25 20—25 15—20 15—20 24 7 3 3—4 б—10 3—5 1 1 3 2 5-6 4—5 3 сут 12 4 4 6-7 2—3 2—3 4—5 —60-=-+100 -60-^+130 —604-+60 -6Э-Л-+75 —60-7-+6') -60-=-1-60 -60-=-+140 Склеивание черных и цвет- ных металлов, пенопластов. Приклеивание магиитоди- электрических пластин типов ХВ-10,6. ХВ-3,2 Приклеивание армированной стеклоткани к металлу Склеивание металлов между собой и с неметаллическими материалами — керамикой, фарфором, стеклом Склеивание металлов и спла- вов, в основном дюралюми- ния Герметизация, склеивание электротехнических изде- лий, шпатлевка неплотностей Герметизация электро- и ра- диоаппаратуры, чувствитель- ной к механическим воздей- ствиям Склеивание больших метал- лических и пластмассовых плоскостей и материалов с различным ТК/. Склеивание керамических пакетов дуто- гасительных камер Герметизация и склеивание различных материалов и ап- паратуры, работающей в ус- ловиях резких колебаний температур, тропической влажности, ударных и виб- рационных нагрузок Склеивание металлических и неметаллических конструк- ций, эксплуатируемых на воздухе и в воде Склеивание на воздухе, в воде металлических и стек- лопластиковых поверхностей, а также для устранения де- фектов при ремонте метал- лических и стеклопластико- вых конструкций при 0— 30 “С. Наклейка стеклянной Клеевой слой отличается по- вышенной эластичностью Клей отличается малой на- чальной вязкостью, хороши- ми технологическими и ад- гезионными свойствами Марки П — «лорошок> и Пр — «пруток>. Наносится на нагретую до 120± 10 °C поверхность. Склеивание под давлением 0,05—0,3 МПа Компоненты клея смешива- ются за 30 мин до примене- ния Обладают высокими тепло- проводностью, эластично- стью, стабильностью физи- ко-механических и диэлект- рических показателей Композиция тиксотропная, не стекает с вертикальной поверхности при толщине слоя 3—4 мм. Обладает по- вышенной маслостойкостью Обладают повышенной водо- стойкостью. Потеря прочно- сти клеевых соединений в морской воде за 6 мес не превышает 15—20 % Отверждаются на воздухе, в пресной и морской воде. Мо- жет перерабатываться при 0-35 °C 8 е.' Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд. 6
УП-5- -186, УП-5-187 Эпоксидные верждения холодного от- Т 6 05-241-87-74 УП-5-181, УП-5-181-1, УП-5- 181-Н Эпоксидные ТУ 6-05-241-149-78 УП-5- -201-1, УП-5- 201-2 Эпоксидные токопроводящие ТУ 6-05-241-149-78 УП-5- 207 УП-5- 207-1 Эпоксидные ные однокомпоиент- ТУ 6-05-241-221-79 ТУ 6-05-241-199-78 УП-5- Эпоксидный модифициро- ТУ 6-05-241-209-79 209 ванный УП-5- 213 Эпоксидный ТУ 6-05-241-200-78 ЭПО Эпоксидный ный модифицирован* ТУ 38-00972-82 ЭПЦ То же ВК-32- эм Эпоксидный — Т-111 Эпоксидный пый модифицирован- Д-10. Эпоксидно-полиамидный — ВК-9 То же __ К-400 » » —
25 25 2—4 2—3,5 ткани на металлические и стеклопластиковые конструк- ции во влажной среде Склеивание деталей и раз-* личных материалов, заливка изделий в целях электриче- ской изоляции, влагозащиты Отличаются повышенной стойкостью к воздействию высоких* температур, много- кратному термоциклирова- 20—25 10—14 Клей горячего отверждения нию, высокой адгезией к ста- 25 10—12 с высокой адгезией к стали, алюминию, пермалою, лату-, ни, различным пластмассам ли, алюминию, пермаллою, латуни 20 8—10 —60-5-+200 Крепление с обеспечением Отличаются сохранением 20 16—18 —60-=-+150 заземления диодных полу- проводниковых больших ин- тегральных микросхем прочности и свойств в ин- тервале рабочих температур 120—150 30—40 мин Крепление и герметизация изделий из стали, алюминия, меди, феррита. Клеи стойки в условиях многократного термоциклирования, влаги, вибрации, термоокислитель- ного старения Превосходят по технологиче- ским и прочностным показа- телям однокомпонентиый клей марки ЕС-2214 фирмы «ЗМК°» (США), используе- мый раиее при изготовлении статоров МЭ272 для автомо- билей ВАЗ 20 20 -40-=-+120 Приклеивание постоянных магнитов к стальным ста- канам высокомоментных электродвигателей. Крепле- ние алюминиевых охлажда- ющих оболочек станины и пластмассовых обойм щетко- держателей электродвигате- лей Клей не содержит раствори- теля, обладает повышенной прочностью и теплостойко- стью клеевого шва. Сохраня- ет высокие адгезионные свойства в интервале рабо- чих температур 70 0,3 —60-i-+40 Склеивание древопластико- вых материалов. Высокая адгезия к алюминию позво- ляет изготавливать метал- лопластиковые изделия. Ис- пользуется в условиях по- вышенной влажности, много- кратного термоциклирования, при воздействии ударных и вибрационных нагрузок 20 0,6 Склеивание металлов, стек- ла, керамики, древесины, термореактивных пластмасс, заделки пор, трещин 20 24 Склеивание асбестцемента и металлов Отверждение под давлением 0,01—0,5 МПа 150 3 60—85 Склеивание цветных метал- лов, керамики, стекла Стоек к действию раствори- —• — —60-1-+300 Склеивание стали, титана, керамики, стеклотекстолита телей, влаги и термоударов 25—30 48 — Склеивание черных и цвет- Отверждение под давлением 70—80 6 ных металлов, ферритов, ке- рамики, стекла, пластмасс 0,01—0,3 М'.Та 20 18—24 —S0-=-+125 1 Склеивание металлов, стек- яопластйков, керамики Отверждение под давлением 0.01—0.1 МПа 20 48 Склеивание металла» и не- Отверждение под давлением ;§ 6Л 1 Клеи
Марка клея Химическая природа ГОСТ, ост ТУ, инструкции Подготовительные операции СКДА Эпокси кремпнйорганический — — ПУ-2 Полиуретановый — Наносится 1 слой ВК-5 » — — 301 » — — Лейкопат Изоцианатный ТУ б-14-95-75 Наносится 2 слоя: 1-й сушится 40 мин прн 20 °C и 30 мни прн 140 °C, 2-й — 35 мин при 20 °C ВК-20 Полнуретанкарборановын — — к-300-61 Эпоксикрем нийорганическнй — — КТ-15 Кремннйорганический Наносится двукратно. Сушка 1-го слоя 1— 2 ч при 20 ’С, 2-го — 15—20 мин Паста КПТ-8 То же ГОСТ 19783-74 — Герметик 11-01 («Эласто- сил») » ТУ 6-02-257-74 Давление 0,1—0,2 МПа
Продолжение табл. 6.47 Режим отвер- ждения Рабочая темпера- тура, °C Основное назначение Примечание темпе- рату- ра, °C Время, ч 80 50 100 4 10 4 металлических материалов Склеивание стали, титана, меди, латуни др. 0,08—0.1 МПа Отверждение под давлением 0.1—0,3 МПа 20 24—72 —604-4-80 Склеивание металлов, кера* Отверждение под давлением 105 мики, пенопластов 0,2—0,3 МПа. Отличается эластичностью, масло-, гри- бо- и вибростойкостью — •— 60-J—|-60 Склеивание металлов, стек- лотекстолитов, пенопластов — ‘20 70 80—100 Склеивание дюралюминия, стали, медн, латуни, пласт- масс Отверждение под давлением 0,4—0,5 МПа ‘20 40 -504-4-100 Склеивание резин с метал- лом методом горячей вулка- низации. Применяется также в качестве вулканизующего агента в резиновых клеях холодного отверждения Отверждение под давлением 2,4 МПа 150 3 — Склеивание стали, титановых сплавов, латуни, стеклопла- стиков Отверждение под давлением 0,03—0,15 МПа 20 30 Кратко- Склеивание металлов и иа- Отверждение под давлением 80 4 временно до 300 гревостойкнх неметалличес- ких материалов, стеклопла- стиков 0,05—0,1 МПа 200 1 —404-4-250 Склеивание стекломиканита н стеклотекстолитов, стой- ких до 250 °C и обладающих высокими электрическими свойствами. Склеивание вулканизованных кремиий- органнческих резни с метал- лами и между собой Отверждение под давлением 0,2—0,3 МПа. Давление сни- мается через 24 ч после тер- мообарботки. Время жизни клея 6 мес — „604-4-180 Обеспечивает эффективный тепловой контакт между двумя соприкасающимися поверхностями Теплопроводная 20 (во влаж- ной среде) 24 -604-4-200 Марка А — склеивание и герметизация деталей стали, алюминия, меди. Марка Б — склеивание вулканизованных резин, изготовленных на ос- нове различных типов кау- чуков, друг с другом и для приклеивания их к металлам Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд,
ВКТ-2 Кремнийоргапический моди- фицированный ТУ 6-10-826-75 ВК-8 То же — — 20 72 400 Приклеивание стекловолок- нистых теплоизоляционных — . 1-й сл ой—1ч, материалов к нержавеющей стали и титановым сплавам. Склеивание стеклотекстоли- Отверждение под давлением 20 °C, 2-й слой —1ч, 50—60 °C 200 3 тов, графита и теплозащит- ных материалов 0,3—0,8 МПа о> Клеи на основе термопластичных материалов Карбиноль- Внннлкарбииольиый Инструкция — 20 24 —60-^4-60 Склеивание металлов и не- Применяется как с наполни- ный МФ-1 БМК-5 КС-609 ТМ-60 ХВК-2А Полиамидный Полиакрилатчый Полиэфирный Хлорсодержащий № 809-61 МРТУ М-800-61 ТУ 36-978-77 МРТУ 6-10-463-66 Сушка слоев: 20 °C — 30 мин, 50 — 60 °C — 15 мнн Обезжиривание, на- несение кистью. Вы- держка на воздухе 15 мин Обезжиривание Обезжиривание и вы- держка слоя прн 18— 20 “С 20—40 мин Обезжиривание и вы- держка слоя при 18— 20 °C 10—15 мии 50±10 155±5 18—20 18—20 150—170 18—20 3 1 1-4 5т7 1—2 8 -60-1-+60 металлических материалов, стоек к действию микроор- ганизмов и нефтяных масел Склеивание металлов. Сто- ек к действию трансформа- торного масла Склеивание полистирола с полнметилметакрилатом и поролоном, полиэтилена с фенопластами. Применяется в аккумуляторных батареях Склеивание полистирола, полнметилметакрилата Склеивание стали и алюми- ниевых сплавов Крепление к панелям стали, алюминиевых сплавов и к полиметилметакрилату и по- ливинилхлориду телем (марка 1), так и без него (марка 2). Наполните- ли — портландцемент, окись цинка, асбест, гипс, порошки металлов Применяется как в жидком виде, так и в виде пленки. Отверждение под давлением 0,1—0,5 МПа Отверждение под давлением 0,05—0,1 МПа Отверждение под давлением 0,05—0,1 МПа Отверждение под давлением 0,2—0,6 МПа Отверждение под давлением 0,05—0,1 МПа Резиновые клеи 88Н Резиновый ТУ 38-1051061-82 Наносится в два слоя с промежуточной сушкой на воздухе 20 20 60-80 24 6 4 —4O++6O Склеивание холодным спосо- бом резин с другими мате- риалами. Стоек к морской воде и тропической влажно- сти Склеивание бессериистых ре- зин с металлами, пластмас- сами, ферритов между собой и с металлами. Клей и ма- стика эластичны, вибро-, во- до-, масло- и бензииостойки Предиазначаетси для за- крепления монтажных про- водов, жгутов и отдельных деталей к шасси из алюми- ниевых и магниевых сплавов и к платам приборов. Эла- стична, виброударопрочна, допускает легкий демонтаж без разрушения Отверждение под давлением 0,01—0.1 МПа. Разбавляется смесью этилацетата и бен- зина (1 : 1) ЛН Мастика ЛН ТУ 6-09-2166-71 Наносится тремя сло- ями с промежуточной сушкой после 1-го слоя 4—8 ч, после последующих 25—30 мин Наносится в одни слой 1-й с 20 120 окоича 70 20 40-70 лой: 24 2 тельио: 7 48 7-15 —60++120 —60++120 Отверждение под 0,02—0,5 МПа давлением Примечание. Клеи на основе модифицированных феиолоформальдегидных смол являются одиокомпонентиыми жидкостями от малой до большой вязкости (си- ропообразной) с длительной жизнеспособностью в закрытой упаковке. Эпоксидные клеи холодного отверждения приготовляются непосредственно перед применением. Эпо- ксидные клеи-компаунды плесенестойки, так же как и клеевые соединения из эпоксидных клеев горячего отверждения.
204 Лаки, эмали, компаунды, клеи Разд, в Ил Us*5 50 100 150200250 °C Рис. 6.27. Зависимость предела прочности при равномерном отрыве соединений стали на клее ВС-350 от температуры Рис. 6.28. Зависимость предела прочности при сдвиге соединений стали на клее ВС-350 от температуры испытания: 1 — 20 “С; 2 — 200 °C; 3 — 350 °C Рис. 6.29. Зависимость предела прочности при сдвиге соединений дюралюминия на клее БФ-2 от температуры испытания (после трех циклов нагревания до 200 °C и охлаждения до —70 °C) многокомпонентных клеев), 3) нанесение клея, 4) совмещение н фиксация склеивающих дета- лей, 5) отверждение клеевого шва, 6) конт- роль качества склеивания. Для получения высоких показателей проч- ности склеивания необходимо обрабатывать поверхность, подлежащую склеиванию. Нали- чие на поверхности следов масла или жиров даже от прикосновения рук могут привести к получению некачественного клеевого соедине- ния. Обезжиривание производят тампоном из ткани, смоченной; ацетоном, трихлорэтиленом, бензином нли другими растворителями. Для склеивания металлов рекомендуют различные методы обработки — химические и механичес- кие. Алюминий и его сплавы обрабатывают шкуркой илн опескострунвают и производят травление в хромовой смеси, сталь травят в концентрированной соляной кислоте. Для ме- ди и медных,, сплавов рекомендуют обработку пескоструйным аппаратом, обезжиривание и кислотные ванны. Для защиты подготовленной к склеиванию поверхности металла рекомендуются адгезион- ные грунты. В нх состав входят компоненты, обеспечивающие отверждение системы, инги- бирующие коррозионные процессы, повышаю- щие адгезионные характеристики клеев. Жид- кий клей чаще всего наносится на поверхность кистью нли пульверизатором. Для нанесения клея можно использовать клеевые вальцы или окунать деталь в жидкий клей. Пастообраз- ные клен наносят шпателем, роликом. Для удаления из клеевого слоя раствори- теля применяют открытую выдержку клея. Она может проводиться как при комнатной темпе- ратуре, так и при повышенной. Условия от- верждения склеенных поверхностей имеют большое значение н устанавливаются для каж- дого клея. Применяют нагрев склеиваемых по- верхностей в сушильных камерах обдувкой теп- лым воздухом, инфракрасными лампами, при- меняют индукционный метод нагрева и др. Для создания давления прн склеивании используют автоклавы, специальные прессы, реже струб- цины, пружинные зажимы и болты. МАРКИ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ Марки клев и рекомендации по их приме- нению приведены в табл. 6.47. свойства клеев Некоторые свойства клеевых соединений на клеях ВС-ЮТ, ВС-350, БФ-2 и ВС-32-200 по- казаны на рис. 6.27—6.29, электрические свой- ства клеев приведены в табл. 6.48 (ВС-ЮТ) н 6.49 (ВК-9 и К-153). Механические свойства клеевых соединений на клее ПУ-2 показаны иа рис. 6.30. Таблица 6.48. Электрические показатели клея ВС-ЮТ Показатель В исход- ном состо- янии После теплового старения 200 ч при 200 °C 5 ч при 300 °C £пР> МВ/м: при 20 °C 106,6 26,4 23,3 при 200 °C 21,6 при 300 °C 56,7 10,8 р. Ом-м: при 20 °C 1,4- Ю13 2,3-ЮН 6,1-Ю9 после 48 ч выдержки в атмосфе- ре с <р= = 95±2 %: при 20 °C 3,8-10“ 2,0-1011 8,8-Ю6 прн 200 °C — 1,5-109 Наиболее распространены клен на основе эпоксидных смол как горячего, так и холод- Рис. 6.30. Зависимость предела прочности при равномерном отрыве и сдвиге соединений иа клее ПУ-2 от температуры испытания: 1 — предел прочности при сдвиге; 2 — предел проч- ности при равномерном отрыве
S в.И Клеи 205 Таблица 6.49. Электрические показатели эпоксидных клеев Показател ь ВК-9 К-153 fg6 при 50. Гц И 20 °C 0,05 0,03 е, при 50 Гц н 20 °C р, Ом-м: 4,3—7,1 4,0 при 20 °C 5,6-10“ 3,6-10“ при 60 °C — 2,6-10“ при 150 °C р», Ом: — 3,8-Ю6 при 20 °C 5,1-1013 3-10“ при 60 °C — 3,9-10“ при 100 °C 3-10” при 150 °C £Пр, МВ/м: — 3-107 при 20 °C 22 24,9 при 60 °C — 17,6 при 100 °C — 13,6 при 150 °C — 1,49 Рис. 6.31. Зависимость электрических показа- телей клея Л-4 от температуры: 1 — tg 6; 2 — 8Г; 3 — р Г 0,12 - Рис. 6.32. Зависимость электрических показа- телей клеев П и Пр от температуры: 1 — tg 6; 2 — ег; 3 —р адгезионными свойствами, масло-, бензино- и атмосферостойкостью, хорошими электрически- ми свойствами. Таблица 6.50. Механические показатели некоторых клеевых соединений, МПа Марка Вид испы- тания В исходном состоянии После вы- держки 30 сут при <p=95-i-98% и 40 °C После выдержки 90 сут при 20 °C при 85 °C при +100 °C при —40 °C Д-6, Д-8, Д-9, Д-4 На отрыв 14,7—45 1,5—8,0 8,4—19 20—40 14,5—23 На сдвиг 6,0—27 1,5—7,0 6,5—14 12,5—25 8,6—16 Д-2, Д-16, Д-54, Д-86, Д-93, Д-95, На отрыв 28—120 9—71 9—48 44—86 22—68 Д-96, Д-10 На сдвиг 22—46 5—24 7—24 10—40 12—39 Таблица 6.51. Показатели клеевых соединений (сталь 3/сталь 3) эпоксидных клеев Клей, марка Желированне Предел прочности клеевого соединения, МПа Темпе- ратура. °C Время, ч при отрыве, температура, °C при сдвиге, температура, сС —60 +20 +60 —60 +20 +200 УП-5-131 85 4—5 6,5 УП-5-131-1 25 5—6 — 1,5—2,0 — УП-5-140-1 20 6—7 — 18 29* — — 15 И* — УП-5-140-2 20—22 72 44 32 18 — 10 УП-5-171 20 6—7 — 45 28* — — 24 22* — УП-5-172 20 2—3 50 —_ 25 УП-5-177 15—20 2—3 — — 20 УП-5-181 25 10—14 — 70 — — 18 6—8* — УП-5-201-1 20 8—10 — — 18 16 80 У П-5-201-2 20 16—18 — — 80 65 УП-5-207 120 0,16 — — — 32—35**** 30 6 27—28** 20—21*** УП-5-209 20 20 —- 50 — — 18 — • Д16/Д16. *• При 100 °C. ••• При 120 °C. ’••• После 10 термоциклов от —60 до +180 °C.
206 Воскообразные диэлектрики Разд. 7 Клеевые соединения на' основе Клеев хо- лодного отверждения имеют сравнительно не- высокую прочность. Отверждение их при на- гревании повышает прочность клеевого соеди- нения в 3—4 раза. Некоторые свойства эпоксидных клеевых соединений приведены в табл. 6.50, 6.51 н по- казаны на рис. 6.31, 6.32. Список литературы 6.1. Рейбман А. И. Защитные лакокрасочные по- крытия. Л.: Химия, 1982. 320 с. 6.2. Лифшиц М. Л., Пшиялковский Б. И. Лако- красочные материалы. М.: Химия, 1982. 359 с. 6.3. Астахин В. В., Трезвов В. В., Суханова И. В, Электроизоляционные лаки. М.: Химия, 1981. 216 с. 6.4. Черняк К. И. Эпоксидные компаунды и их применение. Л.: Судостроение, 1970. 559 с. 6.5. Черняк К. И. Неметаллические материалы в судовой электро- и радиотехнической аппаратуре. Л.: Судостроение, 1970. 560 с. 6.6. Применение эпоксидных компаундов в элек- тротехнических изделиях. Обзор научно-исследова- тельских работ и производственного опыта. Таллии, 1969. 107 с. 6.7. Харпер Ч. Заливка электронного оборудова- ния синтетическими смолами, пер. с англ. М.: Энер- гия, 1964. 406 с. 6.8. Переработка и применение эпоксидных ком- паундов в электротехнике, Сб. научно-технических сталей. НИИТЭЗ им. М. И. Калинина/Под ред. О. Э. Сорка. Таллин, 1975. 149 с. 6.9. Герметизация полимерными материалами в радиоэлектроиике/Б. М. Тареев, Л. В. Яманова, В. А. Волков, Н. Н. Ивлиев. М.: Энергия, 1974. 304 с. 6.10. Сборник технических условий иа клеящие материалы./Сост. М. И. Смирнова; Под ред. Д. А. Кардашова. Л.: Химия, 1975. 464 с. 6.11. Клен и герметики/Под ред. Д. А. Карда- шова. М., Химия, 1978. 197 с. 6.12. Кардашов Д. А. Конструкционные клеи. М.: Химия, 1980. 285 с. 6.13. Клен и технология склеивания. Ч. 1. Во- просы адгезии и новые синтетические клеи. Материа- лы научно-технического совещаиия/Под ред. Д. А. Кардашова. М., 1964. 284 с. 6.14. Прнтыкнн Л. М., Драновскнй М. Г., Парк- шеян X. Р. Клеи и их применение в электротехнике. М.: Энергоатомиздат, 1983. 136 с. 6.15. Варденбург А. К.. Пнлнпосян П. М. Элект- рическая напыленная изоляция. М.: Энергоатомиз- дат, 1984. 136 с. РАЗДЕЛ 7 ВОСКООБРАЗНЫЕ ДИЭЛЕКТРИКИ Р. С. Холодовская, В. П. Вайсфельд 7.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Воски в отличие от смол и битумов в боль- шинстве случаев имеют отчетливо выраженное кристаллическое строение и обнаруживают при нагревании более резкий переход из твердого состояния в жидкое. Воскообразные вещества применяются в электрической изоляции в качестве пропиточ- ных и заливочных составов. Общим недостат- ком их является значительная усадка при за- стывании. Вследствие большой усадки воскооб- разных диэлектриков при пропитке ими волок- нистых материалов значительная часть объема пропитываемого изделия оказывается запол- ненной воздухом, что приводит к снижению пробивного напряжения и напряжения иониза- ции пропитанных изделий. Поэтому воскооб- разные диэлектрики в производстве конденса- торов в настоящее время применяются только прн изготовлении конденсаторов на постоянное напряжение до 1000 В и переменное до 300 В. Основное преимущество твердых пропиточных масс иа основе воскообразных диэлектриков — упрощение конструкции конденсатора или дру- гих изделий, если они не должны работать в условиях высокой влажности и не требуют гер- метизации. Воскообразные диэлектрики (парафин, це- резин) находят применение в качестве пропи- точных составов в конденсаторном и в кабель- ном производстве. По степени полярности следует различать: 1. Неполярные воскообразные диэлектри- ки— парафин,’церезин, синтетический церезин, которые • представляют собой смеси твердых предельных углеводородов и отличаются низ- кой диэлектрической проницаемостью и высо- ким удельным объемным электрическим сопро- тивлением. 2. Слабополярные воскообразные диэлек- трики — полиэтиленовый и полиизобутилено- вый воски, полярность которых вызвана на- личием в их составе канифоли. 3. Полярные воскообразные диэлектрики — олевакс — синтетический продукт с повышен- ными 6г и tg 6 н пониженным р. Из третьего издания справочника исключе- ны воскн: пчелиный, карнаубский и монтан- воск, поскольку они в электротехнике у нас не применяются. Карнаубский воск и монтан-воск находят применение за рубежом. 7.2. ПОЛИЭТИЛЕНОВЫЙ И ПОЛИИЗОБУТИЛЕНОВЫЙ ВОСКИ Код ОКП на восковую продукцию 02 5540. В настоящее время в электротехнической промышленности в составах, предназначенных для пропитки бумажной изоляции силовых кабелей, применяются в основном синтетиче- ские воски: полиэтиленовый низкого давления высокой плотности и полиизобутиленовый. Полиэтиленовый воск — серовато-белое ве- щество имеет следующие параметры: Температура каплепадения, °C . НО—120 Вязкость, м2/с.......0,01—1,5 Зольность, %, не более .... 0,04 р, Ом-м, не менее........ Ю14 Полиэтиленовый воск применяется в со- ставах марок МП-3 и МП-5 (ОСТ 16-0.686.052-
§7.3 Парафин 207 73) в сочетании с кабельным маслом марки КМ-25 и сосновой канифолью для пропитки изоляции силовых кабелей переменного напря- жения до 35 кВ и постоянного 75 кВ для трасс с ограниченной разностью уровней. Полинзобутиленовый воск, изготавливае- мый по техническим условиям ТУ 6-05-1820-77, представляет собой серовато-белое вещество высокой очистки н имеет следующие пара- метры: Вязкость при 140 °C, м5/с . . Температура каплепадения, °C Содержание воды, %, не более р, Ом-м, ие менее............ 0,01—0,015 110—120 0,04 10» Парафины имеют следующие физико-хими- ческие и электрические параметры, общие для различных марок: Плотность, кг/м8 , ... 850—900 ТК/, °C-1................ 0,0011—0,0035 р, Ом-м.................. 10»—10» р„ Ом.................... 10»-10» ......................... 2,1-2,2 tg6...................... (3—7)-10—* Электрическая прочность при 20 °C, МВ/м.................... 20—30 Зависимости tg б и вг от температуры па- рафина даны на рис. 7.2 и 7.3. Полинзобутиленовый воск применяется в пропиточном составе МП-4 (ОСТ 16-0.686.052- 73) в сочетании с кабельным маслом и кани- фолью. Этот состав предназначен для пропит- ки бумажной изоляции силовых кабелей пере- менного напряжения до 35 кВ и постоянного 75 кВ для вертикальных и крутонаклонных трасс. 7.3. ПАРАФИН Рис. 7.1. Зависимость кислотности воскообраз- ных диэлектриков от времени выдержки при температуре: 1 — парафин при 150 °C; 2 — церезин при 170 °C Парафин (код ОКП 02 5510) представляет собой смесь предельных твердых углеводоро- дов ряда СпНгп+2- Это бесцветный, без запаха, с ярко выраженной в изломе кристаллической структурой, слегка жирный на ощупь матери- ал. Парафин растворяется в бензоле, нефтяных маслах, бензине, сероуглероде, серном эфире а при нагревании — в растительных маслах; не растворяется в спирте и воде. Гигроскопич- ность парафина ничтожно мала. Парафин получается из дистиллятов пара- финовых и высокопарафииовых нефтей. Тяже- лые дистилляты, содержащие парафин, подвер- гают очистке от воды, смол и грязи. Парафин из них выкристаллизовывают при охлаждении и очищают от ненасыщенных соединений обра- боткой серной кислотой; для устранения жел- товатого цвета производят дополнительную очистку адсорбентом (глиной). Выпускается несколько сортов парафина, различающихся по температуре плавления. Чем выше температура плавления парафина, тем более ценным ои считается. Для электротехнических целей применяют высокоочищенный парафин с температурой плавления 50—58 °C. На воздухе при темпера- туре выше 130 °C парафин легко окисляется, при этом резко снижается его р и повышается кислотность, как показано на рис. 7.1. Пара- фин имеет большую усадку при затвердевании (11—15%). К недостаткам парафина следует отнести также сравнительно низкую темпера- туру плавления н значительную хрупкость; хрупкость парафина возрастает с течением вре- мени за счет перекристаллизации (образования более крупных кристаллов). Нефтяные технические парафины (ГОСТ 23683-79) в зависимости от показателей каче- ства и области применения выпускают следую- щих марок: высокоочищеиные — Bt, В2, В3, В4, В5; очищенные — Т н С; неочищенные — Нс и Нв. Технические требования к парафинам, вы- сокоочищенным и неочищенному марки Нв, приведены в табл. 7.1. Рис. 7.2. Зависимость tg б воскообразных ди- электриков от температуры при частоте пере- менного тока 1000 Гц: 1 — парафин; 2 — церезин Рис. 7.3. Зависимость ег воскообразных диэлек- триков от температуры при частоте 1000 Гц: 1 — парафин; 2 —церезин; 3 — синтетический цере- зин; 4 — олеовакс твердый; 5 — олеовакс пластичный
208 Воскообразные диэлектрики Разд. 7 Таблица 7.1. Показатели нефтяных парафинов Показатель В, В, .1 X са са са Температура плавления, °C Массовая доля масла, %, не более Глубина проникания иглы при 25 °C и нагрузке 0,98 Н, мм, не более Содержание воды, %, ие более Содержание водорастворимых кис- лот и щелочей Массовая доля механических при- месей, %, не более............. 50—52 0,8 1,8 52—54 0,45 1,6 54—56 0,45 1,4 56—58 0,45 1,3 58—62 0,5 1,2 57 2,3 Отсутствие 0,2 Отсутствие Отсутствие 0,01 Парафин применяют для пропитки конден- саторов типа телефонных, у которых длитель- но допустимая рабочая температура не превы- шает 45 °C. В кабельном производстве парафин применяют в смеси с церезином для пропитки хлопчатобумажной оплетки проводов и кабель- ной пряжи, а также кабельной бумаги для пре- дохранеия их от гниения. Один нз таких со- ставов на нефтяной основе изготавливается по ОСТ 381.55-74. Состав нефтяной основы, %: Церезин нефтяной неочищенный и церезин синтетический по ГОСТ 7658-74 в любом соотношении 5,5—7,0 Битум нефтяной марки БН60/90 по ГОСТ 22245-76 ................... 47—56 Парафин по ГОСТ 23683-79 . . 32—40 Петролатум по ОСТ 38.011.17-76 5,5—7,0 Состав имеет следующие основные физико-хи- мические показатели: Температура каплепадения, °C, не менее................ 60 Глубина проникания иглы при 25°C и нагрузке 0,98 Н, мм 2,5—4,5 Содержание механических при- месей, %, не более ... 2 Содержание воды.............Отсутствие Содержание водорастворимых кислот и щелочей .... Отсутствие Содержание нафтената меди, %........................... 5-10 Примечание. В пропиточном составе для проводов и кабелей, поставляемых в страны с тро- пическим климатом, содержание нафтената меди должно быть не менее Ю %. 7.4. ЦЕРЕЗИН Церезин (код ОКП 02 5520) представляет собой смесь твердых алифатических углеводо- родов с эмпирической формулой от C3gHso до С53Н108. Церезин получают кислотно-контакт- ной очисткой нефтяного неочищенного церези- на, парафинистой пробки, которая является осадком парафинистой нефти на стенках буро- вых скважни, на дне резервуаров. В парафи- нистой пробке церезин смешан с парафином и маслом. Церезин как диэлектрик имеет значитель- но более ценные свойства, чем парафин. Мо- лекулы церезина имеют сильно разветвленную цепь углеродных атомов в отличие от линейных или слабо разветвленных молекул парафина. Благодаря своей мелкокристаллической струк- туре церезин образует с маслом стойкие одно- родные смеси, в то время как парафин, имея крупнокристаллическую структуру, не дает с маслом стойких однородных смесей. Характерной особенностью церезина явля- ется также его способность образовывать тон- кую пленку, обладающую эластичностью и не растрескивающуюся. Церезин дает меньшую усадку при засты- вании, чем парафин. К преимуществам церези- на относятся и более высокая температура плавления и большая стойкость против окис- ления (см. рис. 7.1). Пленка церезина мало проницаема для жидкостей и газов и мало гиг- роскопична. В соответствии с ГОСТ 2488-79 церезин выпускают четырех марок, различающихся по температуре каплепадения. Основные физико-химические и электриче- ские показатели церезина приведены в табл. 7.2. Зольность церезина марки 80, предназна- ченного для электронной промышленности, должна быть не более 0,01 %. Зависимости tg 6 и ег церезина От темпе- ратуры приведены на рис. 7.2 и 7.3. Церезин применяют в кабельном производ- стве в качестве мягчителя в резиновых смесях, а также для производства электроизоляцион- ных восковых композиций. Церезин придает ре- зине более высокую светостойкость. В соответствии с ГОСТ 3677-76 выпускает- ся церезиновая композиция, представляющая собой сплав церезина марки 65 (ГОСТ 2488-79) и парафина марки Т (ГОСТ 23683-79). Композиция имеет следующие физико-химиче- ские показатели: Температура каплепадения, °C Глубина проникания иглы при 25 °C н нагрузке 0,98 Н, мм, ие более................. Содержание механических при- месей, %, не более . . . . Содержание воды.............. Содержание водорастворимых кислот н щелочей .... 56 2,5 0,05 Отсутствие Отсутствие В электротехнической промышленности применяют также синтетический высокоплав- кий церезин — воскообразный диэлектрик свет- ло-желтого цвета, кристаллической структуры,
§ 7.5 Вазелин 209 Таблица 7.2. Показатели церезина Показатель Температура каплепадения, °C Глубина проникания иглы, мм, не более Массовая доля механических примесей, %, не более Содержание воды Зольность, %, не более Кислотное число, мг КОН на 1 г церезина, не более Содержание водорастворимых кислот и щело- чей р при 100°C, Ом-м, не менее tgo при 100 °C и частоте 1000 Гц, не более Марка 65 70 75 80 65—70 3,0 0,02 70—75 2,5 0,02 75—80 1,8 0,02 80—85 1,6 0,02 0,02 0,1 Отс\ 0,02 0,1 'тствует 0,02 0,1 0,02 0,1 Ото ^тствует — — 1010 0,003 Таблица 7.3. Показатели синтетического церезина Показатель Ма]}ка Конден- саторный 100 Температура каплепадения, °C, не ниже 100 100 Глубина проникания иглы при 25 °C и нагрузке 0,98 Н, мм, не более 1,0 1,0 Содержание механических примесей, % не более Отсутст- 0,08 вне Содержание воды Отсутствие Зольность, %, не более 0,02 0,02 Кислотное число, мг КОН иа 1 г церезина, ие более 0,05 0,08 Содержание водорастворимых кислот и щелочей Отсутствие Стабильность против окисления: кислотное число после нагревания церези- 0,1 — на в течение 100 ч при 120 °C, мг КОН иа 1 г церезина, не более р при 100°C, Ом-м, ие менее 1012 — Продолжение представляющий собой смесь твердых углево- дородов метанового ряда, преимущественно нормального строения. В соответствии с ГОСТ 7658-74 синтетиче- ский церезин выпускается двух марок: конден- саторный и марки 100. Основные физико-химические и электриче- ские показатели синтетического высокоплавко- го церезина приведены в табл. 7.3. 7.5. ВАЗЕЛИН Вазелин (код ОКП 02 5531) —высоковяз- кая однородная масса, получаемая из нефти, представляет собой смесь жидких и твердых углеводородов. Вазелин применяют для пропитки и залив- ки конденсаторов. Основные физико-химиче- ские и электрические показатели конденсатор- ного вазелина приведены в ГОСТ 5774-76. Вязкость при 60 °C: кинематическая, м2/с, не менее................ 28-10—6 условная, градусы, не ме- нее .................... 3,95 Температура каплепадения, °C, не ниже ...... 50 Кислотное число, мг КОН иа 1 г вазелина, не более . . 0,05 Зольность, %, не более . . . 0,004 Содержание водорастворимых кислот и щелочей, механичес- ких примесей и воды . . . Отсутствие р при 100 °C, Ом-м, не менее . 1010 Электрическая прочность при 50 Гц и 20 °C, МВ/м, не ме- иее.............................. 20 tg 6 при 1000 Гц ие более: при 20 °C................ 0,0002 при 100 °C.................. 0,002 В полупроводниковой промышленности при производстве приборов применяется кремний- оргаиическнй вазелин марки КВ-З/ЮЭ, пред- ставляющий собой высоковязкую пасту, полу- чаемую путем загущения днметилсилоксановой жидкости аэроснлом. Длительно допустимая рабочая температура кремнийорганического ва- зелина от —60 до +200 °C. Основные физико-химические и электриче- ские показатели кремнийорганического вазели- на приведены в ГОСТ 15975-70.
210 Древесина, бумага, картон, фибра Разд. 8 Механические примеси .... Пеиетрация в условных единицах: до перемешивания ие меиее после перемешивания . . . Коллоидная стабильность после выдержки при 200 °C в течение 24 ч, %, ие более , . , . . pH водного раствора ............ Электрическая прочность при 50 Гц, МВ/м, не меиее: при 20 °C..................... при 150 °C.................. после выдержки 24 ч при 20 °C и относительной влаж- ности 95—98 %................ р, Ом-м, не менее: прн 20 °C........................ при 150 °C................... после выдержки в 24 ч при 20 °C и относительной влаж- ности 95—98 %................ tg6 при 1 МГц не более: при 20 °C....................... при 150 °C................... после выдержки в 24 ч при 20 °C и относительной влаж- ности 95—98 % .... ег прн 1 МГц ие более: при 20 °C....................... при 150 °C................... после выдержки в 24 ч при 20 °C и относительной влаж- ности 95—98 % . , . , Отсутствие 215 230—300 8 6,0—7,0 15 10 10 1012 1010 101» 0,005 0,007 0,007 2,8 2,8 2,8 Рис. 7.4, Зависимость tg 6 олеовакса от тем- пературы при разных частотах 7.6. ОЛЕОВАКС Олеовакс — воскообразный диэлектрик с высокой диэлектрической проницаемостью. Олеовакс представляет собой продукт гидроге- низации касторового масла. Олеовакс нерас- творим в обычных органических растворите- лях, он лишь слабо совмещается с парафином, лучше с церезином, озокеритом, многими нату- ральными и синтетическими смолами. Зависимость е, и tg 6 олеовакса от тем- пературы показана на рис. 7.3 и 7.4. Благода- ря высокой Вг олеовакса замена им парафина, применявшегося для пропитки конденсаторов, может дать большое увеличение емкости. Од- нако при этом конденсаторы имеют резкую за- висимость емкости от температуры и час- тоты. РАЗДЕЛ 8 ДРЕВЕСИНА, БУМАГА, КАРТОН, ФИБРА Т. Б. Жиляев, Д. С. Варшавский, Л. С. Линова, Е. А. Чайкина 8.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИРОДНЫХ МАТЕРИАЛАХ Стеики сосудов и клеток древесины по- строены из мельчайших волоконцев — фибрилл. Основным веществом, образующим фибриллы, является а-целлюлоза — природное высокопо- лимерное вещество, относящееся к группе уг- леводородов и имеющее состав, характеризуе- мый формулой: (С6Н10О5)п, где п выше 1000. Молекула целлюлозы имеет вид цепочки, со- ставленной из ряда глюкозных колец: ИЖ ОН СНЙОН Jn Связь остатков молекул глюкозы осуществ- ляется посредством первичных валентностей кислорода. Это обстоятельство чрезвычайно существенно, так как первичные валентности создают очень прочные связи, чем объясняется инертный и стабильный характер целлюлозы и ее высокое сопротивление химическим воздей- ствиям. В каждом глюкозном кольце содержится по три полярные гидроксильные группы —ОН—, по своей природе обладающие реак- ционной способностью, которая обеспечивает
§ 8.1 Общие сведения о природных материалах 211 ряд химико-физических явлений, проявляющих- ся в производстве и эксплуатации бумаг и кар- тонов. При воздействии переменного электри- ческого поля группы ОН вызывают релаксаци- онные диэлектрические потери. Кроме того, онн способны притягивать к себе молекулы воды из окружающего воздуха, что обусловливает гидрофильность и гигроскопичность целлюло- зы, усугубляемую ее волокнистым строением. Скопления макромолекул целлюлозы об- разуют мицеллы, в которых зазоры меж- ду молекулами составляют около 1 нм, нз ми- целл образуются элементарные волокна — фибриллы, в которых зазоры между мицелла- ми составляют около 10 нм. Так как размер молекулы воды очень мал, примерно 0,25 нм, то они могут проникать глубоко внутрь струк- туры целлюлозы, попадая в зазоры между мак- ромолекулами н закрепляясь на последних за счет притяжения гидроксильными группами. Этим объясняется то, что гигроскопичность древесины и всех целлюлозных материалов нельзя полностью устранить пропиткой. Все пропиточные массы, состоящие нз молекул от- носительно большого размера — не менее не- скольких нанометров, заполняют лишь относи- тельно грубые поры волокнистого материала н не могут проникать в межмолекулярные зазо- ры, куда проникает вода. Кроме высокомолекулярной а-целлюлозы, в состав растительных, в том числе н древес- ных, волокон входит известное количество ге- мицеллюлозы (главнейшие ее разновидности — пеитазаны н маиианы), по составу близкой к а-целлюлозе, но со степенью полимеризации п, меньшей 100. Содержание гемицеллюлоз в древесине хвойных пород составляет 18—20 %, а в дре- весине лиственных пород — от 30—40 %. Кро- ме гемицеллюлоз н «--целлюлозы в древесине содержится до 25—30 % лигннна — органиче- ского вещества, уже не относящегося к угле- водам, а характеризующегося наличием фе- нольных групп. Наличие лигнина повышает ме- ханическую прочность древесины, но придает древесному волокну хрупкость н снижает его химическую стойкость против окисления. По- этому дешевые сорта иеэлектротехннческих бу- маг, например газетной, изготовляемые из дре- весной массы с повышенным содержанием лиг- нина, с течением времени желтеют н теряют механическую прочность даже прн комнатной температуре. Кроме того, в древесине всегда содержится известное количество органических продуктов жизнедеятельности деревьев (на- пример, смолистые вещества), а также мине- ральные соли, определяющие зольность древе- сины. Прн изготовлении электроизоляционных сортов бумаги и картона древесина должна подвергаться специальной химической обработ- ке — варке в соответствующих растворах, ос- новная цель которых сводится к уменьшению содержания лигнина, удалению смол н т. п. В этих процессах лигнин и другие инкрусти- рующие вещества переходят в раствор и уда- ляются вместе с ним, а целлюлозные волокна после промывки выделяются в чистом виде. Этого можно достигнуть варкой щепы как в кислых, так и в щелочных растворах, но для электроизоляционных материалов лучше при- менять щелочную варку, в результате которой получается продукт с большей стойкостью к тепловому старению. В настоящее время применяют сульфатный способ варкн, при котором в щелочной рас- твор входят едкий натр и сульфат натрия NasS. Сваренную массу промывают горячей водой, очищают от сучков, непроварившихся щепочек н минеральных примесей, а затем на специаль- ной папочной машине превращают в папку — листовой материал, удобный для перевозки на бумажные и картонные фабрики. Такой продукт носит название сульфатной небеленой целлюлозы; его выпускают по ГОСТ 12765-83, ГОСТ 12454-78, ГОСТ 5186-82 и другой нормативно-технической документации и используют в качестве исходного сырья для изготовления современных волокнистых элек- троизоляционных материалов. Эти виды целлюлозы отличаются степенью делигнификации (характеризующей содержа- ние лигнина), массовой долей золы, сорностью, удельной электрической проводимостью водной вытяжки, химическим составом. Целлюлоза по ГОСТ 5186-82 имеет значи- тельно меньшее количество золы, число сори- нок на 1 м2, меньшую проводимость водной вы- тяжки по сравнению с целлюлозой по ГОСТ 12454-78 и ГОСТ 12765-83, поэтому ее приме- няют для изготовления бумаг с высокими элек- трическими показателями (КВМ, КВМС, КВМСУ, ТВ и ТВУ). Целлюлозу по ГОСТ 12765-83 изготавли- вают из древесины хвойных пород, она имеет более длинные волокна (от 1 до 4 мм) по сравнению с целлюлозой лиственной древеси- ны, что обеспечивает высокие механические свойства материала. Кроме того, хвойная целлюлоза содержит значительно меньшее количество гемицеллюло- зы (5—6 %), что обеспечивает образование во- дородных мостиков, связывающих волокна между собой. Прн содержании гемицеллюлозы свыше 10 % (у целлюлозы лиственных пород содер- жание гемицеллюлозы до 20 %) механическая прочность снижается. Целлюлоза по ГОСТ 12765-83 применяет- ся для получения высокопрочного трансформа- торного картона. Целлюлоза кислой варки называется суль- фитной. Сульфитный способ производства за- ключается в варке древесной щепы в кислом растворе бисульфита кальция [Са(Н50з)2] при повышенной температуре. Обычная отечественная сульфатная цел- люлоза, используемая для электроизоляцион- ных материалов, имеет следующий состав: «-целлюлоза 84—88 %, гемицеллюлоза 9— 11 %, лигнин 3—4 %, смолы н другие раство- римые вещества менее 0,5 %, неорганические вещества (зола) менее 0,5 % (мае.). Для получения электроизоляционных бу- маг повышенного качества применяют целлю- лозу, в которой содержание «--целлюлозы до- стигает 94—95 % за счет соответствующего снижения содержания гемицеллюлозы. Для изготовления бумаги н картона волок- нистый полуфабрикат — древесная целлюлоза подвергается сложной механической разработ- ке в водной среде — размолу, в результате че- го получается бумажная масса или пульпа —
212 Древесина, бумага, картон, фибра Раед; 8 водно-волокнистая суспензия требуемого каче- ства. Размолотая бумажная масса с концентра- цией волокна 0,1—0,3 % при отливе тонких бу- маг— 5—15 мкм (для более толстых бумаг концентрация выше) поступает на сетку бума- годелательной машины, которая, кроме про- дольного движения, испытывает поперечные ко- лебания для более равномерного распределе- ния волокон на сетке. Обезвоживание массы достигается сначала простым стеканием воды через сетку, а далее с помощью отсоса на ва- куумных ящиках, расположенных под сеткой; сходящая с сетки бумага имеет влажность 90 % (мае.). Дальнейшее обезвоживание до 70—75 % происходит на прессовой части ма- шины, где бумага движущаяся на поддержи- вающем ее сукне, проходит между обжимаю- щими валами, затем поступает в сушильную часть машины, проходит по поверхности нагре- ваемых до 45—95 °C цилиндров, после чего влажность ее становится менее 10 %. Тонкую конденсаторную бумагу изготов- ляют на одиосеточных машинах; при изготов- лении более толстых бумаг применяют также многосеточиые машины (до четырех сеток), на которых идет одновременный отлив нескольких элементарных слоев, сходящихся на прессовой части в один. Этим способом можно получить более равномерное распределение массы по площади листа и повысить качество бумаг, осо- бенно больших толщин. Бумага, выходящая из сушильной части машины, имеет относительно невысокую плот- ность — 900 кг/м3, для увеличения плотности ее пропускают через глезер — систему валов, рас- положенных один под другим, давление между которыми постепенно увеличивается; часть ва- лов может иметь повышенную температуру. После прохождения через них бумага приобре- тает ровную поверхность и плотность ее мож- но увеличить до 1100—1200 кг/м3. Если требу- ется придать бумаге лоск и уплотнение, это до- стигается обработкой на каландрах с высоким давлением между валами. Для наматывания готовой бумаги в рулон за глезером установлен накат. Рулон с наката достигает массы до 3—3,5 т. Картоны изготовляют на специальных кар- тоноделательных машинах, в которых элемен- тарный слой, снимаемый с сеточной части ма- шины с помощью сукна, наслаивается на фор- матный вал. Прн достижении необходимой толщины сырой лист автоматически срезают ножом, выдвигающимся из тела форматного вала, и передают для проведения дальнейших операций: отжима на прессе, сушки в туннель- ной сушилке, обрезки кромок и каландрирова- нию. Таким способом получают листы толщиной 1—6 мм н плотностью до 1100 кг/м3. Размеры листа зависят от диаметра и ширины формат- ного вала бумагоделательной машины. Для получения картонов более высокой плотности (до 1300 кг/м3) используют техно- логию горячего прессования, отличие которой от предыдущей заключается в том, что сырой лист, снимаемый с форматного вала, подверга- ется прессованию и окончательной сушке под давлением в прессе. Способность целлюлозных волокон обра- зовывать прочный бумажный лист связана с наличием гидроксильных групп, которые обра- зуют водородные связи между сближающими- ся молекулами: ________________У Макромолекула ;О „О -"'нГ HZ н /О( '''Макромолекула. Наличие этих связей обеспечивает прочное сцепление целлюлозных волокон в бумажном листе без применения каких-либо клеящих ве- ществ, хотя в бумажном производстве широко используются проклейки. Материалы, изготов- ленные из древесной целлюлозы, обладают хо- рошими механическими свойствами и вполне удовлетворительными электрическими, позво- ляющими использовать их в высушенном и пропитанном виде прн весьма высоких напря- жениях. О некоторых особенностях поведения материалов в электрическом поле — см. разд. 2. Для использования при высоких частотах цел- люлозные материалы непригодны ввиду упомя- нутой выше полярности целлюлозы, вызываю- щей повышенные диэлектрические потери. Да- же в области звуковых частот (1—10 кГц) бу- мажная изоляция требует принятия специаль- ных мер для отвода выделяющегося в ней тепла. Некоторое снижение потерь при 50 Гц в области температур 20—80 °C дает применение облагороженной целлюлозы с повышенным со- держанием а-целлюлозы, потери при низких температурах в области релаксационного мак- симума при этом несколько возрастают (рис, 8.1). Для снижения потерь при повышенных температурах необходимо удаление из целлю- лозы катионов (прежде всего Na+) и анионов (прежде всего С1_), для чего в производстве целлюлозы и бумаги необходимо использовать деионизированную воду. Химическая чистота сырья, без различных посторонних примесей, является необходимым условием для получения высококачественных электроизоляционных бумаг. Рис. 8.1. Зависимость tg 6 конденсаторной бу- маги от температуры при 50 Гц: 1 — бумага из обычной целлюлозы (88 % а-целлюло- зы); 2 — бумага из облагороженной целлюлозы (94 % а-целлюлозы)
§ 8.1 Общие сведения о природных материалах 213 Нагревостойкость обычных целлюлозных материалов невелика, и в пропитанном состоя- нии онн относятся к классу А (105"С). При- менение при изготовлении бумаги некоторых видов модифицированной целлюлозы илн мо- дификация целлюлозы в самой бумаге в неко- торой мере повышают нагревостойкость. Рис. 8.2. Зависимость степени полимеризации от времени и температуры старения кабельной бумаги марки КМТУ-080 в трансформаторном масле: / — при 180’С; 2 — при 160 °C; 3 — прн 140 °C: 4 — при 120 °C Рис. 8.3. Изменение степени полимеризации бу- маги марки ТВУ-080 в процессе старения в масле с различным содержанием кислорода: 1 — в герметичной емкости без предварительного ва- куумирования. содержание кислорода до 3% (об.); 2 — в герметичной емкости с азотной подушкой и предварительным вакуумированием, содержание кис- лорода до 0,3 % (об.) Рнс. 8.4. График зависимости срока службы бумаги марки КМТУ-080 от температуры При нагревании целлюлозы в ней происхо- дят процессы термоокислнтельной деструкции, приводящие к ее разрушению. Можно разли- чить следующие виды этих процессов: а) чисто термическая деструкция (пиро- лиз), которая происходит при полном отсут- ствии кислорода и влаги н характеризуется разрывом молекулярных цепей, снижением сте- пени полимеризации; б) гидролиз, характеризующийся разрывом кислородных мостиков и присоединением гид- роксилов в местах разрывов; наблюдается прн нагревании целлюлозных материалов в присутствии влаги, особенно при наличии в материале следов минеральных кислот, при этом также снижается степень полимеризации; в) окисление, происходящее в основном при нагревании целлюлозы с доступом возду- ха; при этом в первой стадии старения при 60—70 °C окисляются гироксильные группы, но без разрыва цепей молекул. Прн более высо- ких температурах происходит более глубокое окисление, приводящее к деструкции молекул. Практически при нагревании целлюлозных материалов проявляются одновременно все вы- шеперечисленные процессы, поэтому приходит- ся говорить о сложном процессе термоокисли- тельной деструкции. Прн тепловом старении целлюлозных материалов наибольшему измене- нию подвержены их механические показатели: прочность при перегибах, продавливании, раз- дирании, усилие надрыва. Одним из основных показателей, характе- ризующих деструкцию целлюлозы при тепло- вом старении, является степень полимеризации (СП), определяемая по вязкости раствора цел- люлозы в кадмийэтилендиаминовом комплексе (кадоксене) (рис. 8.2). Снижение степени поли- меризации до 25 % исходного значения (1800— 2000) вызывают опасные изменения свойств целлюлозной изоляции. На тепловое старение целлюлозных мате- риалов влияют количество содержащейся в них влаги, кислород воздуха, напряженность элек- трического поля; на изоляцию, работающую в среде трансформаторного масла, оказывают воздействие также продукты его окисления. Влияние влаги на старение целлюлозы под- чиняется следующему закону: прн содержании воды в интервале 0,3—7 % скорость разложе- ния целлюлозной изоляции пропорциональна количеству содержащейся в ней воды. При более сильном конечном разрушении (СП 400) влияние влаги становится более заметным. На рис. 8.3 приведено влияние растворен- ного в масле кислорода на старение бумаги при 140 °C. Снижение его содержания с 3 до 0,3 % уменьшает скорость старения в 3 раза. При тепловом старении целлюлозных ма- териалов их электрические показатели изменя- ются незначительно; изменению подвержены в основном механические показатели: разрушаю- щие напряжение при растяжении, продавлива- нии, раздирании. По мере старения волокна целлюлозы теряют свою эластичность, материал становится хрупким и электрическая прочность его снижается в результате образования тре- щин н нарушения целостности при механиче- ских воздействиях, которым подвергается изо- ляция в эксплуатации. Зависимость срока службы целлюлозной изоляции от температуры (при неизмеииости
214 Древесина, бумага, картон, фибра Разд. 8 остальных воздействующих факторов) выра- жается следующим соотношением: lg L = А + ВТ, где L — срок службы; Т — термодинамическая температура; А, В — эмпирические коэффици- енты. Срок службы целлюлозной изоляции в из- делии зависит от тех воздействий, которым она подвергается в процессе эксплуатации, и для конкретных изделий определяется путем проведения ресурсных испытаний иа образцах или моделях. На рис. 8.4 приведена зависимость срока службы от температуры изоляции обмо- точного провода нз бумаги КМТУ-080 (нагре- востойкой, см. с. 231) в трансформаторном масле в негерметичных сосудах. Перед старением образцы провода были высушены и пропитаны сухим маслом по тех- нологии обработки активных частей трансфор- маторов IV и V габаритов. Срок службы опре- деляется по приведенной выше формуле с эм- пирическими коэффициентами. Работа была проведена в соответствии с ГОСТ 10518-72, в период его действия. В качестве критерия конечной точки взята степень полимеризации, равная 25 % исходно- го значения. Гидроксильные группы целлюлозы играют отрицательную роль в процессе ее термоокис- лительной деструкции, так как они участвуют в образовании воды и способствуют развитию процесса гидролиза, поэтому замена гидро- ксильных групп какими-либо иными радикала- ми (этерификация) может обеспечить повыше- ние нагревостойкости материалов. Следует отметить, что при уменьшении со- держания гидроксилов в целлюлозе соответст- венно уменьшается ее способность образовы- вать водородные связи, обеспечивающие меха- ническую прочность целлюлозных материалов. Поэтому получение особо тонких материалов, например конденсаторной бумаги, даже из час- тично этерифицнрованной целлюлозы практи- чески оказывается невозможным, и приходится использовать данный метод повышения нагре- востойкости (на 20—-30 °C) только для относи- тельно толстых бумаг (типа кабельной и транс- форматорной). Сокращение числа гидроксильных групп не только увеличивает нагревостойкость цел- люлозных материалов, но снижает их гигроско- пичность, что повышает возможность исполь- зования подобных- материалов для целей элек- трической изоляции. Повышение нагревостойкости целлюлоз- ных материалов может быть достигнуто также путем введения добавок — ингибиторов, задер- живающих процесс термоокислительной дест- рукции. В США разработана бумага такого типа под названием ннсульдур, в которую вво- дится смесь днциаиамида, меламина и поли- акриламида. Нагревостойкость этой бумаги по сравиеиню с обычной повышена на 25—30 °C. Аналогичная бумага разработана и в СССР. Применение специальных технологических процессов с целью получения целлюлозных ма- териалов с улучшенными свойствами обычно вызывает их удорожание, поэтому их исполь- зуют в тех случаях когда обычные материалы ие могут быть применены. Бумагам из синтетических волокон посвя- щен § 8.6. 8.2. ДРЕВЕСИНА КАК ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ Анизотропность древесины обусловливает зависимость ее свойств от направления распи- ла н расположения волокон. Электрическая прочность древесины вдоль волокон в 3—4 ра- за ниже, чем поперек, а объемное сопротивле- ние может отличаться в 10 раз. Свойства древесины зависят от породы де- рева, его возраста, места произрастания и дру- гих факторов. Плотность древесины большинства пород после сушки колеблется в пределах 400—800 кг/м3, причем обычно более мягкие хвойные по- роды имеют плотность ближе к нижнему пре- делу и более низкие мехаинческие параметры, чем более твердые лиственные породы, плот- ность которых приближается к верхнему пре- делу. В связи с этим непосредственно для це- лей электротехники в качестве конструкцион- но-изоляционного материала применяется дре- весина лиственных пород; древесина хвойных пород перерабатывается иа целлюлозу. Меха- нические показатели непропнтаиной древесины приведены в табл. 8.1, электрические — в табл. 8.2. В свежесрублениом состоянии содержание влаги в древесине различных пород может ко- лебаться в пределах от 35 до 65 %. При суш- ке до воздушно-сухого состояния происходит значительная ее усадка: по длине волокна до 0,5 % в радиальном направлении до 5 % ив тангенциальном — до 10 %. Сушка деталей, из- готовленных нз воздушно-сухой древесины, ко- торой они подвергаются для улучшения элек- трических показателей, вызывает дополнитель- ную усадку, а увлажнение высушенных дета- лей — увеличение их размеров. В непропитанном состоянии древесина об- ладает очень низкими и нестабильными элек- троизоляционными параметрами, пропитка улучшает ее электрические, а иногда и механи- ческие свойства, снижает гигроскопичность, способствует стабилизации размеров, поэтому в качестве электроизоляционного материала древесина применяется только в пропитанном виде. Электрические параметры пропитанной древесины зависят от пропитывающего вещест- Таблица 8.1. Механические показатели древесины Порода древесины Плотность, кг/м® Разрушающее напряжение, МПа при сжатии вдоль волокон при ста- тическом изгибе перпенди- кулярно волокнам при рас- тяжении ВДОЛЬ волокон Береза 640 44,7 99,7 Бук 640 46,1 93,8 129,1 Дуб 720 52,0 93,5 128,8 Сосна 540 46,6 87,7 —
Конденсаторная бумага 215 Т а б л и ц а 8.2. Электрические показатели древесины Порода древесины и режим подготовки Электричес- кая проч- ность перпен- дикулярно слоям, МВ/м Пробивное напряжение параллельно слоям /=58 мм, кВ tg в ег р перпен- дикулярно слонм, Ом«м Ps. Ом Бук, высушенный при 105 °C в те- чение 30 ч — 40 0,024 3,8 0,35-Ю11 1,5-104 Бук, высушенный и пропитанный траиформаторным маслом под вакуумом по режиму сушки трансформаторов ПО кВ 4,2 46 0,0146 3,8 0,64-1012 0,86-101» Береза (высушенная в течение 30 ч при 105 °C) —, — 0,0132 3,2 0,77-1011 3,0-10» Береза, высушенная и пропитан- ная трансформаторным маслом под вакуумом по режиму сушкн трансформаторов НО кВ 4,5 56 3,81 0,36- 10» 2,2-10» ва (парафин, олифа, нефтяное масло, синтети- ческие смолы) и способа пропитки. Пропитка деталей из древесины может производиться под давлением после сушки под вакуумом, а также путем проварки под вакуумом или при атмосферном давлении. Ко- личество пропитывающего вещества, погло- щаемого древесиной при пропитке, составляет от 40 до 60 % (мае.). Максимальное поглоще- ние масла достигается при охлаждении дре- весины в самом масле. Пропитка не устраняет полностью гигро- скопичности древесины, поэтому детали, про- питанные олифой или синтетическими смола- ми (лаками), работающие на воздухе, допол- нительно покрывают изоляционным лаком нлн олифой с последующей запечкой прн повы- шенной температуре. По нагревостойкости пропитанную древе- сину относят к классу А. Ряд недостатков древесины: гигроскопич- ность, нестандартность свойств, низкая нагре- востойкость значительно ограничивают ее при- менение в качестве электроизоляционного ма- териала. Наибольшее применение в электротехнике находят бук, береза, граб, которые использу- ют в трансформаторах с жидкостным запол- нением для изготовления деталей крепления отводов, опорных элементов обмоток и др.; в Электрических машинах — для пазовых клинь- ев; хвойные породы применяют для изготовле- ния опор и траверс линий передачи электро- энергии н линий связи. Древесина использует- ся также для изготовления древеснослонстых пластиков электротехнического назначения (см. § 13.2). 8.3. КОНДЕНСАТОРНАЯ БУМАГА Наиболее тонкий и высококачественный вид электроизоляционных бумаг — конденса- торную бумагу применяют для изготовления диэлектрика конденсаторов, в котором она подвергается воздействию наиболее высоких напряженностей поля по сравнению с исполь- зованием бумаги в других электроизоляцион- ных конструкциях. Происходящая замена чисто бумажного диэлектрика в конденсаторах бумажно-пленоч- ным потребовала улучшения электроизоляци- онных свойств конденсаторной бумаги; сни- жения ее потерь и содержания слабых мест, повышения электрической прочности и одно- родности. Разработаны малопотерьные малоплотные бумаги, у которых снижение диэлектрических потерь сопровождается снижением электриче- ской прочности, а также высокоплотные бу- маги, у которых повышение электрической прочности сопровождается повышением ди- электрических потерь. Конденсаторную бумагу изготавливают из сульфатной древесной целлюлозы. Во многих странах проводится работа по улучшению свойств электроизоляционной конденсаторной целлюлозы как полимера. В СССР разработан простой способ по- лучения борированной нагревостойкой мало- потерьиой целлюлозы, который состоит в про- питке обычной электроизоляционной целлюло- зы расплавом тетраборной кислоты и мочеви- ны с последующей термофиксацией. В этом случае образуется эфир целлюлозы и тетра- борной кислоты. При этом достигается зна- чительное снижение tg б при ограниченном уменьшении ег. Трехмерная сшивка структуры пеллюлозы обеспечивает снижение как релак- сационных потерь, так н потерь проводимости до уровня, наблюдаемого у некоторых видов синтетических пленок. Борированная целлюло- за обеспечивает конденсаторной бумаге прин- ципиально новое свойство — резко сниженную зависимость tg 6 от плотности бумаги, что поз- воляет отказаться от снижения плотности для снижения потерь и, наоборот, широко исполь- зовать повышение плотности для увеличения электрической прочности, не опасаясь роста tg 6. Новая технология, реализованная в про- мышленных масштабах в СССР (бумага ма- рок МКОН, АНКОН н АНКОН В) н по со- ветской лицензии за рубежом (бумага НЕОТЕР финской фирмы «Тервакоски»), от- крывает новые широкие перспективы длч при- менения конденсаторной бумаги. Конденсатор- ную бумагу выпускают следующих марок: по ГОСТ 1908-82: КОН — обычная; СКОН — спе- циальная улучшенного качества; МКОН —- с малыми диэлектрическими потерями и ЭМКОН—с высокой электрической прочностью
215 Древесина, бумага, картон, фибра Разд. 8 и малыми потерями, а также по ТУ 81-04-591-80: АНКОН — адсорбентная, с малы- ми потерями и повышенной электрической прочностью. Установлены также следующие типы кон- денсаторной бумаги: Н — низкой влажности; В — с увеличенной электрической прочностью; О — односторонней гладкости. В зависимости от плотности установлены следующие марки бумаги: 08; 1; 2 н 3 плот- ностью 0,8; 1,0; 1,2 и 1,3 г/см3 соответственно. Конденсаторную бумагу КОН н ОКОН из- готавливают нз целлюлозы марок Э-1 н Э-2 по ГОСТ 5186-82, а МКОН и АНКОН — из специальной, в том числе борированной, элек- тронзоляцнонной целлюлозы с малыми диэлек- трическими потерями. Адсорбентные бумаги содержат специаль- ные активные адсорбенты для снижения по- терь в пропитанном состоянии. Зольность их по этой причине повышена. В частности, при изготовлении бумаги АНКОН в качестве ад- сорбента в иее вводится гамма-окись алюми- ния. Бумага всех видов и типов выпускается в бобинах нли рулонах диаметром от 180 до 220 мм (на экспорт—от 160 до 260 мм), ши- риной от 12 до 490 мм согласно рекомендуе- мому ряду: 12, 13, 14, 18, 20, 23, 24, 25, 30, 32, 33, 37, 38, 40, 42, 45, 50. 55, 60, 65, 67, 75, 80, 95, 97, 100, 120, 125, 140, 160, 200, 210, 220, 240, 245, 250, 253, 280, 320, 350, 480, 490 с предельными отклонениями по ширине бобин и рулонов, мм, не более: ±0,3 — для ширины до 100 мм; ±0,5—100—300 мм, ±1,0—более 300 мм. Бумага не должна иметь механических по- вреждений, складок, морщин, отверстий, ви- димых невооруженным глазом лепестков, пя- тен, включений инородных тел. Допускаются механические повреждения для первых 5 м ленты в бобине нли рулоне. Торцы бобин и рулонов должны быть ровно обрезаны, без вмятин или других механических поврежде- ний. Не допускаются выступы бумаги на тор- це, превышающие предельные отклонения по ширине бобин и рулонов, посторонние загряз- нения и обрывы бумаги между слоями. Допус- каются складки и подмотки бумаги для 20 м леиты, прилегающей к кольцу. Лента должна сматываться с бобины и рулона без обрывов. Допустимое число склеек на каждые 1000 м бумаги не должно быть более: Толщина бумаги, мкм 4 5—6 7 и более 5—8 (КОН-2 со Зна- ком качества) То же Допустимое число склеек 15 10 5 5 для ширины до 100 мм 3 для ширины 100 мм и более Ширина склеенной части не должна пре- вышать 15 мм, концы бумажной ленты долж- ны быть аккуратно склеены и не должны вы- ступать за склейку бумаги более чем на 5 мм. Проникновение клея в смежные слои бумаги не допускается. Состав клея устанавливают по соглашению с потребителем бумаги. Таблица 8.3. Номинальные толщины конденсаторной бумаги, мкм Бумага Марка бумаги 08 1 2 3 кон 10—30 4—30 кон н — 10—30 5—30 — скон, скон н — 10—30 4—22 5—22 скон в, скон нв — 10—15 8—15 8—15 скон о, скон ов — — — 5—22 скон ов, скон онв — — 8—15 МКОН, 10—20 8—30 6—30 6—15 мкон н МКОН в, 10—15 10—15 8—15 8—15 мкон онв эмкон, эмкон н 10—20 10—30 6—30 8—12 эмкон в, эмкон нв 10—15 10—15 8—15 — АНКОН, АНКОН В 10—15 10—15 — — Толщины выпускаемой бумаги приведены в табл. 8.3, некоторые показатели качества — в табл. 8.4—8.9. Измерение толщины конденсаторной бу- маги производят по ГОСТ 13199-67 на образ- це нз десяти слоев бумаги толщиной 15 мкм и менее и из пяти слоев бумаги толщиной более 15 мкм. Пробивное напряжение бумаги определя- ют по ГОСТ 16745-78, количество токопрово- дящих включений — по ГОСТ 16747-80, а tg 6 — по ГОСТ 16746-83. Конденсаторные секции для испытания конденсаторной бумаги изготавливают с фоль- говыми обкладками из фольги по ГОСТ 618-73 площадью не более 30 дм2 с толщиной ди- электрика между обкладками 30—60 мкм, ко- эффициентом запрессовки 0,9, подвергают термовакуумной обработке прн 120±10°С и остаточном давлении не более 27 Па в тече- ние не менее 100 ч, в том числе не менее 50 ч при остаточном давлении не более 2,7 Па, а затем их пропитывают пропиточной массой с tg 6 не более 0,05 % при 90 °C по ГОСТ 6581-75. Коэффициент гладкости К определяют как среднее арифметическое результатов трех из- мерений на профилографе — профилометре мо- дели 201 прн скорости перемещения щупа с радиусом закругления более 2 мкм не более 1 мм/мин вдоль леиты бумаги длиной не ме- нее 5 мм по формуле К = Да/а, (8.1) где Да — максимальное расстояние между впадиной и выступом на профилограмме, мкм; а — средняя толщина бумаги, мкм. Количество слабых мест в бумаге опреде- ляют как среднее арифметическое нз пяти из- мерений, пропуская со скоростью не более 5 м/мин ленту бумаги длиной 5 м, шириной не менее 20 мм между электродами из иержа-
§8,3 Конденсаторная бумага 217 веющей стали по ГОСТ 5949-75 (ширина верх- него плоского электрода 20±0,2 мм; диаметр нижнего цилиндрического электрода 30± 1 мм; усилие прижима электродов к бумаге tie ме- нее 0,1 Н), к которым подведено испытатель- ное напряжение, равное 0,55 требуемого наи- меньшего пробивного напряжения испытуемой бумаги по ГОСТ 1908-82. Механическая прочность конденсаторной бумаги характеризуется ее разрывной длиной, которая в машинном направлении должна быть ие менее 8000 м для всех видов, марок и тол- щин, кроме КОН марки 2, СКОН марок 2 и 3 толщиной до 7 мкм и КОН-2 толщиной 8 мм со Знаком качества, для которых это требо- вание увеличено до 8500 м. Содержание золы бумаги не должно превышать 1,5—3 % (мае.) для АНКОН, 0,38 для КОН марки 1 и 0,33 для КОН марки 2 и 0,3 для всех остальных. Значение pH водной вытяжки должно лежать в пределах 6,2—8,0 для бумаги КОН, 6,5—7,5 для СКОН, 6,3—7,3 для МКОН н 5,5—7,0 для АНКОН. Удельная проводимость водной вытяжки при модуле 1 :50 должна быть для разных марок и толщин не более 2,8—3,3 мСм/м для КОН; 2,81 для СКОН; 2,3 для МКОН; 1,7 для АНКОН, При модуле 1 : 20 — 5,2—6,6 для КОН, 4,6 для МКОН. Влажность бумаг должна быть не более: 9—10 % Для КОН и 6 % Для типа Н; 10 % — для СКОН и 6 % для типа Н; 8 %—для МКОН и АНКОН н 6 % Для типа Н. В малопотерьных бумагах МКОН и АНКОН содержание натрия не должно пре- вышать 0,008 и 0,007 % (мае.) соответственно. В бумаге ЭМКОЙ содержание бора не должно превышать 0,12 % (мае.). В нашей промышленности применяются ие только отечественные, но и импортные кон- денсаторные бумаги. В связи с этим ниже и в табл. 8.10 приведены данные о некоторых за- рубежных бумагах. Финская фирма «Тервакоски» (Tervakos- ki) выпускает ряд видов конденсаторной бу- маги: ТЕРКОН (TERKON) — нз высококаче- ственной конденсаторной целлюлозы, облада- ющей хорошей электрнчеслой прочностью и удовлетворительными диэлектрическими поте- рями при температуре до 85 °C, ТЕРЛО (TERLO) — из высококачественной конден- саторной целлюлозы иа деионизированной во- де с нормальным содержанием а-целлюлозы, обладающей низким содержанием свободных ионов, что позволяет иметь низкие диэлектри- ческие потери при температуре до 120 °C. Рав- номерная и однородная структура бумаги ТЕРЛО снижает рассеяние по электрической прочности н отход конденсаторов по электри- ческой прочности. ТЕРАЛ (TERAL) изготов- ляют на деионизированной воде из облагоро- женной целлюлозы с высоким содержанием а-целлюлозы, что позволяет снизить диэлект- рические потери и повысить термическую стой- кость по сравнению с бумагой ТЕРЛО. Бу- мага ТЕРЛО с адсорбентом именуется ТЕРОКС D (TEROKS D), а бумага ТЕРАЛ с адсорбентом — ТЕРОКС С (TEROKS S). Бу- маги ТЕРЛО (ТЕРОКС D) и ТЕРАЛ (ТЕРОКС С) имеют модификации ХВ — с повышенной электрической прочностью. ТЕРСТАР (TERSTAR) изготовляют из спе- циальной облагороженной целлюлозы на де- ионизированной воде с существенно понижен- ным содержанием свободных ионов; она име- ет равномерную структуру, пониженное содер- жание проводящих включений и других слабых мест, низкие диэлектрические потери, электри- ческую прочность выше, чем у сорта ХВ. Бу- мага вида НЕОТЕР (NEOTER) изготавлива- ется по советской лицензии из борированной целлюлозы и охватывает весь обычный спекто показателей конденсаторной бумаги, но имеет примерно в 2 раза меньшие диэлектрические потери, нх малую зависимость от плотности, что позволяет использовать на переменном то- ке даже 3-й сорт. Французская фирма «Боллоре» (Bollore) выпускает ряд марок конденсаторной бумаги: ВОЛЬТЕК (VOLTEK) соответствует отечест- венной КОН и финской ТЕРКОН; ВОЛЬТАМ (VOLTAM) и ИЗОЛЯМ (ISOLAM) — Фин- ской ТЕРЛО; ДЕЛЬТА М (DELTA М) — финской ТЕРАЛ; ИЗОВОЛЬТ — (ISOVOLT) специальная конденсаторная бумага с низкими диэлектрическими потерями, высокой однород- ностью н равномерностью свойств, понижен- ным рассеянием электрической прочности. ИЗОЛЯМ и ИЗОВОЛЬТ выпускают с введе- нием адсорбентов (АЛЮМИНЕ) (ALUMINE) н с повышенной электрической прочностью — ХС (HS). Бумаги КОН, ТЕРКОН, ВОЛЬТЕК ис- пользуются в конденсаторах постоянного то- ка для защиты от помех, пусковых конденса- торах для электрических двигателей; СКОН, ТЕРЛО X, ВОЛЬТАМ ХС — в металлизиро- ванных конденсаторах; МКОН, ТЕРЛО, ВОЛЬТАМ—в рабочих конденсаторах для электрических двигателей, кондиционеров, лю- минесцентного освещения. АНКОН,' ТЕРЛО, ТЕРОКС D, ДЕЛЬТА М, ИЗОВОЛЬТ, ИЗО- ЛЯМ АЛЮМИНЕ — в конденсаторах для продольной н поперечной компенсации; АНКОН, ИЗОВОЛЬТ, ИЗОЛЯМ АЛЮМИНЕ, ТЕРАЛ, ТЕРОКС С — в электротермических конденсаторах, для продольной н поперечной компенсации; ТЕРСТАР — в двухслойных фольговых конденсаторах переменного тока большой мощности; КОН, СКОН, МКОН, АНКОН, ТЕРЛО В и ХВ — в импульсных кон- денсаторах. На постоянном н импульсном напряжени- ях обычно применяют бумагу повышенной плотности, на переменном высоком напряже- нии при использовании фольговых обкладок — обычную бумагу пониженной (08) плотности и борированную нормальной плотности, прн переменном низком напряжении —- нормальную бумагу н повышенной плотности. В случае бо- рированной бумаги имеется возможность еще более повысить плотность и соответственно электрическую прочность бумаги, Конденсаторная бумага обычно использу- ется в несколько слоев с применением раз- личных пропиточных масс: неполярных и по- лярных, жидких, полужидких и твердых. Применение бумаги в несколько слоев обеспечивает надежное перекрытие сквозных отверстий и проводящих включений. Выбор вида н типономннала бумаги про- изводят из технико-экономических соображе- ний с учетом рабочего напряжения н мощности конденсатора, режима его работы, условий
218 Древесина, бумага, картон, фибра Разд. 8 Таблица 8.4. Показатели бумаги Показатель Марка 1 Толщина, мкм 10 11 12 13 14 15 22 30 Допуски иа толщину, мкм ±0.7 ±0.7 ±1.0 ±1.0 ±1.5 ±2.0 Плотность, кг/м3 970—1030 Среднее пробивное напряжение одного слоя, В, не меиее 360 380 400 420 430 450 530 620 Количество токопроводящих включений иа 1 м2, не более 120 100 80 70 60 50 10 5 Коды ОКП: для КОН-1 толщиной 10—13 мкм для КОН-2 толщиной 4— 6 мкм для КОН-2 толщиной 7— 8 мкм Таблица 8.5. Показатели бумаги Показатель Марка 1 Толщина, мкм 10 И 12 13 14 15 22 30 Допуски на толщину, мкм ±0,7 ±1.0 ±1.5 ±2.0 Плотность, кг/м* 950—1050 Среднее пробивное напряжение одного слоя, В, не менее 380 400 420 430 440 460 510 620 То же для 7-ипа В 420 440 480 490 500 530 — — Количество токопроводящих включений на 1 м* не более 60 50 30 20 18 15 5 3 Количество слабых мест иа площади 0,1 м2 не более (для типа О) Не нормируется Коэффициент гладкости (для типа О) Не нормируется Коды ОКП: для бумаги СКОН-1 толщиной 10—13 мкм для бумаги СКОН-2 толщиной 4— 6 мкм для бумаги СКОН-2 толщиной 7— 8 мкм Таблица 8.6. Показатели бумаги Показатель Марка 0.8 Толщина, мкм 10 11 12 13 14 15 Допуски на толщину, мкм ±1.0 Плотиость, кг/м8 750—850 Среднее пробивное напряжение одного слоя, В, не менее 320 350 390 400 410 420 То же для типа В 350 380 430 440 450 460 Количество токопроводящих включений на 1 ма ие более 40 30 20 12 10
§ 8.3 Конденсаторная бумага 219 КОН по ГОСТ 1908-82 Марка 2 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13 14 15 16 18 20 22 30 ±0,5 ±0,6 ±0,7 ±0,8 ±1.0 ±1,5 ±2.0 1150—1240 1170—1250 1180—1260 1190—1260 1120—1300 240 270 280 320 350 360 380 410 440 450 460 470 480 510 540 580 690 1800 1000 800 500 350 280 200 160 120 100 80 70 70 60 50 20 10 64 3323 2332 — 54 3323 2335; 54 3321 1331 — 54 3321 1333; 54 3322 3331 — 54 3322 3322. СКОН по ГОСТ 1908-82 Марка 2 Марка 3 4 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 20 22 8 9 10 11 12 ±0,5 ±0,6 ±0,7 ±0.8 ±1.0 ±1.5 ±0,5 ±0.6 ±0.7 1150—1240 1170—1250 1180—1260 1190—1260 1260—1340 270 300 330 360 380 400 430 460 470 480 490 500 510 560 590 370 390 410 440 480 — — — 400 420 440 470 510 520 530 540 — — — — 410 430 450 470 630 1000 300 250 180 130 100 80 60 50 40 30 10 750 400 300 200 160 120 100 80 Не нормируется 15 15 12 12 10 Не нормируется 0,5-0,7 54 3323 3232 — 54 3323 3235; 54 3321 2331 — 54 3321 2333; 64 3322 4331 — 54 3322 4332. МКОН по ГОСТ 1908-82 Марка 1 18 20 8 9 10 11 12 13 14 15 17 18 20 30 ±1.5 ±0,6 ±0,7 ±1,0 ±1,5 ±2,0 950—1030 460 470 340 360 380 400 420 430 440 460 470 490 510 620 — — — — 420 440 480 490 500 530 — — — — 8 * 100 80 60 50 30 20 18 15 1 15 10 6 3
220 Древесина, бумага, картон, фибра Разд. 8 Показатель Марка 2 Толщина, мкм 6 7 8 9 10 11 12 Допуски на толщину, мкм ±0,5 ±0,6 ±0,7 Плотность, кг/м3 1150—1240 1170—1250 1180—1260 Среднее пробивное напряжение одного слоя, В, ие менее 300 330 360 380 400 430 460 То Же для типа В — — 400 420 460 490 530 Количество токопроводящих включений иа 1 м2 не более 300 250 170 130 100 80 60 Коды ОКП: для бумаги МКОН-1 толщиной 8 мкм для бумаги МКОН-2 толщиной 6—8 мкм для бумаги МКОН-3 толщиной б—8 мкм Таблица 8.7. Показатели бумаги Показатель Марка 08 Толщина, мкм Допуски иа толщину, мкм То же для типа В Плотность, кг/м3 Среднее пробивное напряженнее одно- го слоя, В. не менее То же для типа В Количество токопроводящих включе- ний на 1 м2 не более То же для типа В 10 ±1 ±0,6 400 450 40 20 11 ±1 ±0,7 440 490 30 16 12 ±1 ±0,7 Для 460 520 20 8 13 ±1 ±1 всех толп] 520 590 15 10 14 ±1 ±1 ин 750—8 540 630 12 9 15 ±1 ±1 50 570 670 10 8 18 ±1,5 ±1,5 720 8 20 ±1,5 ±1,5 800 4 Показатель Марка 2 Толщина, мкм Допуски иа толщину, включая тип В, 6 ±0,5 7 ±0,5 8 ±0,5 9 ±0,6 10 ±0,6 11 ±0,7 12 ±0,7 мкм Плотность, кг/м3 Среднее пробивное напряжение одного 1150—1240 310 1170—1250 340 1170— 1250 440 1170- 1250 450 П80— 1260 500 1180— 1260 550 1180 1260 600 слоя, В, не менее То же для типа В Количество токопроводящих включений 300 250 450 170 520 130 600 100 660 80 720 60 на 1 м2, не более То же для типа В — — 170 130 50 40 30 Таблица 8.8. Значения tg 6 бумаг Условия определения кон | СКОН 1 2 1 1 2 3 Типа Н в сухом виде не более: прн 100 °C при 120 ®С То же для типа В: при 120 °C бумаги, пропитанной трихлор- дифеннлом, при 15 МВ/м. в металлических электродах в конденсаторных секциях 0,0025 0,0032 0,0020 0,0024 0,0032
§ 8.3 Конденсаторная бумага 221 Продолжение табл. 8.6 Марка 3 13 14 15 16 17 18 20 22 30 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 ±0,8 ±1.0 ±1,5 ±2,0 ±0,5 ±0,6 ±0,7 ±0,8 1190—1260 1230—1300 1,26—1,34 470 480 490 500 510 520 560 590 680 310 340 380 400 420 450 490 500 510 520 540 550 560 — — — — — — — — 420 460 480 510 560 570 580 590 50 40 30 26 22 20 10 5 400 300 200 160 120 100 80 70 60 50 54 3324 1331; 54 3324 2331 — 54 3324 2333; 54 3324 3331 — 54 3324 3333. ЭМКОН по ГОСТ 1908-82 Марка 1 10 11 12 12,5 13 14 15 17 18 20 30 ±0,7 ±0,7 ±1 ±1 ±1 ±1 ±1,5 ±1,5 ±1,5 ±2 ±0,6 ±0,7 ±0.7 ±1 ±1 ±1 -1-1 ±1,5 ±1,5 ±1,5 ±2 Для всех толщин 950- -1050 450 490 540 560 590 630 680 850 900 1000 1500 550 590 650 650 670 750 780 __ __ __ —- 60 50 30 25 20 18 15 15 10 6 3 30 25 18 18 16 15 14 — — — Продолжение табл. 8.7 Марка 3 13 ±0,8 14 ±0.8 15 ±0,8 18 ±1 20 ±1,5 30 ±2 8 ±0.5 9 ±0,5 10 ±0,6 11 ±0,6 12 ±0,7 1180—1260 1180—1260 1190—1260 1190—1260 1190—1260 1230—1300 Для всех толщин 1260—1340 650 700 750 1000 1100 1500 460 530 560 580 660 780 50 840 40 900 30 20 12 5 200 160 120 100 80 25 20 18 — — — — — — — — по ГОСТ 1908-82 I МКОН ЭМКОН Марка 08 > 2 3 08 1 2 3 0,0016 0,0020 0,0028 0,0032 0.0012 0,0015 0,0021 0,0026 0,0012 0,0016 0.0022 0,0026 0.0040 0,0045 0.0050 0,0055 0,0035 0,004 0,0045 — 0,0028 0,0033 0,0038 0.0042 0,0023 0,0027 0.0032 0.0035
222 Древесина, бумага, картон, фибра РаЗд. 8 Таблица 8.9. Показатели бумаги АНКОН по ТУ 81-04-591-80 Показатель Марка 08 Марка 1 Толщина, мкм 10 12 15 10 12 15 Допуски на толщину, мкм Плотность, кг/м3 ±0,6 ±0,7 750—850 ±0,8 ±0,6 ±0,7 950—1050 ±0,9 Пробивное напряжение одного слоя, В, ие менее 400 480 600 500 600 720 То же для типа В Количество токопроводящих вклю- 420 500 620 — — —• ченнй на 1 м2 не более 10 6 6 15 17 7 То же для типа В tg 6 ие более: при 90 °C в сухом виде при 120 °C бумаги, пропитанной трнхлорднфеннлом: в секциях в электродах 20 8 0,009 0,0020 0,0025 6 30 17 0,0013 0,0024 0,0030 7 эксплуатации, вида пропитывающего вещества, вида обкладок (фольговых, одно- или двусто- ронне металлизированных) н т. д. При этом возникает потребность оцени- вать заранее er, tg б н электрическую проч- ность конденсаторной изоляции с учетом плот- ности бумаги, содержания зазоров между слоями, параметров пропитывающего вещест- ва. Для этого обычно пользуются приближен- ными формулами, полученными на основе по- следовательных (многослойный диэлектрик на основе тонких кондесаторных бумаг), схем за» мещення. Наиболее часто используют удобные и простые приближенные формулы на основе по- следовательной схемы замещения, лучше дру- гих соответствующей современным представле- ниям о структуре конденсаторной бумаги. Прн этом относительный объем пор в кон- денсаторной бумаге н зазоров между ее слоя- ми х и относительный объем клетчатки (цел- люлозы) 1—х равны: Таблица 8.10. Требования к показателям качества зарубежных конденсаторных бумаг Показатель ТЕРОКС 08 ТЕРОКС 1 ТЕРОКС СХВ1 ИЗОЛЯМ 08 ИЗОЛЯМ 1 ИЗОВОЛЬТ 1,1 ИЗОВОЛЬТ 1,17 Толщина, мкм 10—12 10—16 11—14 14—19 12—15 12—15 10—13 Предельные отклонения ±0,5 мкм ±0,5 мкм ±0,5 мкм ±5 % ±5 % ±5 % ±5 % толщины Плотность, кг/м3 750—850 950— 950— 730—820 950— 1050— 1120— 1050 1050 1040 1140 1220 Количество токопрово- 2—8 4—15 8—13 1—5 1—5 2—10 3—15 дящнх включений на 1 м2 не более Удельная проводимость 10—4 10—4 10—4 2-10—4 2-10—4 3-10—4 3-10—4 водной вытяжки, См/м, ие более pH водной вытяжки 6,0—6,8 6,0—6,8 6,0—6,8 6,0—7,5 6,0—7,5 6,0—7,5 6,0—7,5 Содержание золы, % 1,2—1,8 1,2—1,8 1,2—1,8 0,2 0,2 0,25 0,25' (мае.) Влажность, % tgS сухой бумаги не бо- 6,6—7,4 6,6—7,4 6,6—6,4 4—8 4—8 4-8 4—8 лее: при 90 °C 0,0009 0,0012 0,012 0,001 0,0012 0,00135 0,0015 при 120 °C 0,0012 0,0015 0,0015 0,00125 0,0015 0,0017 0,0020 Примечание. Нижний предел количества токопроводящих включений — для максимальной толщины, верхний предел — для минимальной.
§ 8.3 Конденсаторная бумага 223 ,_1—S'- ,1-,= ™. (8.2) Тк Тк где у и у, — плотности сухой непропитанной бумаги и клетчатки соответственно. Посколь- ку стандартное определение плотности произ- водят для стандартной влажности бумаги ш, %, для ее исключения значение у необходимо умножить на (100—w)/w. Коэффициент запрессовки , (8.3) “Ф + “п где dB и дф — номинальная (расчетная) н фак- тическая толщина диэлектрика между об- кладками; с/л — толщина одного листа конден- саторной бумаги; п — число листов между об- кладками; dn — суммарная толщина зазоров между листами бумаги. Относительная диэлектрическая проницае- мость и тангенс угла потерь е,г н tg б слоистой системы нз конденсаторной бумаги, пропитан- ной жидкостью с диэлектрической проницае- мостью егп и тангенсом угла потерь tg бп: Бумага не является высокочастотным ди- электриком. На переменном токе она исполь- зуется до частот 10 кГц. В конденсаторах она может подвергаться воздействию высших гар- моник с небольшой амплитудой. Во всех этих случаях заметное возрастание потерь вызвано ростом реактивной мощности н потерями в ме- таллических частях конденсаторов, a tg бк принимают неизменным. Электрическая прочность бумажного кон- денсаторного диэлектрика зависит от многих факторов: электрической прочности исходной целлюлозы, параметров конденсаторной бума- ги (толщины, плотности), однородности и равномерности структуры н толщины конден- саторной бумаги, содержания проводящих включений н других слабых мест в бумаге, числа ее слоев, размеров зазоров между слоя- ми, площади н вида обкладок, вида и уровня напряжения н многих других факторов. Оценку влияния некоторых параметров (da, у, егп) на электрическую прочность кон- денсаторной бумаги производят с помощью следующей формулы, полученной на основе последовательной схемы замещения В, Т. Рен- не: , (8.4) р _ t/np,n спр — . “л 1 + &ra V______ егк (?к — V) . (8.6) ______tg бц__________ era / Ку егк \ Уи — Ку (8-5) где егв«6,6 — относительная диэлектрическая проницаемость клетчатки. При пропитке твердыми массами, харак- теризующимися большой объемной усадкой при застываннн нлн полимеризации, г, соог- ветственно снижается. Однако массы с боль- шой усадкой в настоящее время вышли нз упо- требления. С помощью приведенных формул удобно анализировать влияние у, егп и К на ег и tg б конденсаторного диэлектрика. Из (8.4) видно, что с ростом егв прони- цаемость е, повышается, но прн ггп<егх, чем выше у н К, тем выше ег, а прн вгп>Вгк на- оборот. Из (8.6) видно, что tg б увеличивается с ростом tg бк, tg6D и еГп; прн этом в области tg6K~tg бп изменение у мало влияет иа tg6, прн tgoK>tg3n со снижением у tg б снижа- ется, а прн tg6K<tg6n, наоборот, повыша- ется. Формула (8.3) предложена С. К. Медве- девым, а формулы (8.2), (8.4) н (8.5) — Д. С. Варшавским. Известны формулы для оценки ег и tg б, полученные на основе после- довательной схемы замещения И. Ф. Пересе- ленцевым и Н. И. Назаровым, которые легко приводятся к виду (8.4) и (8.5), а также на основе интегральной последовательной схемы замещения С. К. Медведевым, которые в ряде случаев более точны, но меиее удобны для бы- строй оценки. где Z7np.n — переменное пробивное напряже- ние вещества, заполняющего поры; d„ — тол- щина листа конденсаторной бумаги. Прн определении Б'пр,п непропитанной бу- маги по (8.6) в качестве Епр.п по предложе- нию В. Т. Ренне принимают минимальное про- бивное напряжение воздуха в нормальных ус- ловиях в равномерном поле равным 250 В. Экспериментально установлено, что Упр.п=250 В воздуха в порах конденсаторной изоляции наблюдается только при толщине пор выше 100 мкм, а прн меньших толщинах рез- ко возрастает, например, достигая 700, 780, 1000 В прн толщинах 6; 5 и 2 мкм соответст- венно. Аналогичная картина наблюдается для пор, заполненных пропитывающими жидкостя- ми. В данном случае для электрической проч- ности fnp.n тонких зазоров или пор справед- ливо следующее выражение: £np,n = £o(d/4)-n, (8-7) где d — толщина зазора; п=0,27-=-0,4; Ео и d0 — постоянные, зависящие от вида вещества, заполняющего поры. Принимая d0=2,5 мм, П. Н. Бондаренко, С. Н. Койков и Е. А. Сам- сонов экспериментально получили: для кон- денсаторного масла ЕО=23,6 МВ/м; п=0,27; для бензнлнеокапрата £0=21 МВ/м, п=0,328; для феннлкснлнлэтана £0=23,3 МВ/м, = 0,333. При увеличении приложенного к конден- саторной бумаге напряжения сначала возни- кают частичные разряды, а прн дальнейшем подъеме напряжения происходит пробой, воз- никновение которого согласно С. К. Медведе- ву определяется соблюдением следующего ус- ловия: Eap = EapJda + -^- >£nPKd, (8.8) \ Втк /
224 Древесина, бумага, картон, фибра Разд, 8 где i/np — пробивное напряжение бумаги; £пр,к н Епр.п — электрическая прочность клет- чатки и вещества, заполняющего поры; da и dK; егП н в™ — толщины н относительные ди- электрические проницаемости вещества в порах н клетчатки. С учетом соблюдения этого условия по С. К. Медведеву электрическая прочность кон- денсаторной бумаги равна: £пр =----------. (8.9) £цр,К ~Ь £пр,п (1 ~ ) \ Вгк / Значение fnp.K зависит от состава исход- ной целлюлозы. Конденсаторная бумага изго- тавливается нз сульфатной целлюлозы, состо- ящей нз собственно клетчатки (в отечественной целлюлозе 80—85 %), гемицеллюлоз (10- • 15%), а также других примесей. По данным Л. М. Вайсмана прн увеличении содержания а-целлюлозы на 9 % пробивное напряжение образцов неразмолотой сульфатной целлюлозы плотностью 900 кг/м’ возрастает на 18 %. Одновременно на порядок возрастает р и почти вдвое снижается tg б. Можно ожидать существенного повыше- ния электрической прочности — основной ли- митирующей характеристики конденсаторной бумаги в настоящее время за счет уменьшения содержания примесей; различного рода слабых мест, снижающих электрическую прочность реальной конденсаторной бумаги. 8.4. КАБЕЛЬНЫЕ И ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ БУМАГИ Кабельные бумаги. В кабельной технике применяется несколько видов бумаги: для изо- ляции силовых кабелей и арматуры для них, для изоляции телефонных кабелей и для эк- ранирования изоляции силовых высоковольт- ных кабелей. Кабельные бумаги для изоляции силовых кабелей на напряжение до 35 кВ включитель- но и обмоточных проводов для трансформа- торов до 150 кВ изготавливают по ГОСТ 23436-83 следующих марок: К-080, К-120, К-170 — обычная (однослойная), КМ-120, К-140, КМ-170 — многослойная, КМП-120 — многослойная упрочненная (более прочная по разрушающему усилию в машинном направле- нии). Кабельные бумаги для изоляции кабелей на напряжение от ПО до 500 кВ изготавлива- ются по ГОСТ 645-79 следующих марок: КВМ-080, КВМ-120, КВМ-170 — многослойная, КВМС-080, КВМС-120, КВМС-170 — много- слойная стабилизированная, КВМСУ-080, КВМСУ-120 — многослойная стабилизирован- ная уплотненная. Номенклатура и некоторые свойства бу- маг по ГОСТ 23436-83 даны в табл. 8.11, по ГОСТ 645-79 — в табл. 8.12. Механические испытания кабельных бумаг проводятся по ГОСТ 13525.1—79, разрушаю- щее усилие указывается для полоски бумаги шириной 15 мм. Воздухопроницаемость определяется по ГОСТ 13525.14-77. Данные табл. 8.11 и 8.12 показывают, что многослойные бумаги обладают повышенными механическими параметрами, а уплотненные бумаги — пониженной воздухопроницаемостью. Уплотненные бумаги отличаются также повышенной плотностью: Марка бумаги кг/м3 К-080, К-170 780±50 КМ-120, КМ-140 и КМ-170 780±50 КМП-120 780±50 КВМСУ-080, КВМСУ-120 1100±50 КВМ-080, КВМ-170 770±50 КВМС-080, КВМС-170 720±40 Для кабельных бумаг по ГОСТ 645-79, предназначенных для изоляции кабелей напря- жением от ПО до 500 кВ, нормируются тан- генс угла диэлектрических потерь, допустимое содержание натрия, бумаги имеют низкую зольность. При изготовлении бумаг КВМС и КВМСУ вводится стабилизатор, содержащий ионы Mg++, который стабилизирует tg б пропнтан- Таблнца 8.11. Номенклатура, толщина, мехаинческне показатели и воздухопроницаемость кабельной бумаги по ГОСТ 23436—83 Марка и код ОКП Толщина, мкм Разрушающее усилие прн растяжении, Н, не менее Удлинение, %, ие менее Воздухопроницае- мость, мл/мин машинное направление поперечное направление машинное иаправленне поперечное направление К-080, 54 3311 1211 80±5 83 39 2,2 6,6 40 К-120, 54 3311 2211 120±5 128 59 2,2 6,6 40 К-170, 54 3311 3211 170±10 172 83 2,2 6,6 40 КМП-120 120±7 152 64 2,8 7,0 40 КМ-120, 54 3312 1211 120±7 142 64 3,2 9,0 40 КМ-170, 54 3311 2211 170±10 186 93 3,2 9,0 40 КМ-140 140±7 157 74 2,8 9,0 40
§8.4 Кабельные и трансформаторные бумаги Таблица 8.12. Номенклатура, толщина, механические показатели и воздухопроницаемость бумаги по ГОСТ 645-79 Марка и код ОКП Тол щииа, МКМ Разрывное усилие» Н Удлинение, % Воздухопро- ницаемость, мл/мин машинное направление Поперечное направление машинное направление поперечное направление КВМ-080 80±5 74,0 35,0 2,2 8,6 25 КВМ-120 120±7 142,0 64,0 3,2 10,6 25 КВМ-170 170±10 186,0 83,0 3,2 10,4 25 КВМС-080, 54 3313 5211 80±5 69,0 32,0 2,6 8,0 30 КВМС-120, 54 3313 5212 120±7 108,0 49,0 2,6 8,6 30 КВМС-170, 54 3313 5213 170±10 147,0 69,0 2,6 8,6 35 КВМСУ-080, 54 3317 1215 80±5 98,0 49,0 2,2 8,6 8 КВМСУ-120, 54 3317 1216 120±7 137,0 69,0 2,2 8,6 8 ной маслом бумаги в процессе эксплуатации. Значения перечисленных показателей при- ведены в табл. 8.13. Кабельная полупроводящая бумага пред- назначена для экранирования изоляции сило- вых кабелей и арматуры для них. В кабельной технике применяется несколько марок полу- проводящей бумаги по ГОСТ 10751-80. Таблица 8.13. Физико-химические показатели и норма tg б Марка Содержание золы, % (мае.) Содержание Na, % (мае.) tg б (сухая бумага при 100 °C) К-080, К-170 1,0 КМ-120, КМ-140, КМ-170 0,6 — — КМП-120 0,8 — — КВМ-080, КВМ-170 0,28 0,0034 0,0022 КВМС-080, КВМС-120 0,30 0,0024 0,0019 КВМСУ-080, КВМСУ-120 0,30 0,0024 0,0026 Бумага марок КПУ-080, КПУ-120 —ка- бельная полупроводящая уплотненная одно- цветная с включением в композицию техниче- ского углерода, применяется для кабелей на- пряжением 6 кВ и выше. Бумага марок КПДУ-080, КПДУ-120 — кабельная полупрово- дящая уплотненная двухцветная с включением в композицию одного слоя технического угле- рода применяется для кабелей напряжением 110 кВ и выше. Толщина и механические показатели бу- маги приведены в табл. 8.14. Для бумаги марки КПУ нормируется удельное электрическое сопротивление в пре- делах 103—9-10® Ом-м, а для бумаги КПДУ— сопротивление в пределах 5 • 104—106 Ом. Оно определяется с помощью специального элект- родного устройства при прохождении тока че- рез объем и по поверхности образца. Бумагу изготавливают из хвойной суль- фатной небеленой целлюлозы, плотность ее не менее 850 кг/м3, зольность не более 1 %. Из полупроводящей бумаги сажа не дол- жна вымываться нефтяным маслом. Телефонная бумага по ГОСТ 3553-73 (код 54 3331 0211) применяется для изоляции жил телефонного кабеля и используется в непро- питанном состоянии, так как воздействие вы- соких напряжений в этом случае отсутствует, а емкость между жилами должна быть мини- мальной. Поэтому для этой бумаги ограиичи- Таблнца 8.14. Толщина и механические показатели кабельной полупроводящей бумаги Марка и код ОКП Толщина, мкм Разрушающее усилие при растяжении, Н Удлинение, % Воздухопро- ницаемость, мл/мин машннное направле- ние поперечное направле- ние машинное направле- ние поперечное направле- ние КПУ-080, 54 3314 1011 80±5 78 34 2,0 6,0 25 КПУ-120, 54 3514 2011 120+7 118 54 2,0 6,0 25 КПДУ-080, 54 3314 ЗОН 80±5 88 44 2,0 6,0 20 КПДУ-120, 54 3314 4011 120±7 128 64 2,0 5,0 20 8—232
236 Древесина, бумага, картон, фибра Разд. 8 бается плотность ие более 820 кг/м3. Показа- тели бумаги марки КТ-50 приводятся ниже: Высшей категории Первой категории Толщина, мкм .... Разрушающее усилие при растяжении, Н, ие меиее: в машинном иаправ- 50±| 50±f лении в поперечном на- 61 61 правлении .... Удлинение, %, не менее: в машинном направ- 21 20 ленни в поперечном на- 2,0 2,0 правлении .... Сопротивление двойно- му перегибу в машин- ном направлении, чнс- 4,0 4,0 ло двойных перегибов Содержание золы, % 1100 1000 (мае.), не более . . . 0,7 1,0 Влажность, % . . . . 5,0—8,0 4,0—8,0 Телефонная бумага выпускается натураль- ного цвета сульфатной целлюлозы, а также красная, синяя н зеленая. Электротехническая бумага общего на- значения марки ЭТОН-50 предназначена для межслоевой изоляции катушек трансформато- ров, пускорегулирующей и контролирующей аппаратуры, изготовления жгутов для запол- нения межфазовых пустот в силовых кабелях с бумажной пропитанной изоляцией и других аналогичных целей; выпускается по ТУ 81-04-213-73 (код 54 3333 0211). Толщина и плотность бумаги марки ЭТОН-50 такие же, как у телефонной бумаги марки КТ-50. Меха- нические параметры на 8—10 % ниже, чем у бумаги марки КТ-50. Трансформаторная бумага. В трансформа- торостроенни применяется несколько видов электроизоляционных бумаг, изготовляемых по ГОСТ 24874-81: Т-080, Т-120 — обычная; ТМ-120 — многослойная, ТМП-120 — много- слойная упрочненная, ТВ-120 — высоковольт- ная, ТВУ-080 — высоковольтная уплотненная. Бумаги марок Т-080, Т-120, ТМ-120, ТМП-120 применяются для изоляции обмоточ- ных проводов трансформаторов классов напря- жений до 150 кВ, изоляции отводов, емкостных колец н других деталей трансформаторов всех Класов напряжений. Бумага марки ТВУ-080 применяется для изоляции обмоточных проводов трансформато- ров классов напряжений 220 кВ и выше; марки ТВ-120 — для изоляции измерительных транс- форматоров тока и напряжения, а также для высоковольтных вводов. Бумага марки ТВУ-080 имеет повышенную электрическую прочность по сравнению с дру- гими марками. Показатели трансформаторных бумаг по ГОСТ 24874-81 (табл. 8.15) находятся иа уров- Таблнца 8.15. Номенклатура и показатели качества трансформаторных бумаг по ГОСТ 24874-81 и бумаг зарубежных фирм Показатель Норма для бумаг марок Япония, фирма «Томоегава пэ- пер» ТУ (1979 г.) Финляндия, фир- ма «Тервакоски» (1980 г.) США, ASTM D1305-73 IV d (1979 г.) Т-080 Т-120 ТМ-120 ТМП-120 ТВ-120 ТВУ-080 Толщйна. мкм Плотность, кг/м3 Разрушающее усилие при рас- тяжении, Н, не • менее в направ- лении: машинном поперечном Удлинение. %, не менее в направ- лении: машинном поперечном Содержание золы, % (мае.), не бо- 80±5 780 ±60 183 39 2,2 6.6 1,00 120±10 780±50 127 59 2,2 6,6 1,00 120±10 78О±5О 142 64 2,8 8.6 0,80 120±10 780 ±50 152 64 2,6 6,6 0,80 120±10 800 ±50 137 64 2,2 7,6 0,30 80±5 1100±50 118 52 2,2 7,2 0,40 130±10 650—800 110 35 2,0 4,0 0,50 78—83 1040— 1060 120 53 2,2 7.2 0,38 76±10 Не бо- лее 950 91 0,50 лее Содержание же- леза, % (мае.), не более Электрическая прочность, • МВ/м, сухой бу- маги не менее Удельная элект- рическая прово- димость водной вытяжки, , мкСм/см. не бо- лее при модуле 7.0 63 6,7 S3 0,0050 7,2 50 0,0050 7,5 50 0,0040 7,2 20 0,0040 9,0 20 6,5 0,0038 8,5 23 — 1 . ои Код ОКП 54 3381 1211 54 3381 1212 54 3382 1211 54 3382 2211 54 3383 1211 54 3383 2311 —- — —
§ 8.5 Разные бумаги из природных волокон 227 не технических требований к трансформатор- ным бумагам зарубежных фирм: японской «Томоегава пэпер» (Tomoegawa paper), фин- ской «Тервакоски» (Tervakoski). По некоторым параметрам: разрушающему усилию прн рас- тяжении и удлинению, зольности — отечествен- ные трансформаторные бумаги превосходят аналогичную бумагу иностранных фирм. Применение для изоляции обмоточных проводов уплотненной бумаги позволяет повы- сить электрическую прочность их изоляции. На рис. 8.5 приведена зависимость электрической прочности от толщины изоляции проводов, вы- полненной бумагой ТВУ и ТМ, высушенной до влагосодержання 0,3 % и пропитанной транс- форматорным маслом. Изоляция провода ПБУ (выполненная из бумаги ТВУ) имеет более вы- сокую электрическую прочность в среднем на 29 % при воздействии грозовых и коммутаци- онных импульсов н на 50 % при воздействии одноминутного напряжения 50 Гц. Рис. 8.5. Зависимость электрической прочности обмоточных проводов от толщины внтковой изоляции при воздействии импульса 1/10 мкс и одномннутного напряжения 50 Гц: 1, 2 —провод ПБУ, изоляция — бумага марки ТВУ; 3, 4 — провод ПБ, изоляции — бумага ТМ Напряжение сжатия, мп а Рис. 8.6. Зависимость деформации бумаги раз- личной плотности и с различным влагосодер- жанием от напряжения сжатия: /—бумага марки ТВУ-080, влагосодержание 18 %, плотность 1100 кг/м3; 2 —бумага марки ТВУ-080, вла- госодержаиие 1%, плотность 1100 кг/м8; 3 —бума- га Т-120, влагосодержание 8%, плотность 780 кг/м3;. 4 —бумага Т-120, влагосодержание 1%, плотность 780 кг/м3 В процессе изготовления и эксплуатации бумажная изоляция проводов подвергается действию сжимающих нагрузок, которые при- водят к ее деформации. Учитывая значительную суммарную толщи- ну изоляции проводов, деформационные харак- теристики необходимо учитывать при проекти- ровании трансформаторов. На рнс. 8.6 приведена зависимость дефор- мации бумаги различной плотности и с различ- ным влагосодержанием от напряжения сжатия. Деформация бумажной изоляции увеличивает- ся с ростом влагосодержання и имеет более вы- сокие значения для бумаг меньшей плотности. Для бумаг марок ТВ и ТВУ нормированы более низкие значения массовой доли железа, зольности, удельной электрической проводимо- сти водной вытяжки. Трансформаторная бумага вырабатывается из 100 %-ной сульфатной целлюлозы, причем для бумаг марок ТВ и ТВУ используется цел- люлоза более высокого качества Э-2 по ГОСТ 5186-82. Поставка бумаг производится рулонами шириной 500, 650, 700, 750 и 1000 мм. 8.5. РАЗНЫЕ БУМАГИ ИЗ ПРИРОДНЫХ волокон Электроизоляционная пропиточная бумага применяется в основном для. обыкновенного и фольгированного гетннакса. Электроизоляционная пропиточная бумага изготавливается по ГОСТ 3441-81 из сульфат- ной полубеленой целлюлозы по нормативно- технической документации. Пропиточная бумага должна хорошо впи- тывать сннтетнческне смоль!, применяющиеся в производстве гетннакса. Поэтому для нее ого- варивается повышенная впитываемость по ГОСТ 12602-67. Бумага выпускается нескольких марок: ЭИП-50 —масса 1 м2 50 г, ЭИП-66А — масса 1 м2 66 г (пониженной впитываемое™), ЭИП-66Г — масса 1 м2 66 г (повышеной впи- тываемое™), ЭИП-120 —масса 1 м2 120 г. Бумага марки ЭИП-50 выпускается в ру- лонах шириной 500 и 1000 мм, бумага марок ЭИП-66А — ЭИП-66Б и ЭИП-120 — в рулонах шириной 1000, 1500 н 2500 мм. Показатели бумаг приведены в табл. 8.16. Для производства фольгированного гети- накса повышенной влагостойкости применяют бумагу с применением хлопкового волокна ма- рок ЭИПХ-120 по ТУ 13-04-629-82. Основные показатели бумаг.и ЭИПХ-120: состав по во- локну— целлюлозы хлопковой 80 %, сульфат- ной 20 %; масса 1 м2 120±5 г; разрушающее усилие в машинном направлении не менее 34,3 Н; электрическая прочность не менее 4,5 МВ/м, содержание золы не более 0,5 % (мае.). Бумага электроизоляционная намоточная применяется для производства электроизоляци- онных бумажно-смоляных изделий (цилинд- ров, трубок), используемых в трансформато- рах и электрических аппаратах всех классов напряжения. Бумага выпускается по ГОСТ 1931-80 сле- дующих марок: ЭН-50 — толщиной 50 мкм с допуском ±3 мкм; ЭН-70-— толщиной 70 мкм 8*
528 Древесина, бумага, картон, фибра Разд, 8 Т а б л н ц а 8.16. Показатели пропиточной бумаги по ГОСТ 3441-81 Показатель ЭИП-50 ЭИП-66А ЭИП-66В ЭИП-78 ЭИП-120 Код ОКП 54 33512211 54 3352 1211, 54 3352 2211, 54 3351 1211, 54 3353 2211 Разрушающее усилие при растяжении, Н, не менее: в машинном направле- 49,0 54 3352 1212 59,0 54 3352 2212 59,0 54 3351 1212 69,0 74,0 НИН в поперечном направ- 24,0 34,0 29,0 39,0 — лении Капиллярная впнтывае- 35±5 31 ±4 40±4 34±6 >27 мость воды за 5 мнн в среднем по двум направ- лениям, мм Электрическая прочность, 5,0 5,0 5,0 5,0 4,0 МВ/м, не менее Содержание золы, % (мае.) 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 pH водной вытяжки 6,5—8,5 6,5—8,5 6,5—8,5 6,5—8,5 6,5—8,5 Примечание. Для бумаги ЭИП-50 один код для рулонов шириной 500 ЭИП-66А, код 54 3352 1211 для рулонов 500 и 1000 мм, 54 3352 1212 — шириной 2500 ЭИП-66Б и ЭИП-78; для бумаги ЭИП-120 одни код для ширины 2500 мм. и 1000 мм; для бумаги мм, аналогично с бумагами с допуском ±3 мкм, ЭН-100 — толщиной 100 мкм с допуском ±6 мкм. В последние годы для изготовления ци- линдров и трубок применяется намоточная бу- мага марки ЭН-85 с допуском ±5 мкм по ТУ 81-12-22-79. Применение такой бумаги поз- воляет увеличить производительность лакиро- вальных машин и намоточных станков при обеспечении необходимых качественных пока- зателей бумажно-смоляных изделий. Электроизоляционную намоточную бумагу изготавливают нз небеленой сульфатной цел- люлозы по ГОСТ 7500-75; выпускают в руло- нах шириной 1700, 2000, 2200 и 2500 мм. Показатели намоточной бумаги приведены в табл. 8.17. Микалентную бумагу (код 54 3373 1311) применяют в качестве подложки при производ- стве микаленты и изготавливают по ГОСТ 6500-64 нз длинноволокнистого хлопка первого сорта, чтобы обеспечить прочность бумаги в по- крытом лаком состоянии. Бумага выпускается в рулонах шириной 450±2 и 900±5 мм, диа- метром 150—200 мм, средняя толщина бумаги 20±2 мкм; масса 1 м2 17if г; разрушающее усилие при растяжении полоски шириной 15 мм в машинном направлении не менее 25 Н; удли- нение в машинном направлении не менее 3 %; сопротивление надрыву в поперечном направле- нии не менее 15 Н. Реакция водной вытяжки— нейтральная, влажность в состоянии поставки 7±1 %. Оговариваются требования к сорности: Таблица 8.17. Показатели намоточной бумаги Показатель ЭН-50 ЭН-70 ЭН-100 ЭН-85 Код 54 3341 0211 54 3342 0211 54 3343 0211 54 3343 0211 Плотность, кг/м3 Разрывная нагрузка, Н, не менее: 780 780 750 760 в машинном направлении 44 69 76* 98 88 в поперечном направлении 26 32 39 36 Сопротивление излому в машинном направлении после термообработ- ки, число двойных перегибов, не менее 550 550—700* 700 600 Электрическая прочность, МВ/м, не менее 9,0 9,0 7,5 8,5 Капиллярная впнтываемость воды в среднем в двух направлениях, мм 4—10 4—10 6—16 5—12 Содержание золы, % (мае.), не бо- лее 0,7 0,7 0,7 0,7 * Норма для бумаги, которой присвоен государственный Знак качества. П.римечаине. Сопротивление излому после выдержки в термостате 10 ч при 120±2 °C с последующим кондиционированием 4 ч при влажности воздуха 65±2 % и 20±2 °C.
$ 8.5 Разные бумаги из природных волокон -229 Таблица 8.18. Основные показатели бумаги для электролитических конденсаторов Показатель КЭ-10 КЭ-13 КЭ-27 КЭ-35 КЭ-55 КЭ-75 КЭ-95 Толщина, мкм 10±1,0 13±1,2 27±3,0 35±4,0 55±5,0 75±5,0 95+5.0 Плотность, кг/м3, не бо- 850 850 650 600 550 500 500 лее Разрушающее усилие 9,8 9,8 9,8 9,8 11,8 14,7 19,6 при растяжении в ма- шинном направлении, Н, не менее Коэффициент проннца- 45 42 30 20 17 15 12 емости не более число соринок размером 0,5—3 мм на площади 1 м2 должно быть не более 330. Бумагу для электролитических конденсато- ров изготовляют по ГОСТ 12785-77 из обла- гороженной сульфатной целлюлозы с содержа- нием а-целлюлозы не менее 92 % и использу- ют как носитель рабочего электролита, являю- щегося катодной обкладкой в электролитиче- ских конденсаторах «сухого» типа. Бумага дол- жна иметь высокую степень чистоты. Ее золь- ность не должна превышать 0,25 %, удельная электрическая проводимость водной вытяжки при 25°C не более 1,8-10~3 См/м (при модуле 1:50); суммарное содержание железа и меди (в виде металла и солей) в сухой бумаге дол- жно быть не более 0,008 %, в том числе меди не более 0,004 %; влажность — не более 8 %. Бумагу выпускают семи марок и поставля- ют в бобинах, ширина которых устанавливает- ся при заказе по соглашению между изготови- телем и потребителем. Наружный диаметр бо- бин должен быть в пределах 180—200 мм. Основные показатели бумаги приведены в табл. 8.18. Коэффициент <р характеризует увеличение сопротивления электролита в порах бумаги и определяется отношением сопротивления бума- ги, пропитанной электролитом, к сопротивлению электролита толщиной, равной толщине бума- ги. При прочих равных условиях уменьшение коэффициента приводит к снижению tg б и улучшению его температурно-частотных харак- теристик. Крепированную бумагу выпускают двух марок: ЭКТМ по ГОСТ 12769-76 для изоляции отдельных узлов маслонаполненного оборудо- вания и БКК-40 по ГОСТ 10396-75 для защит- ных покровов бронированных кабелей. Бумагу ЭКТМ изготовляют толщиной 0,44±0,09 мм и поставляют в рулонах шириной 1000 мм. Для изготовления бумаги используют вы- сококачественную сульфатную небеленую цел- люлозу марок ЭК-1 и ЭК-2 (ГОСТ 12765-83). Крепированную бумагу изготовляют следу- ющим образом: полотно бумаги с относитель- ной влажностью 60—85 % наматывается на крепирующнй цилиндр, с которого затем сни- мается ножом специальной формы — шабером, при этом происходит крепированне — образо- вание мелких поперечных складок. Затем кре- пированное полотно высушивается, каландри- руется для получения гладкой поверхности и наматывается на барабан. Размер крепа и качество крепированной бумаги зависит от угла заточки острия ножа, влажности бумажного полотна, адгезионной прочности полотна бумаги к крепнрующей По- верхности цилиндра, скорости крепнрования, гибкости и пластичности волокон в полотне бу- маги перед крепированием и других технологи- ческих факторов: степени помола, степени и природы межволокнистых связей, длины и диа- метра волокна. Основные показатели крепированной бумаги по ГОСТ 12769-76 Код ОКП..................... 54 3392 1331 Толщина, мм................. 0,44±0,09 Разрушающее усилие при рас- тяжении в машинном направ- лении, Н, не менее ... 44,2 Удлинение в машинном на- правлении, %, не менее . . 70 Содержание золы, % (мае.), не более...................... 0,8 Электрическая прочность в трансформаторном масле при 90 °C, МВ/м, не менее ... 30 Масса 1 м2, г............... 130±10 pH водной вытяжкн .... 7,0—9,5 Удельная электрическая про- водимость водной вытяжки, См/м, прн модуле 1 : 50 не __3 более........................ 4-10 Приведенная в таблице электрическая прочность определяется на пачке бумаги раз- мером 100x100 мм, состоящий из трех слоев, каждый из которых предварительно растянут усилием 176 Н в перпендикулярном по отно- шению к линиям крепа направлении. Относительно большое удлинение крепиро- ванной бумаги позволяет получить плотную намотку на участках отводов с малым радиу- сом нзгнба, равную по электрической прочно- сти с прямыми участками, что не удается сде- лать при использовании кабельной бумаги или лакотканн нз-за их жесткости'(табл. 8.19). Английская фирма «Уайтлн» выпускает электроизоляционную микрокрепнрованную бу-
230 Древесина, бумага, картон, фибра Разд. 8 Таблица 8.19. Электрическая прочность изоляции из лакоткани и пропитаниой крепированной бумаги Электрическая прочность, МВ/м Вид изоляции Толщина изоляции, мм Лакоткань Крепированная бумага, пропи- танная транс- форматорным маслом 3,70 3,17 3,65 14,80 8,20 3,65 20,50 19,20 магу под названием клупак, которая имеет не- большое удлинение, но обладает высокой ме- ханической прочностью. Разрушающее напряжение при разрыве в машинном направлении При толщине 0,13 мм составляет 107 МПа, электрическая прочность в масле 60 МВ/м. Повышенная прочность бу- маги позволяет использовать ее для бандажи- ровки вместо тафтяной и киперной лент. Раз- работка такой бумаги ведется в настоящее вре- мя в СССР. Крепированную бумагу марки БКК-40 вы- пускают в бобинах шириной 40, 50, 60, 70, 80 и 90 мм, диаметром 450—500 мм. Ее изго- товляют из двух слоев основы двухслойной водонепроницаемой бумаги марки А по ГОСТ 9840-74 массой 1 м2 40 г, склеенных между со- бой битумом марки БН-Ш-у по ГОСТ 1544-52 или марки БНД-40/60 по ГОСТ 11954-66. Основные показатели качества бумаги по ГОСТ 10396-75 Масса площадью 1м2... Степень крепнрования, % (сте- пень крепнррвания опреде- ляют по удлинению полоски бумаги в момент разрыва) Содержание битума, % (мае.) Содержание нафтената меди, % (мае.) (определяется по специальной методике) . . Водорастворимые соли меди , 200—260 25±5 >50 5,0 Отсутствуют Бумага из модифицированной целлюлозы. В настоящее время используется несколько методов модификации целлюлозы, позволяю- щих повысить нагревостойкость и снизить ее гигроскопичность. Одним из способов получения электроизо- ляционной бумаги с повышенной иагревостой- костью является ацетилирование. Впервые та- кая бумага под названием изоцель была раз- работана в Швейцарии фирмой «Сандоз». При ацетилировании готовой бумаги про- изводят ее обработку уксусной кислотой с по- следующей промывкой водой. В этом процессе осуществляется замещение водорода гидро- ксильных групп ацетильной группой — СНзСОО—, причем в каждом глюкозном остат- ке замещение происходит только в одной груп- пе ОН. С увеличением степени ацетилирования механическая прочность бумаги снижается, как видно из следующих данных: если принять разрушающее усилие при растяжении исходной бумаги за 100 %, то при 20 %-ном ацетилиро- вании она составляет 90 %, при 28%-ном — 72,5 % и при 36 %-ном — 56,5 %. По литературным данным ацетилированная бумага соответствует по нагревостойкости классу Е, имеет пониженные значения tg 6 и ег, а гигроскопичность в 2—2,5 раза ниже, чем у обычной кабельной бумаги. Цианэтилированная бумага с повышенной нагревостойкостью под названием пермалекс была разработана для изоляции трансформа- торов н позволяла поднять температуру транс- форматоров на 20—25 “С. Методы ацетилирования и цианэтилирова- ния наряду с преимуществами имеют сущест- венные недостатки, основными из которых яв- ляются их технологическая сложность и высо- кая стоимость продукта. Более простым и эко- номичным методом повышения нагревостойко- Рнс. 8.7. Показатели стабилизированной бума- ги марки КМТУ-080 в сравнении с обычной бу- магой марки ТВУ-080: а — зависимость степени полимеризации от времени и температуры старения в трансформаторном масле стабилизированной бумаги (/, 2, 3, 4) и обычной бумаги (5, 6, 7, 8) (/, 5 —при 180 °C; 2, 6’— при 160 °C; 3, 7 —при 140 °C; 4, 8 — при 120 °C); б —из- менение степени полимеризации в процессе старения в масле при различных условиях (/ — бумага КВУ-080 и 3 —бумага КМТУ-080 в герметичной ем- кости без предварительного вакуумирования; 2 — бу- мага КВУ-080 и 4 — бумага КМТУ-080 в герметичной емкости с азотной подушкой н предварительным ва- куумированием)
, $ 8.6 Бумаги из синтетических волокон 231 Таблица 8.20. Сравнение показателей стабилизированных бумаг с обычными Показатель КМТ-125 ТМ-120 ТВУ-080 КМТУ-080 Толщина, мкм 125 120 80 80 Допуск по толщине, мкм Разрушающее усилие при растяжении, Н, в направлении: —3 —10 —5 —3 продольном 186 134 118 120 поперечном 65 75 65 73 Плотность, кг/м3 800 870 1200 1200 Электрическая прочность, МВ/м, в масле прн 90 °C 68,0 71,0 81,9 80,0 tg 6 в масле прн 90 °C 0,02 0,038 0,0235 0,0228 8г в масле прн 90 °C 2,48 2,99 3,30 3,25 стя целлюлозных материалов является введе- ние различных стабилизирующих добавок. Стабилизированная бумага. В США широ- кое применение получила бумага инсульдур, повышение нагревостойкости н стабилизации свойств которой достигается обработкой рас- твором цианамида (CN2H2). Применение такой бумаги в производстве кабелей и масляных трансформаторов позволило повысить допусти- мую рабочую температуру этих изделий на 10— 25 °C без сокращения срока их службы. В СССР разработано несколько марок ста- билизированных бумаг: КМТ-125 (код 543315 1211) и КМТ-170 (код 54 3315 2211) по ГОСТ 18448-73 и КМТУ-080 и КМТУ-120 по ТУ 81-04-415-76. Физико-мехаиические и электрические по- казатели стабилизированных бумаг в сравне- нии с обычными (по данным ВИТ) приводятся в табл. 8.20. Как видно из приведенных данных, физи- ко-механические и диэлектрические показатели стабилизированных бумаг находятся на уровне аналогичных марок обычных бумаг. Нагревостойкость стабилизированных бу- маг соответствует классу Е. На рис. 8.7 приведены некоторые свойства стабилизированной бумаги по сравнению с обычной (по данным ВИТ). 8.6. БУМАГИ ИЗ СИНТЕТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН Многие синтетические волокна, в первую очередь из ароматических полиамидов, поли- имидов, а также лавсановые, полиэтиленовые и полипропиленовые обладают по сравнению с целлюлозными меньшей гигроскопичностью, по- вышенной нагревостойкостью, биостойкостью, улучшенными электрическими свойствами и весьма перспективны для производства элект- роизоляционных бумаг. Существенное отличие технологических свойств синтетических волокон от целлюлозных требует в производстве бумаг на их основе примеиеиня специфических приемов. Волокна применяют или нарезанные на определенную длину, или непрерывные. Для сцепления синте- тических волокон прн формирования бумажно- го- полотна н при каландрировании применяют разные связующие вещества. В СССР производство электроизоляцион- ных синтетических бумаг осуществляют из на- резанных волокон как мокрым способом (из водной пульпы), так и сухим (осаждение во- локон из воздушного потока на движущуюся бесконечную сетку под действием разрежения под сеткой). В качестве связующих могут быть исполь- зованы: 1) синтетические латексы, поливинило- вый спирт, карбоксиметнлцеллюлоза и др.; 2) термопластичные волокна, например волок- на из ацетата целлюлозы, сополимеров винил- хлорида, винилацетата, модифицированные во- локна из полиамидной, полиэфирной и поли- акрилонитрильной смолы, поливинилспиртовые и полиэтиленовые волокна, которые имеют бо- лее низкую температуру размягчения и плавле- нии по сравнению с основными волокнами. Ко- личество термопластичных волокон, вводимых в бумажную массу из синтетических волокон, ко- леблется от 10 до 40 %. Для получения хими- чески однородной бумаги со свойствами, при- сущими определенному полимеру, используют для связи волокнистое полимерное связующее, так называемые фибриды, представляющие со- бой смесь волоконцов н мелких пленочек поли- мера, диаметром от нескольких микрон до не- скольких миллиметров, способные связываться друг с другом, а также связывать между собой синтетические волокна в процессе формирова- ния бумажного полотна. Связующее изготав- ливают из полимера, химически родственного илн тождественного полимеру, из которого по- лучены волокна, но с температурой плавления на 50—60 °C ниже температуры плавления ос- новного волокна н низкой степенью кристалли- чности. В композицию бумаги волокнистое по- лимерное связующее (ВПС) вводится в ко- личестве 20—70 %. В процессе каландрирова- нии бумаги из синтетических волокон на специ- альных каландрах, имеющих обогреваемые стальные н упругие бумажные валы, под дей- ствием температуры и давления как термопла- стичные волокна, так и ВПС подплавляются и растекаются к точкам пересечения основных волокон, что обеспечивает наиболее прочную связь их между собой, придавая бумаге необ- ходимые свойства. В СССР иа основе нагревостойкого арома- тического полиамидного волокна фенилон и ВПС на основе полимера фенилон (поли-м-фе- нвденизофталамид) разработана и выпускает-
232 Древесина, бумага, картон, фибра Разд. 8 Таблица 8.21. Показатели лавсановых бумаг разных марок по соответствующим ТУ Показатель дпв-1 ДПВ-2 БЭП ЛЭ-34 ЛЭ-12ОК Масса 1 м2, г 25±| 25±f 120±10 34 ±2 120±7 Толщина, мкм 5О±!о 140± 10 — 0,055 ±0,005 — Плотность, кг/м3 Разрушающее напряжение при рас- — — — — 700 ±70 тяжении, МПа, не менее: в машинном направлении 9,8 — — 6,0 — в поперечном направлении — — — 4,0 — Разрушающее усилие при растяже- нии в машинном направлении по- лоски шириной 15 мм, Н, не менее — 8,82 34,3 — 4,9* Капиллярная впитываемость воды в машинном направлении за 5 мин, — — 50 — 50 мм, не менее Влажность, °/о, ие более — — — 1,5 2,0 . * После выдержки 10 мин в воде. ся по ТУ 13-04-596-81 электроизоляционная арамидная бумага марки КМ-60. Бумага мар- ки КМ-60 предназначается для производства композиционных материалов класса нагрево- стойкостн F для пазовой изоляции электриче- ских машин (разд. 20). Она выпускается в ру- лонах шириной 900 мм с допуском ±5 мм. Согласно ТУ бумага КМ-60 должна удов- летворять следующим требованиям: толщина 0,06 мм с допусками: +0,01, —0,007 мм; плот- ность 970±9 кг/м3; разрушающее напряжение при растяжении в продольном направлении не менее 44 МПа, при относительном удлинении не менее 4,5 %; сопротивление надрыву в ма- шинном направлении не менее 11 Н; влажность 4±1 % (в состоянии поставки). Ниже приведены некоторые фактические значения отдельных показателей бумаги КМ-60. Электрическая прочность арамидной бума- ги марки КМ-60 мало изменяется при повыше- нии температуры до 220 °C и при увлажнении при относительной влажности 95 °/о в течение 96 ч. Удельное объемное сопротивление бумаги в исходном состоянии порядка 1014 Ом-м, при 200°C 1013 Ом-м, через 30 сут старения при 220 °C снижается на порядок; через 96 ч ув- лажнения при относительной влажности 95 °/о удельное объемное сопротивление снижается также на порядок. Относительная диэлектрическая проницае- мость равна 2,2—2,3, tg 6 при 1 кГц равен (60—100) • ю-4. В настоящее время отечественной промыш- ленностью выпускается несколько видов элек- троизоляционных бумаг на основе лавсанового волокна. Требования к ним по соответствую- щим ТУ представлены в табл. 8.21. В тексте приведены фактические значения некоторых по- казателей. Электроизоляционная длинноволокнистая бумага марок ДПВ-1 и ДПВ-2 выпускается по ТУ 81-04-459-78 сухим способом из штапельно- го лавсанового волокна по ГОСТ 13231-77 с длиной резки 36 мм; в качестве связующего использован раствор поливинилового спирта марки ПВС-16/1 по ГОСТ 10779-78. Выпуска- ется бумага в рулонах шириной 910 мм с до- пуском ±5 мм; диаметр рулона бумаги марки ДПВ-1 не более 400 мм, диаметр рулона бума- ги марки ДПВ-2 не более 500 мм. Электриче- ская прочность бумаг 4—5 МВ/м, влажность 1,5 °/о в состоянии поставки. Бумага марки ДПВ-1 предназначается для получения компо- зиционных материалов в сочетании с пленкой и в качестве подложки для слюдииитофолия (см. разд. 20 и 19); бумага марки ДПВ-2 — для изготовления деталей прокладок для изо- ляции обмоток электродвигателей пишущих машин. Электроизоляционная длинноволокнистая бумага марки БЭП выпускается по ТУ 13-04- 606-81 сухим способом из штапельного лав- санового волокна по ГОСТ 13231-77 с длиной резки 36 мм; в качестве связующего использо- ван раствор поливинилового спирта марки ПВС-16/1 по ГОСТ 10779-78. Выпускается бу- мага в рулонах шириной 900 и 1000 мм с до- пуском ±5 мм. Электрическая прочность бу- маги 4—5 МВ/м, влажность 1,6 °/о в состоянии поставки. Бумага марки БЭП предназначается для применения в качестве наполнителя для слои- стых пластиков и препрегов (см. разд. 13). К недостатку бумаг марок ДПВ-1 и БЭП относится большая усадка прн пропитке лака- ми: от 10 до 20 % при 150 °C. Лавсановая электроизоляционная бумага марки ЛЭ-34 выпускается по ТУ 13-04-361-82 и бумага марки ЛЭ-120К— по ТУ 13-04-640-82. Бумаги этих марок выпускаются мокрым спо- собом из штапельного волокна лавсан, неиз- витого, термофиксированного 0,17. текс по ТУ 6-06-С-172-83 с длиной резки 6±1 мм (85 %) и волокна поливинилового спирта во- дорастворимого марки МВР-65 (ТУ 6-06-И89- 80) в качестве связующего (15 %). Выпуска- ется бумага в рулонах шириной 900 и 1000 мм с допуском ±5 мм. Электрическая прочность бумаг около 8 МВ/м.
§ 8.7 Электроизоляционные картоны 233 Бумага марки ЛЭ-34 предназначается для производства композиционных материалов классов нагревостойкости В и F для пазовой изоляции электрических машин (см. разд. 20), а марки ЛЭ-120К—в качестве наполнителя в слоистых пластиках (см. разд. 13). При воздействии температуры 150 °C в те- чение 28 сут у бумаг марок ЛЭ-34 и ЛЭ-120К потери массы равны 0, а при 180 °C в течение этого же времени они составляют 6,3 %; усад- ка бумаг за 40 сут при 180 °C составляет в продольном направлении около 9 % и попереч- ном — около 2 %. Электрическая прочность лавсановых бумаг марок ЛЭ-34 и ЛЭ-120К ма- ло изменяется как в процессе теплового старе- ния при 180 °C, так и при воздействии 95 %-ной относительной влажности в течение 24 ч. Удельное объемное сопротивление бумаг как в исходном состоянии, так и через 28 сут ста- рения при 180°C порядка 1013 Ом-м. За 48 ч увлажнения при относительной влажности 95 °/о удельное объемное сопротивление снижается на порядок, а после старения и увлажнения при- мерно на два порядка. За рубежом бумаги из синтетических во- локон имеют довольно широкое применение. Бумаги выпускаются как сухим, так и мокрым способом на основе волокон из ароматических полиамидов, полннмидов, полиэфиров, полиоле- финов др. Высококачественную бумагу номекс (No- mex) из волокон ароматического полиамида и ВПС на основе этого же полимера выпускает в США фирма «Дюпон» (Du Pont). Номекс выпускают пяти марок электроизоляционного назначения, каландрированную и некаландри- рованную для изоляции электрических машин и аппаратов и для производства слоистых пла- стиков повышенной нагревостойкости. Бумага номекс по нагревостойкости превосходит класс Н. Одна из марок содержит до 50 °/о наполни- теля слюды, что повышает ее короноспособ- ность, и по данным фирмы ее можно применять для изоляции высоковольтных электрических машин. Бумага номекс находит применение также для изоляции проводов круглого и пря- моугольного сечений и некоторых типов ка- белей. Японская фирма «Ниппон Арома» (Nippon Aroma) выпускает бумагу типа номекс под названием A-бумага, по своим свойствам не уступающую бумаге номекс, за исключением влагопоглощения, которое при 20 °C и относи- тельной влажности 65 % составляет 6,5 % про- тив 5,5 % у бумаги номекс. Широкое применение имеют бумаги из по- лиэфирного волокна сухого способа изготовле- ния японской фирмы «Вайлен» (Vilene) и фир- мы ФРГ «Карл Фрейденберг» (Karl Freuden- berg) и бумага фирмы «Мики» (Miki, Япония), выпускаемая мокрым способом. Эти бумаги отличаются высокой влагостойкостью и иагре- востойкостью. Определенный интерес представ- ляют бумаги нз смеси волокон ароматического полиамида (60—70 %) и полиэфира (40—30 %) фирм «Вайлен» и «Карл Фрайденберг», полу- чаемые сухим способом, в которых в качестве Овязующего служит полиэфирное волокно с температурой размягчения ниже, чем у основ- ных полиамидных волокон. Все приведенные выше полиэфирные бу- маги зарубежных фирм применяются для из- готовления композиционных материалов, а так- же вместо тонких стеклотканей в некоторых слюдосодержащих материалах и в качестве на- полнителей в слоистых пластиках класса иа- гревостойкости F. За рубежом бумаги из полипропилена из- готовляют без применения связующих и реко- мендуют использовать в высоковольтных кабе- лях. Имеются данные о применении синтети- ческой бумаги на основе полиэтиленовых воло- кон в криогенной технике. 8.7. ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ КАРТОНЫ Общие сведения. Электроизоляционный чер- той (электрокартон) имеет в электротехниче- ской промышленности весьма многостороннее применение н относится к числу старейших электроизоляционных материалов. Свое значение ои сохранил и до сцх пор, несмотря на широкое развитие и применение многих новых синтетических материалов’ клас- сов нагревостойкости выше А, которые в значи- тельной степени вытеснили электрокартон в производстве вращающихся электрических ма- шин и трансформаторов сухого типа. Это объясняется низкой стоимостью и хо- рошими технологическими свойствами электро- картона, которые наряду с высокой стабильно- стью и механической прочностью при достаточ- ной гибкости дают возможность в сочетании с трансформаторным маслом получить изоля- цию с высокими электрическими параметрами. Электроизоляционные картоны разделяют в соответствии с их основными особенностями применения на два вида: работающие в воз- душной среде и в электроизоляционной жид- кости. В производстве электроизоляционных кар- тонов в качестве основного сырья применяют древесную сульфатную целлюлозу. В некото- рые виды картонов добавляют хлопковую цел- люлозу, имеющую высокую степень чистоты и содержащую почти 100 % а-целлюлозы. Для получения хлопковой целлюлозы используют отходы первичной обработки хлопка-сырца — линтер и делинт. Картой, предназначенный для работы в жидкости. Картон применяется в качестве ос- новного твердого материала в силовых транс- форматорах с жидкостным заполнением. По- давляющее большинство силовых трансформа- торов изготовляется с масляным заполнением. Совтол применяется при изготовлении транс- форматоров специального пожаробезопасного исполнения. Жидкий диэлектрик, пропитывая картон, улучшает его электроизоляционные свойства и в то же время, являясь теплоноси- телем, интенсифицирует охлаждение трансфор- матора. В процессе эксплуатации картон подверга- ется воздействию различных факторов: элек- трических, тепловых, достаточно высоким ме- ханическим нагрузкам. В связи с .этим к кар- тону предъявляются весьма жесткие требо- вания. Электроизоляционный картон для транс- форматоров и аппаратов с масляным заполне- нием выпускается по ГОСТ 4194-83 пяти раз- личных марок. Основные свойства и рекомен-
234 Древесина, бумага, картон, фибра Разд. 8 Таблица 8.22. Классификация трансформаторного картона Марка картона по ГОСТ 4194-83 код ОКП Основные свойства Рекомендации по применению AM 54 4312 7322— 54 4312 7324 Эластичный гибкий с вы- сокой стойкостью к дей- ствию поверхностных разрядов Для изготовления деталей главной изоляции трансформаторов напряжением от 750 кВ н выше А 54 4312 1321— 54 4312 1323 Эластичный гибкий с по- вышенной стойкостью к действию поверхностных разрядов Для изготовления деталей главной изоляции трансформаторов напряжением до 750 кВ включительно Б, 54 4312 2321— 54 4312 2328 Средней плотности с по- вышенными электри- ческими показателями Для изготовления деталей главной изоляции трансформаторов напряжением до 220 кВ включительно и для деталей ярмовой и урав- нительной изоляции трансформаторов всех классов напряжения, а также изоляции в дру- гих аппаратах с масляным заполнением В, 54 4312 4321— 54 4312 4323 Повышенной плотности с повышенными электри- ческими показателями Для изготовления деталей продольной и глав- ной изоляции трансформаторов и аппаратов Г, 54 4312 5311, 54 4312 5321— 54 4312 5325 Средней плотности с по- вышенным сопротивле- нием расслаиванию Для получения склеенного картона и для из- готовления изоляционных деталей, применяе- мых в трансформаторах и аппаратах с масля- ным заполнением Таблица 8.23. Основные показатели качества электрокартоиа по ГОСТ 4194-83 Показатель Норма для марок Методы испытания по ГОСТ AM А Б Г ЛИСТОВОЙ 1 рулонный Толщина, мм 2,0±0,15; 2,0±0,15; 1,0±0,1; 0,50+0,05 12432-77 Плотность, кг/м8, картона толщи- ной, мм: 0,5 2,5+0,20; 3,0±0,20 2,5±0,20; 3,0+0,20 1 5+0’10- 1’°—0,15* 2,0±0,15; 2,5±0,20; 3.0±0,20; 4,0±0,30; 5,0±0,35; 6,0±0,40 1,о±о,Ю: 1 S+°’10- 1’°—0,15' 2,0±0,15; 2.5±0,20; 3,0±0,20 900—1150 12432-77 1,0-1,5 — —— 950—1150 900—1150 — 2,0—3,0 880—1000 900—1000 1000—1150 1000—1200 4,0—6,0 —— 1000—1200 — — Предел прочности прн растяжении 39,2 39,2 49,0 39,2 34,3 13525.1-79 в поперечном направлении, МПа, не менее Впитываемость масла, % (мае.), не 30 25 14 13648.5-78 менее Содержание золы, % (мае.), не бо- 0,7 0,7 0,7 0,9 0,9 7629-77 лее Линейная деформация, %, не более з направлении машинном 0,7 0,7 0,8 0,9 12057-81 поперечном 1,0 1,0 1,1 5,0 1,5 — по толщине- 5,0 5,0 6,0 12268-79 Испытательное, напряжение перпен- дикулярно поверхности, кВ, не ме- нее картона толщиной, мм: 0.5 19 1,0 —— 31 28 — 1,5 мм 43 37 мм . 2,0 40 . 40 53 46 2,5 45 45 61 53 3,0 50 50 66 57 — 4;0 76 мм- 5,0 — 84 м—а 6,0 -у- 90 — —
S 8.7 Электроизоляционные картоны 235 Таблица 8.24. Основные показатели жесткого картона Показатель Норма Методы испытания по ГОСТ Толщина, мм 1,0—8,0 12432-77 Допуск по толщине, %: 12432-77 для толщин 1,0—1,6 мм ±7 для толщин 2,0—8,0 мм ±5 Плотность, кг/м3: для толщин 1,0—1,6 мм 1100—1200 для толщин 2,0—8,0 мм 1200—1350 Разрушающее напряжение при растяжении, МПа, не менее: 13525.1-79 в машинном направлении: для толщин 1,0—1,6 мм 100 для толщин 2,0—8,0 мм НО в поперечном направлении: для толщин 1,0—1,6 мм 70 для толщин 2,0—8,0 мм 80 Впитываемость масла, % (мае.), не менее 8 13648.5-78 Линейная деформация, %, ие более: 12057-81 среднее значение в машинном и поперечном направлениях 0,6 по толщине 4,0 Содержание золы, % (мае.), не более 0,7 7629-77 12268-79 Сжимаемость на воздухе под давлением 19,6 МПа после 10 мин выдержки давления, %, не более:. для толщин 2,5—8,0 мм 5 для толщин 1,0—2,0 мм 6 Испытательное напряжение перпендикулярно поверхности, кВ, 12268-79 не менее для толщин: 1,0 мм 35 1,2 мм 40 1,6 мм 45 2,0 мм 55 2,5 мм 62 3,0 мм 70 дации по применению картона в конструкциях трансформаторов приведены в табл. 8.22. Картон марки AM изготовляется с добав- лением хлопковой целлюлозы и ^обладает по сравнению с картоном марки А лучшими элек- трическими показателями, более эластичен, тех- нологичен, лучше поддается деформации рас- тяжения, что является важным условием при изготовлении цилиндров, жестких угловых шайб методом прессования. Картоны марок AM, А, Б выпускаются в листах размером 3000X4000, 3000X2000; 1500ХЮ20 и 1000X1020 мм; картон марки Г толщиной 1,0—3,0 мм в листах размером 850 X XIЮО мм, толщиной 0,5 мм — в рулонах шири- ной 1000 мм. Второе значение размера листа совпадает с машинным направлением волокон. Основные показатели качества картона приведены в табл. 8.23. Все электрические па- раметры картонов по ГОСТ 4194-83, приведен- ные в табл. 8.22, определяют иа образцах, про- шедших вакуумную сушку при остаточном дав- лении не выше 1,33 кПа и пропитанных транс- форматорным маслом. Время сушки указано в ГОСТ 12268-79. Картон марки В, указанный в ГОСТ 4194- 83, в настоящее время отечественной промыш- ленностью не изготовляется. Вместо него пла- нируется выпуск картона «жесткого» повышен- ной плотности, с улучшенными физико-механи- ческими показателями, который будет изготов- ляться методом горячего прессования. Основ- ные технические требования, которым должен соответствовать этот картон, приведены в табл. 8.24. Зарубежные фирмы, поставляющие свою продукцию трансформаторным заводам, также выпускают картоны различных марок. Швейцарская фирма «Вайдман» (Weid- тапп) изготовляет три типа картонов: TI (стандартный), ТШ (пластичный), TIV (пред- варительно сжатый). Картон TI плотностью 1200 кг/м3, толщиной 0,5—6 мм применяется для изготовления дистанцирующих прокладок, шайб, колец. Картон ТШ плотностью 900 кг/м3, толщиной 0,5—6 мм имеет повышенную масяо- впитываемость (30±5 %), применяется для из- готовления фасонных деталей. Картон TIV плотностью 1250 кг/м3, толщиной 1—8 мм из- готовляется методом горячего прессования, имеет повышенную механическую прочность, низкую линейную деформацию и сжимаемость под давлением, применяется для изготовле- ния деталей продольной изоляции, реек, ци- линдров. Картон, как и бумаги, является анизотроп- ным материалом, у которого электрические и механические параметры неодинаковы в раз- личных направлениях. Анизотропия свойств картона обусловлена специфическим располо- жением волокон в листе, которые ориентирова- ны параллельно поверхности листа преимуще-
236 Древесина, бумага, картон, фибра Разд. Я Рис. 8.8. Зависимость электрических парамет- ров пропитанного трансформаторным маслом картона марки А от влагосодержаиия Таблица 8.25. ЕПр в зависимости от злагосодержания картона и времени выдержки Рис. 8.9. Зависимость электрической прочности перпендикулярно поверхности пропитанных маслом картонов марок А, Б и «жесткий» от толщины ственно в машинном направлении. В связи с этим, например, линейная деформации (усад- ка) по толщине значительно больше (в 5 раз), чем в машинном или поперечном направлении. В меньшей степени отличаются механическая прочность при растяжении картона и электри- ческая прочность по поверхности в машинном и поперечном направлениях. На показатели качества картона заметное влияние оказывает влага. Картон является гигроскопичным материалом и в состоянии по- ставки содержит 6—8 °/о (мае.) воды. При по- вышенных значениях относительной влажности воздуха, например 80 %, количество воды в нем может возрастать до 14 % (мае.). От вла- госодержания картона в значительной мере за- висят его электрические показатели, в мень- шей степени влага влияет на его механические показатели. Зависимость электрических показателей пропитанного трансформаторным маслом кар- тона марки А от влагосодержаиия приведена на рис. 8.8. Электрическая прочность опреде- лялась в трансформаторном масле при 90±2°С при плавном подъеме переменного напряже- ния частотой 50 Гц до пробоя образца. Значе- ния tg 6, 8г и р определялись на пропитанных образцах картона на воздухе при 90 ±2 °C. Размер образцов и методика определения электрических показателей соответствовали ГОСТ 6433.2-71 и ГОСТ 6433.4-71. В табл. 8.25 приведены значения выдержи- ваемой напряженности электрического поля в зависимости от влагосодержаиия картона. С увеличением времени воздействия электриче- ского поля Eaf картона снижается. Прн влагосодержании 3 % электрокартон толщиной 3 мм выдерживает в течение 1 ч на- пряженность поля 12 МВ/м; с увеличением вре- мени воздействия до 10 ч выдерживаемая на- пряженность электрического поля снижается до 7 МВ/м. Зависимость электрической прочности пер- пендикулярно поверхности для пропитанных маслом картонов различных марок от толщины приведена на рис. 8.9. Электрическая прочность Влагосодержанне, % (мае.), при котором картон выдер- живает напряженность поля, МВ/м 12 7 4 Б 3,0 1 Б Б А AM 3,0 2,0 2,0 3,0 10 1 1 1 Не вы- держи- вает То же » » » » 0,7 3,0 3,о 3,0 4,0 5,6 4,0 6,0 4,0 6,5 картонов с увеличением плотности возрастает. Наибольшее различие в электрической прочно- сти для картонов разных марок наблюдается в области малых толщин. На рис. 8.10 приведена зависимость напря- жений возникновения скользящих разрядов и перекрытия по поверхности картона марки Г от расстояния между электродами. Напряжения возникновения скользящих разрядов в продольном и поперечном направ- лениях образцов картона мало отличаются друг от друга, в то время как напряжения Рнс. 8.10. Зависимость напряжения возникно- вения скользящих разрядов и перекрытия в продольном и поперечном направлениях карто- на марки Г от расстояния между электродами: 1 — напряжение появления скользящих разрядов, продольные образцы; 2 — то же, поперечные образ- цы; 3 — напряжение перекрытия, продольные образ- цы; 4 — то же, поперечные образцы
§ 8.7 Электроизоляционные картоны 237 Рис. 8.11. Зависимость tg б и е, картона мар- ки Б, пропитанного трансформаторным мас- лом, от напряженности электрического поля Рис. 8.12. Зависимость tg б и ег картона мар- ки Б, пропитанного трансформаторным мас- лом, от температуры Рис. 8.13. Зависимость сжимаемости целлюлоз- ного картона от его плотности при давлении 19,6 МПа. Измерения на воздухе при 20 °C (7) и в трансформаторном масле при 90±5°С (2). Методика ГОСТ 12268-79 перекрытия между электродами в поперечном направлении значительно выше, чем в про- дольном. Зависимости ег и tg б пропитанного мас- лом картона от приложенного напряжения и температуры показаны на рис. 8.11 и 8.12. Картон, применяемый в трансформаторах для деталей продольной изоляции, в процессе работы подвергается действию постоянной сжимающей нагрузки. При этом для обеспе- чения необходимой электродинамической стой- кости обмоток усилие запрессовки не должно снижаться в процессе эксплуатации ниже оп- ределенного уровня. Для оценки работоспо- собности картона в этих условиях представля- ют интерес такие механические характеристи- ки картона, как сжимаемость, ползучесть и ре- лаксация напряжений. Нормированная ГОСТ 4194-83 сжимае- мость картона определяется как деформация под действием статической нагрузки, равной 19,6 МПа. Сжимаемость картона зависит от его плот- ности и количества содержащейся в нем влаги (рис. 8.13). С увеличением плотности, а также после сушки и пропитки трансформаторным маслом сжимаемость картона уменьшается. Картон относится к материалам, которые не подчиняются закону Гука, поэтому для оп- ределения его деформации под нагрузкой поль- зуются экспериментально полученной зависи- мостью er=f(a). Ha рис. 8.14 приведены кри- вые er=f(a), снятые в режиме «нагрузка — разгрузка», для картонов различной плотности в исходном состоянии и подвергнутых сушке н пропитке в трансформаторном масле. Картон большей плотности и пропитанный маслом имеет меньшие деформации при равной на- грузке. В режиме «разгрузка» кривые идут несколько выше, что объясняется появлением пластических деформаций, которые характер- ны для упруговязких материалов. Картон обладает свойством релаксации, т. е. уменьшения напряжения в материале во времени при постоянной деформации. На рис. 8.15 приведены кривые релаксации напряжения для пропитанных трансформаторным маслом картонов различной плотности. В начальной- стадии процесс релаксации характеризуется быстрым снижением напряжения, затем он за- медляется и идет по закону, близкому к экс- поненциальному, с постоянно убывающей ско- ростью. Рис. 8.14. Деформация картона разной плот-' ности в режиме испытаний нагрузка-разгрузка: 1 — «жесткий» электрокартон плотностью 1220 кг/м3, высушенный н пропитанный трансформаторным мас- лом: 2 —картон марки Б плотностью 1030 кг/м3 в исходном состоянии; 3 — картон марки Б плотностью 1030 кг/м3, высушенный н пропитанный трансформа- торным маслом Рис. 8.15. Кривые релаксации напряжения про- питанных трансформаторным маслом картонов различной плотности: 1 — «жесткий» картон плотностью 1300 кг/м3; 2—’ картон марки Б плотностью 1030 кг/м* -
238 Древесина, бумага, картон, фибра Разд. 8 Рис. 8.16. Кривые ползучести для высушенного и пропитанного трансформаторным маслом картона разной плотности при сжимающей нагрузке: 1 — «жесткий> картон плотностью 1350 кг/м5 при 50 °C: 2— то же прн 75 °C: 3 — картон марки Б плот- ностью 1050 кг/м3 при 50 °C; 4 — то же при 75 °C Рис. 8.17. Изменение степени полимеризации картона в процессе теплового старения при различных температурах, нагревостойкого кар- тона марки БН (4, 5, 6) и обычного картона марки Б (1, 2, 3): 1, 4 — при 180 °C; 2, 5 —при 160 °C; 3, 6—при 140 °C Скорость релаксации зависит от темпера- туры н плотности картона — с ростом темпе- ратуры скорость релаксации увеличивается. В более плотных картонах релаксации проте- кают медленнее. Поэтому для деталей про- дольной . изоляции трансформаторов старают- ся применять плотные картоны, что позволяет сохранять усилие запрессовки обмоток на бо- лее высоком уровне и обеспечивать их элект- родинамическую стойкость. На рйс.8.16 прйвёдёны кривые ползуче- сти (изменения деформаций при постоянной нагрузке во времени) для высушенных и пропитанных трансформаторным маслом кар- тонов разной плотности прн сжимающей на- грузке. Ползучесть картона зависит от меха- нического напряжения, плотности и темпера- туры. С увеличением напряжения и темпера- туры скорость ползучести увеличивается, с увеличением плотности процесс замедляется. Тепловое старение целлюлозного картона, пропитанного минеральным (трансформатор- ным) маслом, в основном подчиняется тем же закономерностям, что и старение других цел- люлозных материалов. Наиболее чувствитель- ным индикатором старения является степень полимеризации целлюлозы (в частности, вяз- кость кадаксенового раствора), а также уси- лие надлома и прочность на продавливание. На тепловое старение картона оказывают влияние его влагосодержание, кислород воз- духа, продукты окисления масла и напряжен- ность электрического поля. В процессе старе- ния картон теряет механическую прочность, становится хрупким, электрические показате- ли его при этом мениются незначительно. На рис. 8.17 приведены кривые изменения степени полимеризации, определенные по вязкости ка- даксенового раствора, в процессе теплового старении при различных температурах. Введение стабилизаторов в целлюлозу, а также использование модифицированной цел- люлозы для изготовления картона повышает его стойкость против старения н увеличивает срок службы изоляции. За рубежом выпускаютси картоны повы- шенной нагревостойкости класса Е (120 °C). Отечественной промышленностью также освоен выпуск аналогичного картона, нагревостой- кость которого достигнута за счет введения стабилизирующей добавки. Картон изготовля- ется по техническим условиям ТУ 81-04-557-/9 под маркой БН и по своим физико-механичес- ким и электрическим параметрам находится на уровне картона марки Б по ГОСТ 4194-83. В табл. 8.26 приведены сравнительные по- казатели картона марок БН и'Б. Пробивные напряжения картона марки Б н образцов литой целлюлозной изоляции при постоянном н импульсном напряжениях при- ведены в табл. 8.27, а в табл. 8.28 — прн по- стоянном и переменном напряжениях. Электрическая прочность перпендикулярно поверхности при воздействии постоянного на- пряжения определялась по ступенчатой мето- дике с выдержкой на каждой ступени 5 мин. Напряжение по поверхности при воздей- ствии постоянного напряжения и полного гро- зового импульса определилось иа образцах размером 320X320 мм. Расстояние между электродами — 57 мм. Методика . испытаний импульсным напряжением — по три импульса на ступени. Испытания проводились до пробоя образца. На рис. 8.18 приведена кривая зависимо- сти tg 6 электрокартона прн влагосодержании 0,9 °/о в интервале от +25 до —60 °C. С понижением температуры их характери- стики улучшаются, tg 6 достигает минималь- ных значений прн температуре от —20 до —30 °C. При дальнейшем понижении темпера- туры до —60 °C наблюдается незначительное увеличение tg 6. В конструкциях трансформаторов все большее применение находят детали сложной конфигурации, изготавливаемые из целлюлоз- ной массы илн отпрессованные из листового картона. За рубежом такие детали изготовляются рядом фирм, специализирующихся иа произ- водстве электроизоляционных материалов.
§ 8.7 Электроизоляционные картоны 239 Таблица 8.26. Показатели иагревостойкого картона марки БН и обычного марки Б (по данным ВИТ) Показатель Нагревостойкий картов мерки БН Обычный картой марки Б Толщина, мм 2,0±0,14 2,0±0,15 Плотность, кг/м* 1020 1030 Разрушающее напряжение при растяжении, МПа, в попереч- ном иаправлеини 58,0 60,0 Относительное удлинение, %, в поперечном направлении 11,0 11,9 Впитываемость масла, % Лииейиая деформация, %, в направлении: 23,0 24,0 машинном 0,6 0,6 поперечном 0,8 1,04 по толщине 4,2 4,0 Электрическая прочность, МВ/м Стойкость к воздействию поверхностных разрядов, мни: 45,2 45,0 средняя 23 21 минимальная 17 15 Содержание золы, % (мае.) 0,5 0,5 Таблица 8.27. Пробивные напряжения картоиа марки Б и образцов литой целлюлозиой изоляции при постояииом и импульсном напряжениях в пропитанном состоянии в масле Наименование материала Пробивное на- пряжение пер« пендикулярио поверхности, кВ Пробивное на- пряжение вдоль поверхности образцов, кВ Пробивное на- пряжение вдоль поверхности прн воздействии пол- ного грозового импульса, кВ Образцы картона мар- ки Б толщи- ной 2,0 мм 326 251 133 Образцы ли- той изоля- ции толщи- ной 4,0 250 319 153 Таблица 8.28 Пробивные напряжения картоиа и образцов литой изоляции в пропитанном состоянии в масле Наименование материала Пробивное напряжение перпендику- лярно поверх- ности, кВ, прн воздейст- вии напря- жения Пробивное напряжение вдоль поверх- ности образ- цов, кВ. при воздействии напряжения по- стоян- ного пере- мен- ного по- стоян- ного пере- мен- ного Образцы картона марки Б толщи- ной 2,0 мм 326 80 251 58,4 Образцы литой изоляции тол- щиной 4,0 мм 250 95 319 59,2 Как правило, изготовление деталей, осо- бенно крупногабаритных, например прямых и обратных воротниковых шайб, производится методом формования нз сырого листа-папки, снятого с форматного вала картоноделатель- ной машины. В СССР производство деталей сложной конфигурации освоено ПО «Запорожтранс- форматор». Изготовление деталей производит- ся методом вакуумного формования в сетча- тых формах с последующим горячим прессо- ванием. В качестве сырья используются отходы картона. Детали более простой кон- фигурации изготовляют прессованием из мяг- ких картонов марок А и AM. Изготовление электроизоляционных угло- вых шайб методом литья из целлюлозной массы или методом прессования из картоиа является более прогрессивным по сравнению с существующим способом изготовления лепест- ковых угловых шайб из рулонного электро- картона толщиной 0,5 мм. Изготовление шайб по первым двум методам позволяет экономить дорогой и дефицитный электрокартои за счет уменьшения толщины деталей, снизить трудо- емкость при изготовлении и установке шайб на активную часть трансформаторов, умень- Рис. 8.18. Зависимость tg 6 электрокартона от температуры
24б Древесина, бумага, картон, фибра Разд. 8 шить изоляционные расстояния, массу и габа- риты, повысить эксплуатационную надежность. Из целлюлозной массы изготовляют детали более сложной конфигурации, придавая им наиболее рациональную форму с точки зрения пробоя, максимально приближая ее к конфи- гурации эквипотенциальных поверхностей элек- трического поля. Сравнительные показатели деталей слож- ной конфигурации изготовленных методом литья и прессованных из картона приведены в табл. 8.29. Картой, предназначенный для работы в воздушной среде. Электрокартон указанного типа применяется в производстве вращающих- ся электрических машин (для пазовой изоля- ции), изоляции магнитопроводов аппаратов, прокладок и подобных нм деталей самого раз- личного профиля и формы. Такой картон дол- жен обладать большой плотностью и в то же время быть достаточно эластичным. Для повышения эластичности в компози- цию картона вводится хлопковое волокно. С цёлью уменьшения гигроскопичности картон в системе изоляции пропитывают соответству- Т а б л и ц а 8.29. Сравнительные показатели деталей сложной конфигурации, изготовленных методом литья и прессованных из электрокартона Литые детали Прессо- ванные детали Показатель Шайба с выхо- дом конца Воротниковая шайба с выхо- дом конца Угловая шайба Толщина, мм 2,78— 3,13 2,0—2,5 2,8—3,05 Плотность, кг/м3 500 600 0,99—1,1 Масловпитывае- мость, °/о (7„р, кВ: 120 89 24,0— 25,0 ПЛОСКОСТЬ 65 60 90 патрубок 55 61 — угол (плос- 60 55 — кость — пат- рубок) угол .(пол- 65 —- 75 ка — полка) Е„р, МВ/м: плоскость 25,8 21,1 30,0—32 патрубок 22,0 20,6 — угол (плос- 17,0 19,0 —•> кость — пат- Р5’бок) 20,0 угол (пол- — 25,7 ка — полка) tgfi 0,0043 0,0040 0,005— 0,007 8г 3,3 3,6 3,8—4,5 Зольность, % 0,7 0,7 0,7 (мае.) Примечание. Диэлектрические показатели измеряли после вакуумной сушки и пропитки транс- фор'маторчьм маслом. ющими лаками и компаундами, после чего па его поверхность наносится слой покрывного лака или эмали. Картон для работы на воздухе выпускают по ГОСТ 2824-75 пяти следующих марок: ЭВС (коды ОКП 54 4311 1311—54 4311 1315) —для пазовой изоляции автомобильных стартеров и других деталей автотракторного оборудования; ЭВП (коды ОКП 54 4311 2311, 54 4311 2312)—для производства пленкокартоиа; ЭВТ (коды ОКП 54 4311 3311—54 4311 3318)—для изоляции деталей электрических машин и аппаратов; ЭВ (коды ОКП 54 4311 4311—54 4311 4327) — для общих целей электроизоляции, а также изоляции электрических машин, элект- рооборудования и электроаппаратов; ЭВА — для производства деталей авто- тракторного электрооборудования. Картоны марок ЭВП, ЭВТ и ЭВА выпус- каются в рулонах, картоны марок ЭВС и ЭВ—в рулонах и листах. Размеры листов кар- тона и ширина рулона устанавливаются со- глашением сторон. Ширина рулона картона марки ЭВП—507±3 мм, картона марки ЭВА— 1020—1050 мм. Допустимые отклонения от ус- тановленных размеров листов не должны пре- вышать ±3 мм. Косина листового картона пе должна превышать 3 мм. Основные показате- ли качества картонов приведены в табл. 8.30. Картоны марок ЭВ и ЭВТ вырабатывают- ся без применения проклеивающих веществ, картон марки ЭВП проклеивается с целью уменьшения гигроскопичности канифольным клеем, а картон марки ЭВС, кроме канифоль- ного клея, — крахмалом. Для картона, применяемого в качестве па- зовой изоляции электрических машин, суще- ственное значение имеют его механические и электрические параметры после перегибов. По- этому ГОСТ 2824-75 нормирует показатели механической и электрической прочности кар- тона как в исходном состоянии, так и после перегибов. Картон толщиной 0,1—0,5 мм ис- пытывают до и после перегибов, картон тол- щиной 1—3 мм — только в исходном состоянии. При определении разрушающего напря- жения картона прн растяжении после переги- ба образцы картона толщиной 0,1—0,5 мм и шириной 15±1 мм после кондиционирования изгибают посредине их длины перпендикуляр- но большой оси на 180° и прокатывают роли- ком под нажатием 147 Н, затем полоску по месту изгиба перегибают в обратном направ- лении на 360 ° и снова прокатывают. Испыта- ния проводят на образцах, вырезанных в ма- шинном и поперечном направлениях. Электрическую прочность картона опреде- ляют на образцах размером 300X300 мм после их сушки при 105 ±2 °C до постоянной массы. Образцы картона для определения элект- рической прочности после перегибов изгибают в специальном приспособлении на расстоянии 40 мм от края параллельно кромке образца иа 180° в одну сторону, затем на 360° в дру- гую, прокатывая каждый раз роликом с на- жатием 147 Н. Такие перегибы производят параллельно всем кромкам образца. На лини- ях перегиба как в продольном, так и В по-
Таблица 8.30. Показатели картонов марок ЭВС, ЭВП, ЭВТ, ЭВ и ЭВА Показатель ЭВС ЭВП ЭВТ ЭВ ЭВА рулонной листовой Состав по волокну, %: тряпичного волокна или хлопковой не- беленой целлюлозы не менее 15 20 30 Не нормируется — — целлюлозы суль- фатной небеленой марки ЭК не более 85 80 70 — — 100 целлюлозы суль- фатной небеленой марки НС-2 Толщина, мм 0,20±0,02; и»1и—0.01» 0.Ю±3;°?; 0,10+Ж 100 1,00±0,10; 0,30±0,03 0,25±0,02; 0,30±0,03; 0,35±0,03; 0,40±0,03 0,20±0,02 0,15±0,02; 0,20±0,02; 0,25±0,02; 0,30±0,03; 0,40±0,03; 0,50±0,05 0,15±0,02; 0,20±0,02; 0,25±0,02; 0,30=4=0,03; 0,35=4=0,03; 0,40=4=0,03; 0,50±0,05 1,25 ±0,10; 1,50±0,10; 1,75±0,15; 2,00=4=0,20; 2,50+0,20; 3,00±0,25 Плотность, кг/м3 1250; 1200* 1250 1150 1150 1000; 950** 1200 Разрушающие напряже- ния при растяжении, МПа, не менее в ис- ходном состоянии: в машинном направ- лении 127 127 118 98 83 118 в поперечном на- правлении 34 34 31 25; 34*** 39 34 § 8.7 Электроизоляционные картоны
Показатель ЭВС эвп эвт То же после перегибов: в машинном на- правлении 98 98 78 в поперечном на- правлении 29 25 25 Электрическая прочность после сушки, МВ/м, не менее: до перегибов при толщине, мм: 0,10-0,15 — 12 13 0,20-0,25 12 12 13 0,30 — — — 0,30—0,40 12 — 12 0,50 — — 12 1,0-2,0 — — — 2,5-3,0 — — — по линиям перегиба в среднем по двум направлениям прн толщине, мм: 0,10—0,25 9 10 0,30—0,40 — — 9 0,20—0,40 10 — — 0,10—0,50 — — — * Для толщины 0,40 мм. •• Для толщины 2,5— 3,0 мм. •*♦ Для толщины 0,2—0.5 мм. **** Для картона со Знаком качества.
Продолжение табл, 8.30 ЭВ ЭВА рулонной лнвтово"’ 78 — 78 25 — 29 12 11 — — — — 11 11 — — 10 — — — 10 — 8 9*««» — — — — — 8 — - — 8 — — to 4* to Древесина, бумага, картон, фибра Разд. 8
§ 8.8 ' Фибра 243 Рис. 8.19. Допускаемые пределы жесткости картона в зависимости от толщины: А — продольное направление; Б — поперечное направ- ление перечном направлениях не должно быть тре- щин. Определение электрической прочности про- водят на выпрямленном образце по линиям изгиба в пяти точках и на топ части образ- ца, которая ие подвергалась изгибу. Для картонов толщиной 0,1—0,5 мм нор- мирован показатель жесткости при изгибе и машинном и поперечном направлениях. В ка- честве условной единицы жесткости принята жесткость образца картона шириной 38 мм, свободный конец которого под действием силы 2 мН, приложенной на расстоянии 50 мм от места закрепления, отклоняется на угол 15°. Испытания проводятся по ГОСТ 9582-75. До- пустимые пределы жесткости в зависимости от толщины приведены на рис. 8.19. 8.8. ФИБРА Листовая и трубчатая фибра применяется в электромашине- и аппаратостроении преи- мущественно в качестве конструкционно-изо- лиционного материала, а также как дугогася- ший материал. Применение фибры в качестве дугогаси- тельных элементов электрических аппаратов обусловлено ее газогенерирующими свойствами, т. е. способностью под действием высокой тем- пературы электрической дуги разлагаться с выделением большого количества газов (СО;, СО, Н2, Н2О), которые в конструкции аппара- тов используются для гашения электрической дуги. В настоящее время для дугогасительных элементов применяют также другие материа- лы: органическое стекло, винипласт, феиоло- формальдегндные смолы, которые обладают более высокой механической прочностью и лучше сохраняют свои диэлектрические свой- ства при работе на открытом воздухе. Поэто- му использование фибры сокращается. По способу изготовления фибра является многослойным пергаментированным картоном, Для производства электротехнической фиб- ры применяют бумагу без проклейки, содержа- щую в композиции примерно в равных количе- ствах хлопковую целлюлозу (илн полумассу из хлопчатобумажного тряпья) и древесную беленую облагороженную целлюлозу; послед- нюю можно заменить сульфатной предгидро- лизной целлюлозой, получаемой по специаль- ной технологии, содержащей минимальное ко- личество лигнина, иикрустов и т. п. При изготовлении фибры соответствующая полуфабрикатная бумага пропускается через ванны, содержащие горячий раствор хлористо- го цинка. При этом на поверхности волокон образуется клейкий слой, который при после- дующей намотке бумаги до нужной толщины на медный вал склеивает слои бумаги; одно- временно происходит уплотнение материала. Полученный на валу накат разрезается на ли- сты, которые после выдержки на воздухе в течение суток (для повышения степени перга- ментирования) подвергаются процессу выще- лачивания в ряде бассейнов-диффузоров, со- держащих раствор хлористого цинка посте- пенно уменьшающейся концентрации; послед- ний бассейн содержит чистую воду. После выщелачивания листы фибры под- вергаются сушке. В случае коробления листов при сушке они размачиваются и прессуются на гидравлическом прессе при температуре около 100 °C. Фибровые трубки обычно получают намот- кой бумаги, прошедшей ванну с раствором хлористого цинка, на стержни-оправки соот- ветствующего диаметра с последующими съе- мом с оправок и сушкой. Фибровые трубки изготавливают согласно ГОСТ 11945-78; они предназначены для йзго- Таблица 8.31. Показатели фибровых трубок по ГОСТ 11945-78 Показатель Норма для трубок марок ВВ НВ 1 к Плотность, кг/м3, не менее 1420 1380 1300 Разрушающее напряжение при растяжении вдоль оси, МПа, не менее 69 64 49 р при 20±2°С, Ом-м, не менее 10’ 10’ — Содержание хлористого цннка, % (мае.), не более 0,15 0,15 0,15 Содержание золы, % (мае.), не более Влажность, %, не более 0,07 0,15 0,15 9 8 10 Код ОКП 54 5831 0001, 54 5832 0001, 54 5835 0002, 54 5831 0002 54 5832 0003 54 5835 0003
244 Древесина, бумага, картон, фибра Разд. 8 товления дугогасительных элементов трубча- тых разрядников, газогенерирующего корпуса низковольтных предохранителей. В табл. 8.31 приведены некоторые показатели трубок элек- тротехнического назначения. Листовую электротехническую фибру из- готовляют согласно ГОСТ 14613-69 (марка ФЭ, коды ОКП 54 5815 1001—54 5815 1008). Показатели электротехнической листовой фибры (марки ФЭ) Толщина, мм.............. 0,6—3,0 Допускаемые отклонения ±0,1 — ±0,5 по толщине, мм Плотность, кг/м3, не менее: при толщине 0,4— 0,9 мм............... 1100 при толщине 1,0— 3,0 мм............... 1200 Разрушающее напряжение при растяжении МПа, не менее в машинном на- правлении: при толщине 0,4— 0,9 мм......................... 6,9 при толщине 1,0— 3,0 мм......................... 7,4 То же в поперечном направ- лении для всех толщин 4,4 Электрическая прочность, МВ/м, не менее: при толщине 0,4— 1,0 мм.................. 7,0 (8,0 для фибры со Зна- ком качества) при толщине 1,1— 2,0 мм.................. 5,0 (6,0 со Зна- ком качества) при толщине 2,2— 3,0 мм.......................... 3,5 Содержание золы, % (мае.), ие более......................... 1,5 Влажность, %.............. 6—10 Содержание хлористого цинка, % (мае.), не бо- лее ........................ 0,15 (0,10 для фибры со Зна- ком качества) Фибра толщиной от 0,4 до 8,0 мм выра- батывается монолитной; от 8,0 до 12,0 мм — монолитной или клееной; свыше 12,0 мм — клееной. Размер листов фибры устанавливается в зависимости от марки: длина — в пределах 2300—850 мм, ширина— 1400—550 мм. В зависимости от марки цвет фибры мо- жет быть естественного волокна, коричневым, красным, черным, серым в соответствии с при- меняемыми красителями. Фибра подвергается механической обра- ботке (распиловке, штамповке, сверловке, об- точке, фрезерованию) без расслоения, выкра- шивания и других механических повреждений. Механическую обработку фибры произво- дят при относительной влажности 6—10 %. Фибра, хранившаяся при температуре ни- же 0 °C илн в помещении с пониженной нли повышенной влажностью, перед обработкой должна быть выдержана при относительной Рис. 8.20. Увеличение линейных размеров фиб- ры в зависимости от времени пребывания в сре- де с 80 %-ной относительной влажностью: 1 — вдоль машинного направления: 2 — поперек ма- шинного направления влажности воздуха 65±2 % и температуре 20±2 °C в течение двух недель. После размачивания в горячей воде фиб- ра может формоваться, после сушки в соот- ветствующих формах приданная форма сохра- няется. Содержание ZnCl2 определяет интенсив- ность старения фибры, большое количество хлористого цинка в фибре является причиной быстрого снижения ее механических и элект- рических свойств даже при хранении при ком- натной температуре. При высокой влажности окружающего воздуха детали, изготовленные из фибры, сильно деформируются, остаточное содержание ZnClj при увлажнении фибры создает боль- шую электролитическую проводимость, в ре- зультате чего снижаются ее диэлектрические свойства. Это также является одной из причин со- кращения применения фибры в электропро- промышлеииости. Фибра — гигроскопйчный материал; за- метно меняет свои размеры при поглощении или отдаче влаги, поэтому ее не применяют для деталей, требующих сохранения точных размеров. На рис. 8.20 приведена зависимость линейных размеров листовой фибры толщиной 2,15 мм, плотностью 1400 кг/м3 от временя пребывания в атмосфере с 80 %-иой влаж- ностью. В трансформаторном масле фибра не раз- мягчается, становится более хрупкой. Масло- впитываемость фибры находится в зависимо- сти от толщины в пределах 1,0—5,0 % после 24 ч пребывания в трансформаторном масле. Пропитка фибры маслом значительно повы- шает ее электрическую прочность: например, электрическая прочность для фибры толщиной 0,5—0,8 мм (после предварительной сушки при 100 °C в течение 11 ч) на воздухе равна 9,6 МВ/м, последующая пропитка фибры мас- лом при 75 °C в течение 4 ч увеличивает ее электрическую прочность до 20 МВ/м. По нагревостойкости фибра относится к материалам класса А; при 180 °C начинается медленное обугливание фибры, а воспламене- ние происходит при температуре около 300 °C. 8.9. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ Здесь описаны некоторые специфические методы определения свойств картонов и бумаг. Согласно ГОСТ 12268-79 стойкость транс-
§ 8.9 Специфические методы испытаний 245 Рис. 8.21. Схема для испытания картона на стойкость к воздействию поверхностных раз- рядов: / — электрод пластинчатый толщиной 1,5—2,0 мм; 2 — электрод-игла диаметром 2,0—3,0 мм; 3 — испы- туемый образец; 4 — подложка из органического стекла толщиной 4,0 мм; 5 — две пластины из орга- нического стекла толщиной по 8 мм: 6 — нажимные плаикн из органического стекла форматорного картона к воздействию поверх- ностных разрядов определяется в специальной системе электродов, в которых в слое масла, непосредственно прилегающем к поверхности картона, создаются (при определенном значе- нии испытательного напряжения) скользящие поверхностные разряды в ограниченной зоне вокруг высоковольтного электрода, приводящие к появлению поверхностных разрядов. Много- численные исследования показали, что наибо- лее удобным критерием для оценки сопротив- ления картона разрушающему воздействию поверхностного разряда является время, про- шедшее с момента установления испытатель- ного напряжения на образце картона до пол- ного перекрытия его поверхности между элек- тродами. Устройство для определения стойко- сти картона к воздействию поверхностных разрядов схематически показано на рис. 8.21. Образец картона 3 и электрод 1 закрепляют в устройстве планкой 6 нз органического стекла; электрод 2 прижимается к поверхно- сти образца собственной массой. Устройство с образцом, изображенное на рис. 8.21, погружают в испытательный бак с трансформаторным маслом, имеющим темпе- ратуру 20 if °C, так чтобы расстояние от верхнего уровня масла в баке до поверхности образца было равно не менее 100 мм, и выдер- живают в нем до испытания ие менее 5 мин. Напряжение частотой 50 Гц плавно, со скоростью 2 кВ/с, поднимают до заданного значения испытательного напряжения, равного 6±1 кВ, и фиксируют при помощи секундоме- ра время от момента установления испытатель- ного напряжения до полного перекрытия по- верхностным разрядом расстояния между электродами 1 и 2, Момент перекрытия наблюдают визуально по появлению светящегося пятна (искры) у электрода, к которому продвигается поверхно- стный разряд, или прн помощи соответствую- щего электроизмерительного прибора, вклю- ченного в цепь. В этом случае момент пере- крытия определяют по резкому броску тока, который наблюдают на приборе. Прн испытании общая толщина образца и подложки 4 из органического стекла должна быть 7,0±0,5 мм, которая достигается за счет Рис. 8.22. Устройство для исследования сжи- маемости картона при приложении к его по- верхности давления: / — индикатор часового типа И45 по ГОСТ 577-68; 2— стержень для центрирования; 3 — набор шайб ис- пытуемого образца: бруски стальные; .5 — шайба стальная; б — штифты упорные стальные
246 Древесина, бумага, картон, фибра Разд. 8 картона. Картон толщиной свыше 3,0 мм до- пускается испытывать без подложки. На рис. 8.22 схематически показано уст- ройство, разработанное в СССР, для иссле- дования сжимаемости картона при приложении к его поверхности давления. Согласно разра- ботанному методу (узаконенному ГОСТ 12268-79) сжимаемость картона определяется на наборе шайб, изготовленных нз исследуе- мого картона, общей высотой около 25 мм (внутренний диаметр шайб 20±0,2 или 26± ±0,2 мм, наружный 60±0,2 мм), надеваемых на центрирующий стержень устройства, пока- занного на рис. 8.22, или квадратов размером 50X50 мм с допуском ±1 мм, помещенных между двумя стальными плитами. Испытания проводят при температуре среды 15—35 °C и относительной влажности 45—75 %. Образцы картона надевают иа цент- рирующий стержень 2 нижнего бруска приспо- собления. На стержень или плиту под образец и по- верх него накладывают по одной стальной шлнфоваииой шайбе наружным диаметром 65±1 мм, виутреииим 22±1 мм или пластине размером 50X50 мм с допуском ±1 мм, тол- щиной ие меиее 3 мм из стали марки У8 по ГОСТ 1435-74. Диаметр металлической шайбы 65 мм, толщина не менее 3,0 мм. Шерохова- тость поверхности металлических шайб и ра- бочих поверхностей всего приспособления не должна быть более /?О=1,25 мкм по ГОСТ 2789-73. На стержень надевают верхний брусок Приспособления 4 (если образец состоит из картонных шайб), устанавливают индикаторы часового типа 1 и помещают между плитами любого пресса, обеспечивающего в процессе испытания образцов давление, указанное в стандарте на продукцию. Значение давления устанавливается в стандарте на картон. Обра- зец для выравнивания поверхности картонных шайб и компенсации’воздушных зазоров меж- ду ними сжимают усилием 1 МПа. При помо- щи штангенциркуля измеряют расстояние между брусками или плитами с двух диамет- рально противоположных сторон устройства и вычисляют высоту образца. За начальную вы- соту образца й0 принимается среднее арифме- тическое двух определений с погрешностью не более 0,1 мм. Далее сжатие увеличивают до заданного значения, указанного в стандарте на картон, со скоростью 1 кН/с и выдержива- ют под заданной нагрузкой 5 мин, после чего определяют изменение высоты образца по по- казаниям индикаторов. За изменение высоты образца Ай] прини- мают среднее арифметическое двух показаний индикаторов. Степень полимеризации целлюлозы опре- деляется вискозиметрическим методом. Метод основан на определении вязкости разбавлен- ных растворов целлюлозы. В качестве раство- рителя при определении степени полимеризации применяется кадмийэтнленднаминовый комп- лекс (кадоксен). Этот растворитель более стабилен и менее чувствителен к действию кис- лорода воздуха, чем применявшийся ранее медио-аммначный раствор. Список литературы Никитин Н. И. Химия древесины и целлюлозы. М.—Л.: Изд во Академии наук СССР, 1962. 711 с. Рейне В. Т. Электрические конденсаторы. М.—Л.: Энергия, 1969. 592 с. Вайсман Л. М. Структура бумаги и методы, ее контроля. М.: Лесная промышленность, 1973. 150 с. Силовые электрические коиденсаторы/Г. С. Ку- чинский, Н. И. Назаров, Г. Т. Назарова, И. Ф. Пере- селенцев; Под ред. Г. С. Кучинского. М.: Энергия, 1975. 248 с. Варшавский Д. С. Итоги науки н техники. Сер. Электротехнические материалы, электрические кон- денсаторы, провода и кабели. Т. 7. Силовые конден- саторы. М.: ВИНИТИ. 1980. 128 с. Повышение качества и улучшение технико-эко- номических показателей силовых конденсаторов н комплектных конденсаторных установок. Тезисы докладов. М.: Информэлектро, 1982. 70 с. Вершинин Ю. Н. Электрический пробой твердых диэлектриков. Новосибирск: Наука, 1968. 212 с. Варшавский Д. С. Электрическая прочность и срок службы силовых конденсаторов переменного тока. М.: Информэлектро, 1975. 81 с. Производство, свойства и применение электро- изоляционных бумаг и картонов/К. В. Брейтвейт, Ю. В. Корицкий и др. М.: Энергия, 1970. 330 с. Электроизоляционная бумага/Б. Т. Милов, Л. М. Вайсман, С. X. Китаева и др. М.: Лесная промыш- ленность, 1974. 248 с. Бумажно-масляная изоляция в высоковольтных конструкциях./М. А. Грейсух, Г. С. Кучинский, Д. А. Каплан, Г. Т. Мессерман. Л.: Госэнергонз дат, 1963. 298 с. Герасимова Л. С., Майорец А. И. Обмотки и изоляция силовых трансформаторов. М.: Энергия: 1969. 258 с. Fabre J. Les lois de degradation du papier impre- gn6 d’huile dans les transformateurs. — Bulletin de la societe francaise des dlectriciens, 1959, vol. 9, № 103, 20 s. ’ Лизуиов С. Д. Сушка и дегазация трансформа- торов высокого напряжения. М.: Энергия, 1971. 196 с. Уржумцев Ю. С„ Максимов Р. Д. Прогностика деформативностн материалов. Рига, Зинатне, 1975. 415 с. Чайкина Е. А., Корицкий Ю. В. Электроизоля- ционные бумаги на основе синтетических волокон. М.: Информэлектро, 1978. 33 с. Гутман Б. Б., Яичеико Л. Н., Гуревич Л. И. Бумага нз синтетических волокон. М.: Лесная про- мышленность, 1970. 183 с. Moser Н. Р., Weidmann М. S. Mechanical Beha- vior of Transformerboard in Power transformers, Lec- ture of 21.01.1975, Zurich, Swiss, 54 p. Technical Uni- versity,
§ 9.2 Текстильные материалы из натуральных волокон 247 РАЗДЕЛ 9 ОРГАНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ М. И. Мангров), В. П. Вайсфельд 9.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ В электрической изоляции получили при- менение текстильные материалы из натураль- ных волокон растительного (хлопок, леи, пень- ка, джут и др.) и животного (натуральный шелк) происхождения, а также из искусствен- ных и синтетических волокон. Согласно ГОСТ 10878-70 линейная плот- ность (толщина) волокон, полуфабрикатов прядильного производства, пряжи и нитей из- меряется в системе «текс». За единицу массы принимается грамм, за единицу длины — кило- метр и за единицу измерения линейной плот- ности— грамм на километр (г/км), или текс. Линейная плотность (толщина), текс, опреде- ляется по формуле T=m/L= lOOOm/Li, (9.1 где tn — масса, г; L — длина, км; Lt — дли- на, м. Хлопчатобумажные, шелковые и синтети- ческие пряжи применяются в изоляции обмо- точных проводов и шнуров, а также при изго- товлении шнур-чулок для гибких трубок. Хлоп- чатобумажные ленты накладываются поверх основной изоляции обмоток электрических ма- шин и аппаратов с целью защиты ее от меха- нических повреждений. Пропитанные хлопча- тобумажные, шелковые и синтетические ткани в виде лакотканей используются для изолиро- вания обмоток, отдельных узлов и деталей электрических машин, трансформаторов н ап- паратов. Искусственное и синтетическое волокно может быть двух видов: непрерывное и шта- пельное. Длина непрерывного волокна ограни- чивается только количеством волокна на ка- тушке и продолжительностью намотки. Шта- пельное волокно короткое, его получают пу- тем резки непрерывного, а по внешнему виду оно напоминает хлопок и шерсть. Механичес- кая прочность изделий нз штапельного волок- на несколько ниже, чем из непрерывного во- локна. Штапельное волокно иекручеиое, в то время как непрерывное обычно бывает круче- ным (филаментное волокно). 9.2. ТЕКСТИЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИЗ НАТУРАЛЬНЫХ ВОЛОКОН Хлопчатобумажная суровая крученая кордная и гребенная пряжа (ГОСТ 6904-83, табл. 9.1), применяемая для изолирования об- моточных проводов и других целей в кабель- ной промышленности, изготавливается из оп- ределенных сортов хлопчатника. По физико- механическим свойствам пряжу делят на сор- та: высший, первый, второй и третий; в зави- симости от чистоты пряжу делят иа три клас- са: А, Б и В, определяемые по утвержденным фотоэталонам. Код ОКП 90 1010. Кабельная пряжа (ГОСТ 905-78) выраба- тывается из лубяных волокон по способу ко- роткого прядения и применяется в кабельной промышленности для защитных покровов кабелей. В зависимости от назначения кабельную пряжу подразделяют на группы: специальную, повышенную и обыкновенную. Специальную кабельную пряжу нзготавливат из джуто-ке- нафиого волокна. Повышенную и обыкновен- ную пряжу изготавливают из короткого льня- ного, пенькового и кенафного волокна. Код ОКП 90 4100. Кабельная пряжа должна удовлетворять требованиям, приведенным в табл. 9.2. Хлопчатобумажные электроизоляционные ленты (ГОСТ 4514-78) вырабатывают на лен- тоткацких челночных и бесчелночных станках из хлопчатобумажной пряжи. В соответствии с ГОСТ 4514-78 вырабатывают различные ви- ды хлопчатобумажных лент. Киперная — шириной от 8 до 50 мм, тол- щиной 0,45 и 0,47 мм; разрывное усилие лен- ты по основе зависит от ширины ленты и со- ставляет 130—580 Н; удлинение при разрыве лент не менее 9 % • Тафтяная — шириной от 10 до 50 мм, тол- щиной 0,25 мм; разрывное усилие ленты по основе от 90 до 320 Н, удлинение при разры- ве ленты — 8—9 %. Тафтяная разреженная — шириной 15, 20, 25 и 30 мм, толщиной 0,40 мм; разрывное уси- лие по основе 130—210 Н, удлинение при раз- рыве не менее 8 %. Миткалевая — шириной от 12 до 40 мм, толщиной 0,22 мм; разрывное усилие 120— 350 Н, удлинение при разрыве не менее 5 %. Батистовая — шириной 10, 12, 16 и 20 мм, толщиной 0,18 мм; разрывное усилие 60— 130 Н, удлинение при разрыве 4—5 %. Хлопчатобумажные ленты применяются в качестве верхнего защитного слоя изолинии катушек и стержней электрических машин, трансформаторов и аппаратов, а также для из- готовления электроизоляционных ленточных материалов. Код ОКП 81 5156. Хлопчатобумажные технические ткани для электротехнической промышленности (ГОСТ 9821-71) делятся на две группы: первая — ткани, применяемые для изго- товления лакоткаией (перкали Б-Э н В, ткань ЭИ-1;) вторая — ткани, применяемые для изго- товления слоистых пластиков (ткань ЭИ-2, бя- зи суровые Т1 и Т2 и парусина ЭТ) и резаных электроизоляционных лент (ткани ЭИ-3 и ЭИ-4). Ткань ЭИ-4 имеет саржевое, а все дру- гие ткани — полотняное переплетение. В по- лотняном переплетении перекрытие нитей идет под углом 90° при одинаковой основной и уточной плотности. Ткань полотняного пере-
248 Органический текстиль Разд. 9 Таблица 9.1. Показатели хлопчатобумажной пряжи Структура нити* Допустимое относительное отклонение результирующей кондиционной линейной плотности от результирую- щей номинальной, % Сорт Удельная отно- сительная раз- рывная нагрузка методом разрыва одной нити, сН/текс Коэффи- циент ва- риации по разрывной нагрузке, % Показа- тель ка- чества не менее Пряжа крученая кордная, вырабатываемая из хлопкового волокна 1—3-го типов тонковолокнистых сортов хлопчатника 18,5 тексХ2 (№ 54/2), /?„ 36,7 текс Высший Первый Второй 9,9 11,2 13,2 1,81 1,46 1,12 Пряжа крученая кордная, вырабатываемая из хлопкового волокна 4—7-го типов средневолокнистых сортов хлопчатника 29 текс Х2 (№ 34,5/2), +2,0 Высший 13,5 Н,2 1,23 —2,5 Первый 11,8 13,2 0,92 /?н 68,9 текс Второй >11,4 <15,0 0,77 50 текс ХЗ (№ 20/3), +2,0 Высший 13,7 10,6 1,32 —2,5 Первый 12,3 11,8 1,06 RB 154 текс Второй >11,7 <13,1 0,91 18,5 текс ХЗ (№ 54/3), + 1,5 Первый 14,9 10,6 1,42 -2,5 Второй 13,6 11,8 1,18 Rb 57,0 текс Третий 12,8 13,1 0,99 18,5 текс Х2 + 1,5 Первый 13,7 11,2 1,25 —2,5 Второй 12,7 13,1 0,96 (№ 54/2), RB 37,6 текс Третий 11,8 15,0 0,80 Пряжа гребенного кручения, вырабатываемая из смеси хлопкового волокна 4-го типа средневолокнистых сортов и 3-го типа тонковолокнистых сортов хлопчатника 11,8 текс X 2 + 1,5 Первый 16,8 6,8 1,95 —2,5 Второй 15,6 11,2 1,41 (№ 54,7/2), Rb 24,0 текс Третий >14,4 <13,1 1,12 18,5 текс Х2 + 1,5 Первый 17,7 8,8 2,06 —2,5 Второй 16,5 11,2 1,49 (№ 54/2), Rb 36,7 текс Третий >15,0 <13,1 1,17 Пряжа мерсеризованная крученая гребенная, вырабатываемая из хлопкового волокна 1—3-го типов тонковолокнистых сортов хлопчатника 10,0 текс х2 (№ 100/2), RB 20,2 текс Высший 22,6 10,0 2,30 Первый 21,6 11,5 1,91 * В обозначении структуры инти первое число означает линейную плотность первичной пряжи, второе — число сложений при скручивании, /?н — результирующие линейную плотность для крученой пряжн, получен- ную расчетным путем с учетом укрутки. Примечание. Поставляемая для кабельной промышленности пряжа этих структур должна быть пер- вого сорта. плетения обладает большей механической прочностью. В саржевом (киперном) перепле- тении перекрытие нитей в виде узких полосок под углом 45° при одинаковой основной и уточ- ной плотности, вследствие чего на ткани об- разуются диагональные рубчики. Код ОКП 83 1000. Показатели хлопчатобумажных техничес- ких тканей приведены в табл. 9.3. Электроизоляционные шелковые нити (ГОСТ 1086-74), скрученные из шелка-сырца, предназначены для изоляции проводов и шну- ров и выпускаются в отваренном и крашеном виде. Шелковые электроизоляционные нити
§ 9.2 Текстильные материалы из натуральных волокон 249 Таблица 9.2. Показатели кабельной пряжи по ГОСТ 905-78 Вид пряжи Линейная плотность пряжи, текс Разрывное усилие, Н, не менее Коэффициент вариаций Число круче- ний иа 1 м пряжи, не менее Массовая доля костры, %, не более по линейной плотности, %, не более по разрывной нагрузке, %, не более Специальная 2200 190 8 18,5 60 1,0 1700 145 9 18,5 69 Повышенная 3400 190 8 20,0 51 2,0 2200 140 8 20,0 60 1700 100 9 20,0 69 Обыкновенная 3400 180 10 21,0 51 4,0 2200 130 10 21,0 60 1700 95 11 21,0 69 Таблица 9.3. Показатели хлопчатобумажных технических тканей Вид ткани Шири- на тка- ни, см Число нитей на 10 см Толщина тканн, мм. не бо- лее Поверх- ностная плотность ткани, г/м* Развывное усилие, Н* основы утка основы утка Перкаль Б-Э расшлихтованный ап- претированный 90 436 480 0,10 64 250 210 Перкаль В отваренный 85 477 400 0,16 137 650 500 Ткань ЭИ-1 отваренная аппретиро- ванная 90 320 320 0,13 100 340 310 Ткаиь ЭИ-2 отваренная неаппрети- рованная 90 320 320 0,22 95 340 310 Бязь суровая Т1 100 215 193 0,50 154 380 350 Бязь суровая Т2 90 246 238 0,43 146 380 400 Парусина ЭТ расшлихтованная 95 100 204 160 0,65 263 700 580 Ткань ЭИ-3 отваренная 80 354 180 0,34 112 540 140 Ткань ЭИ-4 отваренная 80 269 180 0,54 173 750 250 * Разрывное усилие определяется на полоске ткани размером 50X200 мм. Таблица 9.4. Показатели шелковых электроизоляционных нитей Структура инти, текс Показатель 3,78 5,67 2,56 7,68 10,24 Пределы отклонения номиналь- ной результирующей линей- ной плотности, текс 3,92—3,53 5,95—5,20 2,72—2,33 8,60—6,90 12,4—9,1 Относительное разрывное уси- лие одиночной нити, мН/текс, ие меиее 270 273 273 282 280 Минимальное разрывное уси- лие одиночной нити, мН, не менее 700 1060 500 1660 2100 Удлинение при разрыве, %, не менее 12 12 12 12 12 Крутка, число кручений на 1 м 30 30 120 30 30 pH водной вытяжки Удельная' проводимость вод- ной вытяжки для всех нитей, См/м 4—7 4—7 4—7 80-10—4 4—7 4—7
250 Органический текстиль Разд. 9 выпускают пяти структур, определяемые но- минальной результирующей линейной плот- ностью нитей. Код ОКП 81 3000. Структура и основные физико-механичес- кяе показатели шелковых электроизоляцион- ных нитей приведены в табл. 9.4. Шелковые технические ткани эксцельси- ор 1 (ГОСТ 20023-74) вырабатываются полот- няным переплетением нз шелка-сырца, выпус- каются в отваренном виде и предназначены для изготовления электроизоляционных лако- тканей. Код ОКП 83 7000. Показатели ткани эксцельсиор 1 следую- щие: Ширина ткани с кромками, см . 95j^5 Масса 1 м2, г....................... 17±1 Число нитей на 10 см ткани: по основе . . ................ 495±1£ по утку........................ 460+}^ Толщина ткани, мкм.............. 48±4 Разрывное усилие полоски по ос- нове и по утку ткани размером 50 x 200 мм, Н, не менее ... 11 Удлинение при разрыве ткани, %, не меиее: по основе................... 10 по утку..................... 12 9.3. ИСКУССТВЕННЫЕ И СИНТЕТИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА И МАТЕРИАЛЫ ИЗ НИХ В электротехнической промышленности применяются материалы из искусственных я синтетических волокон. Триацетатный шелк (ТУ 6-06-483-75) изго- тавливают из триацетатного волокна, получае- мого из раствора триацетата целлюлозы. Три- ацетатный шелк применяют для изоляции про- водов и кабелей; он имеет следующие пара- метры: Относительное разрывное усилие в сухом состоянии, мН/текс . 105 Удлинение прн разрыве, % . . 21—30 р, Ом-м......................... 5-1011 Содержание замасливателя на нити, %......................... 3—5 Код ОКП 83 7000 Капроновые ткани эксцельсиор 2 и экс- цельсиор 3 (ГОСТ 20023-74) вырабатываются полотняным переплетением из капроновых ни- тей и предназначены для изготовления элект- роизоляционных лакотканей. Код ОКП 83 8000. Показатели капроновых тканей приведены в табл. 9.5. Лавсановые ткани и ленты изготавливают из лавсанового волокна, получаемого из пол.1- этилентерефталата. Лавсановое волокно пре- восходит другие синтетические волокна, напри- мер капроновое по вагрево-, свето- и химо- стойкости, но уступает ему по стойкости к ис- тиранию. Код ОКП 83 1800. Таблица 9.5. Показатели капроновых тканей Показатель Эксцель- сиор 2 Эксцель* сиор 3 Ширина ткани с кром« ками, см 92±2,0 92±2,0 Масса 1 м2, г Число иитей иа 10 см ткаии: 16±| 19±3 по основе 510±20 510±20 по утку 490±10 440±10 Толщина ткани, мкм Разрывное усилие по- лоски ткани размером 50x200 мм, Н, ие менее: 85±15 по основе 170 170 по утку 170 180 Удлинение при разрыве полоски ткани по ос- нове и утку, %, не ме- нее 22 22 В электротехнических изделиях и для из- готовления электроизоляционных лент приме- няют различные лавсановые ленты (ГОСТ 4514-78). Тафтяная — шириной 15, 20, 25 и 30 мм, толщиной 0,16 мм; разрывное усилие ленты по основе зависит от ширины ленты и составля- ет 330—600 Н, удлинение при разрыве ленты не менее 30 %. Миткалевая — шириной 16, 20, 25 и 30 мм, толщиной 0,14 мм; разрывное усилие ленты до основе 330—600 Н, удлинение при разрыве ленты не менее 26 %. Батистовая — шириной 16, 20 и 26 мм, толщиной 0,15 мм; разрывное усилие ленты По основе 300—400 Н, удлинение при разрыве ленты не менее 28 %. Следует отметить, что лавсановые ленты изготавливают более тонкими по сравнению с хлопчатобумажными, они имеют более высо- кую разрывную прочность и более эластичны. Наряду с чисто хлопчатобумажными и лавсановыми лентами в ГОСТ 4514-78 вклю- чены тафтяные ленты, изготовленные из смеси хлопкового и лавсанового волокон. Тафтяные ленты из смеси хлопкового н лавсанового во- локна изготавливают шириной 15, 20, 25, 30, 35 и 40 мм, толщиной 0,25 мм; разрывное уси- лие ленты по основе составляет 130—310 Н, удлинение при разрыве — не менее 9 %. Для производства текстолита из лавса- новой ткани применяют ткань по ГОСТ 15978-78, которая имеет следующие показа- тели: Ширина полотна ткани, см . . 96 Поверхностная плотность ткани, г/м2.............110—145 Разрывная нагрузка, Н: по основе ........ 980—1470 по утку 931—1470
§ 10.1 Стеклянное волокно и изделия из него 251 РАЗДЕЛ 10 НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВОЛОКНИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ |М С. Асланова , Е. А. Чайкина Неорганические волокнистые материалы, к которым относятся волокна из стекла, плав- леного Кварца, каолина, кремнезема и других материалов, находят широкое применение в электрической изоляции. Основным нх преиму- ществом перед органическими волокнистыми материалами является высокая нагревостой- кость. 10.1. СТЕКЛЯННОЕ ВОЛОКНО И ИЗДЕЛИЯ из НЕГО Стеклянным волокном называют волокно, изготовленное из расплавленного стекла. Стеклянное аолокио обладает редким со- четанием свойств: высокой прочностью прн растяжении и сжатии, негорючестью, нагрево- стойкостью, малой гигроскопичностью, стойко- стью к химическому и биологическому воздей- ствию. Из него изготовляются материалы с высокими электро-, тепло-, звукоизоляционны- ми свойствами и механической прочностью. На основе стекловолокнистых материалов изготав- ливаются различные виды изделий, которые не только успешно заменяют традиционные мате- риалы, но и имеют только им присущие обла- сти применения. Различают два вида стеклянного волокна: непрерывное — длиной сотни и тысячи метров и штапельное — длиной до 0,5 м. По внешнему виду непрерывное волокно напоминает нату- ральный или искусственный шелк, а штапель- ное— хлопок или шерсть. Изделия нз непре- рывного волокна имеют вид однонаправленных волокон, тканых материалов, нетканых мате- риалов н волокнистых световодов. Однонаправленное стеклянное волокно представляет собой короткие пряди волокон или комплексных нитей, срезанных с бобин. Длина однонаправленного волокна изменяется в зависимости от периметра бобины или бара- бана, на который оно наматывается. Однона- правленное волокно с бобин имеет диаметр 5— 10 мкм и длину яе менее 0,5 м. Тканые материалы получают в ходе текс- тильной переработки стеклянного волокна: раз- мотки комплексной ннтн с бобин с комплексной круткой трощения нитей и вторичной их крут- ки, подготовки нитей к ткачеству и изготов- ления тканых материалов на ткацких станках. Для текстильной переработки используются во- локна диаметром 5—10 мкм. Волокна большего диаметра имеют пониженную прочность прн изгибе и чаще ломаются в ходе текстильной переработки. Нетканые материалы нз непрерывного стек- лянного волокна — жгуты, холсты нз рубленых и непрерывных нитей, ленты из склеенных ни- тей и стекловолокинстые анизотропные мате- риалы. Жгут представляет собой прядь, состоя- щую из большого числа комплексных стеклян- ных нитей, холсты — рулонные нетканые мате- риалы. В жестких холстах хаотически распо- ложенные нити нлн обрезки нитей скреплены смолами, н мягких холстах — механической прошивкой. Первичные инти илн жгуты могут быть склеены смолами в длинные ленты. При упорядоченной намотке нитей и жгу- тов на барабаны и одновременном нанесении связующего получают анизотропные материа- лы, свойства которых в разных направлениях различны. Эти материалы могут быть как ру- лонными при непрерывном способе производ- ства, так и листовыми — прн периодическом. Для нетканых материалов могут применяться волокна диаметром до 20 мкм. Волоконные световоды обладают свойством направленно передавать световую энергию. Светопроводящие непрерывные волокна как минимум двухслойные. Наружный слой (обо- лочка) отличается от внутреннего (жилы) бо- лее низким показателем преломления, что обеспечивает прохождение света по жиле с ми- нимальными потерями. Пучок оптических во- локон называется световодом для передачи изображения, если торцы плотно уложенных волокон на концах пучка расположены строго одинаково. Если световодом необходимо обес- печить только передачу света, то достаточно осуществить плотную укладку волокон на тор- цах и нет необходимости в регулярной и оди- наковой нх укладке. Виды изделий из штапельного волокна. Штапельные волокна различаются по длине элементарных волокон (длинноволокнистые и коротковолокнистые) и по их диаметру. По диаметру различают: мнкроволокно (0,5 мкм), ультратонкое (0,5—1,0 мкм), супертонкое (1— 4 мкм), утолщенное (11—20 мкм) и грубое (20 мкм н более). На основе коротковолокнистых штапель- ных волокон получают вату, рулонные мате- риалы, маты, плиты и скорлупы. Все эти ма- териалы состоят нз хаотически перепутанных волокон. Волокно, осажденное вместе с орга- ническими синтетическими материалами на кон- вейерной ленте, после обработки принимает вид непрерывного ковра толщиной 20—100 мм. Рулонный материал представляет собой длинный кусок ковра, свернутый в рулон. Ма- ты и плиты получают из неподпрессованного ковра. Маты в ряде случаев простегивают ни- тями из непрерывного стеклянного волокна, тогда толщина их можег быть уменьшена до 5 мм. Плнты покрываются с одной илн обеих сторон стеклянной тканью. Из длинноволокнистых штапельных воло- кон изготовляют холсты, сепараторные пласти- ны, бумагу. Эти материалы (толщиной 0,5— 1,5 мм) могут быть свернуты в рулоны или на- резаны на пластины. Для повышения механи- ческой прочности они могут армироваться ни- тями из непрерывного волокна. Из длинново- локнистых волокон получают по аналогии с шерстью штапельную крученую пряжу, ровни-
252 Неорганические волокнистые материалы Разд. ТО Рис. 10.1. Схема уста- / новки для получения не- прерывного стеклянного волокна двухстадийным способом: 1 — бункер; 2 — направляю- щий лоток; 3 — стеклопла- вильный сосуд; 4 — подфиль- ерный холодильник; 5 — за- масливающее устройство; 6 — раскладчик; 7 — нама- тывающий аппарат цу и при последующей текстильной переработ- ке — штапельные ткани, сетки, ленты. Свойст- ва изделий из штапельного волокна в значи- тельной степени зависят от диаметра волокна, состава стекла и вида связующего материала. Способы производства стеклянного волок- на. Способы выработки стеклянного волокна классифицируют по двум основным принципам его формования: 1) утонения струйки стекло- массы в непрерывное элементарное волокно и 2) разделения и расчленения струи расплавлен- ного стекла, сопровождаемых вытягиванием коротких волокон. Вытягивание волокна из струйки стекло- массы может производиться как механическим путем, так и воздухом или паром. Каждый из этих способов может быть одно- или двухста- дийным. При двухстадийном процессе стеклян- ное волокно вырабатывается из стеклоплавиль- ных сосудов нли печей, питаемых стеклянными шариками, штабиками или эрклезом (рис. 10.1). При одностадийном процессе стеклянное во- локно вырабатывается из стекловаренных пе- чей, питаемых шихтой. Механическое вытяги- вание волокна может осуществляться с помо- щью барабана, съемных бобин, вытяжных вал- ков нли прядильной головкн. Способы разделе- ния струи расплавленного стекла делятся на три группы: способы раздува, центробежные н комбинированные. 10.2. СОСТАВ И СВОЙСТВА СТЕКОЛ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВОЛОКНА В зависимости от области применения не- прерывного стеклянного волокна требования к его химическому составу могут быть различны- ми. Для электрической изоляции употребляет- ся только бесщелочное (или малощелочное) алюмосиликатное или алюмоборосиликатное стекло; для конструкционных стеклопластиков применяют главным образом бесщелочные маг- ннйалюмосиликатные нли алюмоборосиликат- ные стекла; для стеклопластиков неответствен- ного назначения можно использовать и щело- чесодержащие стекла. Процесс формования непрерывного стек- лянного волокна предъявляет к стеклу ряд требований: интервал вязкостей, в котором устойчиво протекает формование непрерывного стеклянного волокна из стекол обычных соста- вов, составляет примерно Ю2—103 Па-с; тем- пература верхнего предела кристаллизации стекла должна быть ниже температур, соот- ветствующих рабочему интервалу вязкости; стекло должно обладать малой скоростью кри- сталлизации. Для изготовления основных видов изделий из непрерывного стеклянного волокна в СССР используют волокна, полученные нз бесщелоч- ного алюмоборосилнкатного стекла следующе- го состава (в мае. %): 53 SiO2, 15 AlaOs, 10 В2О3, 17 СаО, 4 MgO, не более 0,4 Na2O, до 0,3 F. Для получения высокопрочных воло- кон стекла синтезируются в магнийалюмосилн- катнон и других стеклообразных системах. Вы- работка Щелочного непрерывного стеклянного волокна производится в СССР из стекла № 7А состава, %; 64 SiO2, 5,5 AI2O3, 14 RO, 2 ZnO2, 9,5 R2O, 1,7 Mn3O« и «нейтрального» стекла со- става: 70,5 SiO2, 3 А1гО3, 8 СаО, 3 MgO, 15 Na2O. Высоконагревостойкие волокна полу- чают из кварцевого стекла, расплава каолина (AljjOs: SiO2= 1 : 1) н кремнеземного состава (96—98 % SiO2), получаемого методом выще- лачивания. Полупроводящне стеклянные волок- на получают из расплавов стекла, содержащих оксиды одновалентных металлов — Си и Ag. Для получения непрерывного волокна, предна- значенного для защиты от действия излучений, используются стекла, содержащие свинец, бор и редкоземельные элементы. Основными требованиями, предъявляемы- ми к стеклам для производства штапельного волокна, являются малая вязкость (4—6 Па-с) при температуре выработки и низкое поверх- ностное натяжение. В зависимости от способа выработки и назначения штапельного волокна применяют стекла различных составов, однако все они отличаются высоким содержанием ок- сидов щелочноземельных металлов, содержа- ние SiO2 не превышает 60 %, А12О3 колеблется в пределах 2—21 %, R2O— до 18 %; содержа- ние Fe2O3 зависит от качества сырья. 10.3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВОЛОКОН И МАТЕРИАЛОВ НА ИХ ОСНОВЕ Механические свойства. Стеклянное волок- но значительно превосходит по механической прочности исходное (массивное) стекло и не- значительно отличается от него по некоторым физическим параметрам. Механические свойства стеклянных волокон зависят от химического состава стекла, метода производства, окружающей среды и темпера- туры. Метод производства оказывает большое влияние на прочность стеклянных волокон: вы-
§ 10,3 Физико-химические свойства неорганических волокон 253 Таблица 10.1. Прочность стеклянных волокон в различных условиях испытания Тип волокна Разрушающее на- пряжение при рас- тяжении, ГПа (сред- ние значения) с бобины в жид- ком азо- те прн 77 К Кварцевое 3,5 7,0—14 Магнийалюмосиликатное 4,5—5,0 9,0 Магнийалюмосиликатное 4,0—4,5 6,0 (высокомодульное) Бесщелочное алюмобо- 2,8—3,0 4,5 росиликатное марки Е Натрийалюмосиликатное 2,6 4,7 Натрийсиликатное 1,2 2,3 сокой прочностью обладают волокна, вытяну- тые с большой скоростью из расплавленного стекла (вытягивание из фильер), наименьшей прочностью — волокна, полученные штабико- вым способом и раздувом. При формовании во- локна из фильер образуется меньше поверх- ностных дефектов и трещин, чем обусловлива- ются их лучшие механические свойства, глав- ным образом прочность. Прочность при растяжении стеклянного во- локна зависит от его состава и диаметра (табл. 10.1 и рис. 10.2). Наибольшей прочностью об- ладают непрерывные волокна из кварцевого н Рис. 10.2. Зависимость разрушающего напря- жения при растяжении от диаметра стеклянных волокон различного химического состава: 1 — магнийалюмосиликатное (10 % MgO); 2 — магний- алюмосиликатное (15 % MgO): 3 — цинктнтанмагний- алюмоснлнкатное; 4 — натрийалюмокальцийсиликат- ное; 5 — алюмоборосиликатное Е; 6 — медьалюмоборо- снликатное; 7 — натрийкальцийсиликатное; 8 — борат- ное;. 9 —• свинцовое; 10— фосфатное; 11— силикат натрия бесщелочного магнийалюмосиликатного стекла. Повышенное содержание щелочей в стекле рез- ко снижает прочность стеклянных волокон. Кристаллизация стекла и присутствие в стек- ломассе мелких газовых включений понижает прочность стеклянного волокна на 25—30 %. Максимальная прочность стеклянных и кварцевых волокон, испытанных в среде жид- кого азота, приближается к расчетной теорети- ческой прочности стекла и плавленого кварца. В зависимости от диаметра и состава стек- ла техническая прочность стеклянных волокон прн их формовании современными промышлен- ными методами составляет 25—30 % теорети- ческой прочности стекла. Модуль Юнга стеклянных волокон состав- ляет 6—11 ГПа и выше. Разрушающее на- пряжение прн изгибе и кручении повышается с уменьшением диаметра волокон. Изделия нз стеклянного волокна плохо ра- ботают прн многократном изгибе и истирании; однако стойкости к изгибу и истиранию повы- шаются после пропитки лаками и смолами. Склеивание волоков в нити повышает проч- ность нити на 20—25 %, а пропитка стеклово- локнистых материалов лаками — на 80—100%. В сухом воздухе прочность стеклянных воло- кон резко повышается. Смачивание стеклянных волокон и изделий из них неполярной углево- дородной жидкостью аналогично действию гу- хого воздуха и дает наибольшее значение проч- ности. Значительное (до 50—60 %) понижение прочности стеклянных волокон и изделий нз них происходит при адсорбции имн воды и водных растворов поверхностно-активных ве- ществ. Это обьясняется тем, что молекулы ве- ществ, адсорбируемых на стеклянных волок- нах, способствуют образованию трещин в сла- бых местах поверхностного слоя. При погружении хнмостойких стекловолою нистых материалов в воду прочность их сни- жается, но после высушивания полностью вос- станавливается. Изделия из стеклянного во- локна натрийкальцнйсилнкатного состава, со- держащие более 15% (мае.) оксидов щелоч- ных металлов, после пребывания во влажном воздухе или в воде снижают прочность необ- ратимо в связи с интенсивным выщелачивани- ем и разрушением. При длительном действии деформирующего усилия у стеклянных волокон развивается упругое последействие, которое зависит от химического состава стекла и отно- сительной влажности воздуха. Влага снижает также сопротивления стеклянных волокон из- гибу и трению. При нагревании стеклянной ткани до 250— 300 “С прочность ее сохраняется, в то время как волокна органического состава при этой температуре полностью разрушаются. При низких и высоких температурах устраняется адсорбционное воздействие влаги воздуха на стеклянные волокна, что приводит к повышению их прочности. Однако после тер- мической обработки (нагрев до различных тем- ператур и последующее охлаждение) прочность стеклянных волокон и тканей снижается на 50—70 %. Состав стекла оказывает значительное влияние на прочность стеклянных волокон, подвергнутых термообработке. Волокна из нат- рийкальцийсиликатного и боратного стекол те- ряют свою прочность при термообработке, на-
254 Неорганические волокнистые материалы Разд. 10 Рис. 10.3. Влияние температуры на остаточную прочность высоконагревостойких волокон диа- метром 6—8 мкм: Z — кварцевое волокно; 2 — кремнеземное волокно; 3 — бесщелочное волокно; 4 — натрнйкальцийсиликат- ное волокно чиная уже с 100—200 °C; волокна нз кварце- вого, кремнеземного и каолинового стекла (см. § 10.6) теряют прочность на 50 % при на- греве до 1000 °C н последующем охлаждении (рнс. 10.3). Прочность волокон из бесщелочного стек- ла значительно снижается при 300 °C; проч- ность кварцевых волокон прн этой температу- ре практически не изменяется. После нагрева и охлаждения стеклянных волокон наблюдается небольшое повышение их плотности и показателя преломления. Нагревостойкость. Стеклянное волокно об- ладает высокой нагревостойкостью, которая зависит от химического состава стекла. Темпе- ратурная область применения стеклянных во- локон натрийкальцийсиликатного состава огра- ничена температурами 450—500 °C, при более высоких температурах начинается их спекание. Для бесщелочных волокон нагревостойкость выше на 200—300 СС и составляет 600—700 °C. Гигроскопичность отдельных стеклянных волокон около 0,2 % (мае.). Поглощение вла- ги стеклянной тканью значительно выше, так как влага адсорбируется зазорами между во- локнами и замаелнвателем (см. § 10.6). Гигро- скопичность ткани зависит от характера пере- плетении нитей и химического состава стекла, например ткани из волокна натрийкальцнйсн- ликатного состава обладают гигроскопично- стью до 3—4 %. Химостойкость стеклянных волокон не за- висит от их диаметра, но абсолютная раство- римость тонких волокон выше растворимости толстых вследствие большего отношения их по- верхности к массе. Поэтому прн воздействии агрессивных реагентов волокна разрушаются быстрее, чем массивное стекло. Прочность стеклянных волокон в различ- ных агрессивных средах (горячая вода, водя- ной пар высокого давления, кислоты, щелочи) зависит от химического состава стекла. Наи- большей прочностью н высокой стойкостью к горячей воде и пару обладают волокна из бес- щелочного алюмоборосиликатного и магний- алюмосиликатного стекла. По гидролитической классификации этот вид стекла относится к «стеклам, не изменяемым водой». Материалы из стеклянного волокна, содер- жащего в своем составе щелочи, значительно теряют прочность прн многократной обработке горячей водой нлн водяным паром даже нор- мального давления. В этом случае имеет место интенсивное выщелачивание, приводящее к полному распаду структуры стекла. Прн длительном воздействии водяного па- ра различного давления резко снижается проч- ность материалов и из волокна бесщелочного алюмоборосиликатного стекла. Наиболее стой- кими в этих условиях являются стеклянные ткани нз бесщелочного безборного стекла. Стеклянные ткани н волокна из бесщелоч- ного стекла нестойки к воздействию кислот. Прн обработке кислотой волокон нз бесщелоч- ного стекла все компоненты его растворяются, и остается лишь малопрочный кремнекислормд- ный скелет. Высокой стойкостью к воде, пару высокого давления и различным кислотам (кроме плави- ковой) обладают волокнистые материалы квар- цевого, а также кремнеземного и каолинового состава. 10.4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА На электрические свойства стекла, стек- лянных волокон и материалов иа их основе наибольшее влияние оказывают химический со- став стекла и температура. Под влиянием адсорбции влаги нз воздуха поверхностная проводимость стекла резко воз- растает. Значение ys стекол в сухой атмосфе- ре зависит от состава стекла, а во влажной (относительная влажность 80—98 %) атмосфе- ре эта зависимость выражена слабее. С ростом температуры Ys возрастает (рис. 10.4 и 10.5). Значение ys стеклянных волокон не зависит от нх диаметра и имеет тот же порядок, что и стекло в «массивном» виде (рис. 10.6); это сви- детельствует о том, что адсорбция паров воды на стекле не зависит от кривизны поверхности. Электропроводность стеклянной ткани прн комнатной температуре является в основном поверхностной (в отличие от электропроводно- сти массивного стекла); на нее влияют влаж- ность (табл. 10.2) и наличие гидрофобных по- крытий (рис. 10.7). Прн повышении температуры от 20 до 250 °C р бесщелочной стеклянной ткани не- сколько снижается, a tg6 возрастает (табл. 10.3). Таблица 10.2. Влияние влажности воздуха на р стеклянных тканей Состав стекла р« Ом*м, при относительной влажности воздуха» % 20 40 60 80 100 Бесщелочное алюмоборосиликатное 2-1013 6-1012 7-10U 9-101° 3,4-10’ Натрнйкальцийсиликатное 4-101“ 1,8- Ю10 7,5-10’ 9,8-10® 2,8-KF
§ Ю.4 Электрические свойства 253 Рис. 10.4. Изотермы у8 стеклянных волокон: 1 — кварцевое; 2 — алюмобороенликатиое; 3 — натрий- кальцийсиликатное Рис. 10.5. Изменение ув стеклянных волокон при переходе из сухой атмосферы во влажную: 1 — кварцевое; 2 — бесщелочное; 3 — натрийкальцие- вое стекло Рис. 10.6. Значения ув стеклянных волокон различных диаметров на воздухе при различ- ной относительной влажности: 1 — 56 %; 2 — 86 % С введением оксидов щелочных металлов электрические свойства стекла и стеклянных тканей резко снижаются,' особенно с повыше- нием температуры (табл. 10.4). Более высокий р н малый tg 6 стеклянной ткани по сравнению с массивным стеклом свя- заны с ее большим воздухосодержаннем (рнс. 10.8, 10.9). Высокие значения р при малых tg б в ин- тервале 20—250 °C получены для композици- онных материалов иа основе бесщелочиых стек- лянных тканей и связующих в виде кремиий- органических смол. Для ЭИ наибольшее применение находят стеклянные волокна бесщелочного алюмоборо- силикатного состава Е, обладающие щим комплексом свойств: Плотность, кг/м3 .. ..... . Разрушающее напряжение при растя- жении, ГПа......................... Модуль упругости, ГПа.............. е, (1010 Гц) при 23 °C............. tg 6 (1010 Гц) прн 23 °C........... р при 200°C, Ом-м.................. следую- 2540 2,8 74 6,2 0,004 1012 Стеклянные волокна с низкой диэлектрической проницаемостью. высокой связи с прогрессом радиотехники большое значение приобретают стекловолокнистые материалы, обладающие низкими н высокими значения- ми в,. Волокна с низкой ег получаются на осно- ве стекол натрийборосилнкатной системы; они имеют плотность менее 2400 кг/м3. Волокна с высокой в, получают из свннцовосилнкатных и церийалюмоснлнкатных стекол. В табл. 10.5, 10.6 приведены свойства указанных стекол для производства стеклянных волокон. Цветные стеклянные волокна находят наи- большее применение в электротехнике н радио- технике для маркировки проводов со стеклян- ной ЭИ н в качестве полупроводящих покры- тий. Разработка рецептуры цветных стекол для формования тонких стеклянных волокон ослож- няется тем, что для достижения интенсивности окраски в стекло необходимо вводить крася- щие оксиды металлов в больших концентраци- ях, а при этом стекла закрнстнллизовываются Наиболее яркую окраску стеклянных волокон удается получить прн использовании в качест- ве красителей до 20 % (мае.) одного из окси- дов: кобальта (синий цвет), марганца (сирене- вый цвет), железа (зеленый цвет), а также ни- келя, ванадия, меди (коричневые и золотистые окраски). Цветные волокна указанных видов имеют р при комнатной температуре 10й—1012 Ом-м (ТУ 6-11-316-74). Для получения стеклянных волокон ярких окрасок применяются методы поверхностной химической обработки различными органиче- скими красителями. Однако данные методы крашения используются для производства де- коративных стеклянных тканей. Полупроводящие стеклянные волокна. По- лупроводящие и токопроводящие стекловолок- нистые материалы могут быть получены путем нанесения на их поверхность пнроуглерода. и В температуры стеклянных тканей на электрические свойства бесщелочиых Таблица 10.3. Влияние Показатель Значения прн температуре, °C 50 100 | 150 200 250 р, Ом-м 10« 5-101* 3- Ю1* 4-1013 2-101* tg б (3 МГц) 0,0017 0,0023 0,0040 0,0060 0,0088
256 Неорганические волокнистые материалы Разд. 10 Рис. 10.7. Зависимость ys бесщелочной стек- лянной ткани ат относительной влажности воз- духа: 1 — без замасливателя; 2 — с кремннйорганическнм замаслнвателем Рнс. 10.8. Зависимость р бесщелочной стеклян- ной ткани (2) и массивного стекла того же состава (/) от температуры Рис. 10.9. Зависимость tg б бесщелочной стек- лянной ткани (2) н массивного стекла того же состава (/) от температуры а также металлизацией стекловолокннстых ма- териалов никелем, алюминием, железом, мо- либденом и др. В зависимости от толщины по- крытия получают стекловолокнистые материа- лы с различной электрической проводимостью. При нанесении металлических покрытий повы- шаются механические показатели материалов и композиций иа нх основе. Большое применение имеют полупроводя- щие стеклянные волокна и материалы на их основе медькальцнйалюмоснликатного состава, которые эффективно используются для протн- Таблица 10.4. Электрические свойства стеклянных тканей при комнатной температуре Состав Р. Ом-м tgd «г Бесщелочное алюмобо- росвликатное стекло 'О15 0,0009 4—5 Натрийкальцийснликат- ное стекло 4-1012 0,0028 4—5 Таблица 10.5. Свойства стекол для получения стеклянных волокон с высокими диэлектрической проницаемостью и плотностью Свойства Состав стекла Свинцово- силикат- ное Иерий- алюмоси- лнкатное е, (106 Гц) при 23 °C tg 6 (10е Гц) при 23 °C Плотность, кг/м3 О Ч 0,0007 4300 8,0 0,001 3500 вокоронной защиты электрических машин вы- сокого напряжения. Свойства полупроводящей стеклянной ленты Марка..................... Толщина, мм............... Ширина, мм................ ps, Ом.................... Класс нагревостойкости Система электрической изо- ляции .................... Рабочая температура , , Стабильность.............. Гарантированная длитель- ность эксплуатации при обычных атмосферных условиях (20 °C) не ме- нее ...................... ЛСП-0 0,2—0,03 25 ±3 От 10* до 1010 В Термореактив- ная От —50 до +200 °C К воде, маслу 6 лет Высокие адгезионные свойства получены у волокон из кварцевого и бесщелочного стекла. Наличие оксидов щелочных металлов в соста- ве стекла уменьшает адгезию лаков и смол. Адгезия лаков и смол к волокнам под влияни- ем адсорбции влаги снижается на 20—25 %. Адгезия полимерных веществ к щелочным во- локнам может быть повышена прн введении в состав стекла оксидов некоторых металлов (свинца, циркония и др.) илн обработке по- верхности волокон гидрофобными веществами на основе кремнийорганических соединений. Коэффициент теплопроводности изделий из стеклянного волокна при 25 °C составляет 0,030—0,035 Вт/(м-°С). Малая теплопровод- Таблица 10.6. Свойства натрийборосили- катного стекла для получения стеклянных волокон с низкими диэлектрической проницаемостью и плотностью Показатель Значение &г прн 23 °C: при 108 Гц 4,5 при 1010 Гц tg б при 23 °C: 4,4 при 106 Гц 0,003 при 1010 Гц 0,006 при 200°C, Ом-м Ю10 лотность, кг/м3 2200
§10.5 Ассортимент изделий из стеклянного волокна 257 Таблица 10.7. Ассортимент комплексных стеклянных нитей Номинальный диаметр элементарной нити, мкм Номинальная линейная плотность комплексных нитей, текс, при количестве элементарных нитей в комплексной нити 50 100 200 400 600 800 3 1,8 4 1,9 3,4 —- — — —. 5 2; 2,8 5,6 11 22 34 44 6 3,4 6,8 14; 17 28; 34 44; 50 56; 68 7 5,6 9,2; 11 22 44 66 88 9 — — 34 68 100 140. 10 — — — 80 120 160 12 — — 240 13 — — — — — 280 ность изделий из стеклянного волокна объяс- няется их большой пористостью: 90—99 % их объема занимают воздушные поры и только 10—11 % — стекло, которое также имеет срав- нительно небольшой коэффициент теплопровод- ности; 0,7—1,05 Вт/(м-°С). Коэффициент теп- лопроводности различных видов асбестовой тепловой изоляции в 3—5 раз, а средняя плот- ность в 3—8 раз больше, чем у стеклянной ваты. С изменением диаметра волокна теплопро- водность материалов изменяется незначительно. Тонкие ткани имеют такой же коэффици- ент теплопроводности, как и стеклянная вата: коэффициент теплопроводности плотных тяже- лых тканей 0,047—0,058 Вт/(м-°С). т. е. нахо- дится иа уровне обычных текстильных мате- риалов. 10.5. АССОРТИМЕНТ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НЕПРЕРЫВНОГО СТЕКЛЯННОГО ВОЛОКНА Комплексная стеклянная нить. Непрерыв- ные элементарные стеклянные волокна, вытя- нутые из фильер стеклоплавильного сосуда, со- единяются в процессе вытягивания и замасли- вания в комплексную нить. Комплексные стеклянные нити различают- ся по среднему диаметру составляющих их во- локон (3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 мкм), числу эле- ментарных волокон (50; 100; 200; 400; 600 и 800), а также составу стекла и замаслнвателя. Номинальные линейные плотности комп- лексных стеклянных нитей должны соответст- вовать ГОСТ 8325-78 и изменяются от 1,6 до 280 текс (см. с. 9). Ассортимент комплексной стеклянной нити, принятый в промышленности стекловолокна, частично приведен в табл. 10.7. В процессе вытягивания на элементарные стеклянные волокна наносят склеивающее ве- щество— замасливатель. К замаелнвателю предъявляются следующие требования: он дол- жен предохранять волокна от истирания; свя- зывать элементарные волокна в единую комп- лексную нить; иметь вязкость 0,007—0,008 Па-с, обеспечивающую безобрывный процесс выра- ботки; предохранять пряди комплексной нити от склеивания друг с другом на бобине; обла- дать хорошей адгезией к стеклу; совмещаться со смолой, предназначенной для изготовления слоистых пластиков; предохранять стеклянное 9—232 волокно от вредного влияния внешних условий (например, влаги) при изготовлении слоистых пластиков; не оказывать вредного воздействия на свойства изделий (например, не ухудшать электрические показатели). Однако создать универсальный замасливатель, удовлетворяю- щий всем перечисленным выше требованиям, очень трудно и поэтому применяемые промыш- ленностью замасливатели подбираются в зави- симости от назначения стеклянного волокна. В качестве замаслнвателя для непрерывно- го стеклянного волокна применяются быстро- застывающие эмульсии на основе парафина, водные растворы клеящих веществ, а также другие композиции, обеспечивающие процесс вытягивания стеклянных нитей с минимальной обрывностью. Содержание замаслнвателя в ни- ти ие должно превышать 2—3 % (мае.). Различают два вида замасливателей: текс- тильные и прямые. Назначение текстильных за- масливателей — предохранение волокон н комплексной нити от разрушения в процессе текстильной переработки. Прямые замаслива- тели, кроме того, должны хорошо совмещаться с полимерными связующими, обеспечивая вы- сокую прочность н стабильность свойств стек- лопластиков. В качестве текстильного замаслнвателя промышленность стекловолокна применяет «па- рафиновую эмульсию», имеющую состав: , 1,6 % парафина; 0,6—1,0 % стеарина; 2,0 % вазели- на; 2,0 % трансформаторного масла; 2,0—2,5 % препарата ДЦУ (дициандиамидоформальдегид- ная смола); 1,25 % эмульгатора ОС-20, осталь- ное — вода. Имеются различные прямые замасливате- ли, состав которых различается в зависимости от типа смол, которые наполняют волокнами, а также вида армирующего материала. Так, для электроизоляционных стеклотканей, иду- щих на изготовление стеклопластиков на эпок- сидных и фенольных смолах, используются кремнийорганическце замасливатели 76, 78 и др. Крученая стеклянная нить получается в процессе размотки комплексных стеклянных ни- тей с бобин с первичной круткой и последую- щего трощения нескольких размотанных нитей с вторичной круткой. Крученые нити различа- ются по числу комплексных нитей, лежащих в их основе (две и более); схеме кручения (чис- лу сложений на первичвой и вторичной крут- ках); крутке (количеству кручений нити на 1 м ее длины, которое может изменяться от 50
258 Неорганические волокнистые материалы Разд. 10 Таблица 10.8. Рекомендуемые структуры комплексных крученых стеклянных нитей и их условное обозначение по ГОСТ 8325-78 t о 9S X _ (у <У « й Ь Разрывная нагруз- ка, мН, не менее е ч л' Структура нити ? К о >» Я О Cts а g s - g и 5 = а§ в о X Я Ж к К й г. 4» О Я Си S X 5. J5 О Я вс ® «- м as г s БСЗ-1,8X1X2 3,6 2185 1980 (ЮО) БС4-1,9X1X2 (ЮО) 3,8 2313 2087 БС4-3,4X1X2 (ЮО) 6,8 4136 3734 БС5-2.8Х1 (50) 2,8 1705 1539 БС5-2.8Х1Х2 (ЮО) БС5-5.6Х1 (50) 5,6 3400 3077 5,6 3400 3077 БС5-11X1X2 (100) 22,0 13 367 12 074 БС5-22Х1Х2 (100) 44,0 26 734 24 147 БС5-34Х1Х2 (100) БС6-3.4Х1 (50) 68,0 41 317 37 318 3,4 1999 1833 БС6-3,4X1X2 (100) БС6-6.8Х1Х2 (ЮО) БС6-6.8Х1ХЗ (100) 6,8 3998 3665 13,6 7997 7350 20,4 11 995 10 996 БС6-14Х1 (50) 14,0 8232 7546 БС6-14Х1Х2 (ЮО) БС6-17Х1 (50) 28,0 16 464 15 092 17,0 9996 9163 БС6-17Х1Х2 (ЮО) БС6-17Х1ХЗ (100) БС6-28Х1Х2 (100) БС6-28Х1ХЗ (ЮО) БС6-34Х1 (50) 34,0 19 992 18 326 51,0 29 988 27 489 56,0 32 928 30 184 84,0 49 392 45 276 34,0 19 992 18 326 БС6-34Х1Х2 (ЮО) 68,0 39 984 36 652 БС6-34Х1ХЗ (ЮО) 102,0 59 974 54 978 БС6-34Х1Х4 (100) БС6-34Х1Х6 (ЮО) 136,0 79 968 73 304 204,0 119 952 109 956 БС7-5.6Х1Х2 (ЮО) БС5-11Х1 (50) 11,2 5272 4831 11,0 6683 6037 БС6-28Х1 (50) 28,0 • 16 464 15 092 БС7-9.2Х1Х2 (ЮО) 18,4 8653 7938 БС7-11Х1 (50) 11,0 5174 4743 БС7-11Х1Х2 (100) 22,0 10 349 9486 БС7-22X1X2 44,0 20 698 18 973 (100) БС7-44Х1 (50) • 44,0 20 698 18 973 БС9-34Х1Х2 (100) 68,0 27 989 25 323 Продолжение табл. 10.8 Структура нити Результирующая номинальная линей- ная плотность, текс Разрывная нагруз- ка, мН, не менее для нитей высшей кате- гории качест- ва О о в я £ £ « 5 яв * SOS я X Е о-а. БС9-34Х1ХЗ (100) 102,0 41 983 37 985 БС9-68Х1 (50) 68,0 27 989 25 323 БС9-68Х1Х2 (ЮО) 136,0 55 978 50 646 БС9-68Х1Х4 (ЮО) 272,0 111 955 101 293 БС10-80Х1Х2 (ЮО) 160,0 59 584 53 312 БС10-80Х1ХЗ (50) 240,0 89 376 79 968 БС10-80Х1Х4 320,0 119168 106 624 (DU) БС10-160Х1Х2 320,0 119 168 106 624 (QUJ БС10-160Х1ХЗ (50) 480,0 178 752 159 936 БС6-6.8Х1 (50) 6,8 3998 3665 Примечание. Условное обозначение комп- лексных крученых нитей состоит из трех частей: первая часть — вид стекла (Б — алюмоборосилн- катиое стекло), буква С, обозначающая элементар- ную нить, 6—Ю — номинальный диаметр элементар- ной ннтн, мкм; вторая часть — линейная плотность комплексной ннтн, текс, количество комплексных нитей в одиноч- ной, количество скручиваемых одиночных нитей, ко- личество кручений на 1 м нитей (в скобках); третья часть — индекс замасливателя (прн выра- ботке нити на замасливателе «парафиновая эмуль- сия» третья часть в обозначении марки отсутствует). до 500) н характеристике исходной комплекс- ной нити. Разрывная нагрузка крученых нитей может изменяться от 3 до 300 Н. Ассортимент, характеристики и требования, предъявляемые к крученым нитям, регламентируются ГОСТ 8325-78. Некоторые наиболее употребительные марки нитей приведены в табл. 10.8. Крученые стеклянные нити применяются для изоляции монтажных н обмоточных про- водов, для выработки лент и тканей и других целей. Провода со стекловолокннстой изоляцией могут длительное время эксплуатироваться при температурах до 600 “С. Значительно более вы- сокие (до 1200йС) рабочие температуры име- ют провода, изолированные нитями из кварце- вого волокна. Такие провода устойчиво рабо- тают в условиях высокой влажности и агрес- сивности окружающей среды. К недостаткам стекловолокнистой изоля- ции следует отнести повышенную хрупкость во- локна, низкую стойкость к истиранию и весьма малое относительное удлинение при разрыве (2-3%). Основные параметры крученых цветных нитей представлены в табл. 10.9. Ткаии, сетки, леиты получают из крученой нити на ткацких станках. Стеклянные ткаии различаются по виду переплетения (саржевое,
§ 10.5 Ассортимент изделий из стеклянного волокна 259 Таблица 10.9. Параметры крученых комплексных цветных нитей Структура нити Результирующая номинальная ли- нейная плотность, текс Разрывная наг- рузка, мН, не менее Число кру- чений ва 1 м ТУ МС6-14,4X1X4 57,6±4 2700 150±15 ТУ 6-11-316-74 Таблица 10.10. Ассортимент стеклянных тканей, лент, шнуров, шнур-чулок Наименование изделий Назначение Толщина, мм ГОСТ или ТУ Стеклянные ткани Электроизоляционные из стеклянных круче- ных комплексных ни- тей типа Э: Для электроизоляционных материалов и фольгирован- ных материалов ГОСТ 19907-83 1-й класс 2-й класс 3-й класс 4-й класс Для фольгированных мате- риалов Для стеклолакотканей Для стеклопластиков Для слюдиннтов, слюдо- пластов н миканнтов 0,05—0,18 0,03—0,125 0,1—0,25 0,03—0,062 Конструкционные из стеклянных крученых комплексных нитей ти- па Т: 0,23—0,29 ГОСТ 19170-73 Т-11-Р ТУПР Т-9Т Т-10Т Стеклопроволочные Для стеклотекстолитов ра- диотехнического назначения Для стеклотекстолитовых изделий высокой механичес- кой прочности То же » > Для изделий радиотехни- ческого назначения 0,31 0,26 0,20 0,2 0,10—0,25 ТУ6-11-139-75 ТУ 6-11-120-75 ТУ 6-11-361-75 То же ТУ 6-11-406-76 Электроизоляционные ленты: лэс ЛЭСБ ЛЭВМП Полупроводящая лен- та из медьсеребросо- держащего стекла марки ЛСП-0 Шнур бандажный элек- тротехнический стек- лянный ШБЭС Шнур-чу лки: ШЭС-1 ШЭС-2 АСЭЧ(б) Ленты и шнуры Для изготовления обмоток электрических машин, аппа- ратов, проводов 0,05—0,27 0,10—0,25 0,1—0,2 ГОСТ 5937-81 То же ТУ 6-11-248-78 Для применения в протнво- коронной защите высоко- вольтных обмоток электри- ческих машин Для бандажировки элект- родвигателей 0,2 5,0 ТУ 6-11-314-74 ТУ 6-11-15-222-82 ТУ 17-РСФСР 8351-75 Для лакированных трубок Для эструзионных трубок Для изоляции проводов и специальных изделий 0,3—0,4 ТУ 17-РСФСР-44-5873 77 9*
2б0 Неорганические волокнистые материалы Разд. 10 Таблица 10.11. Ткани электроизоляционные из стеклянных крученых комплексных нитей по ГОСТ 19907-83 Марка ткани Толщина ткани, мм Поверхностная плотность, г/м8 Плотность тканн, число интей иа 1 см Разрывная нагрузка, Н, не менее по основе по утку по осноае по утку Э1-25 0,025+0,002 24+2 3oii 30+1 147 117 Э1/1-25 0,025+0,002 21 + 1,5 24i 24+1 167 88 Э1-30 0,030+0,002 27+3 24+ 21 + 1 147 117 Э1-35 0,035+0,004 30+2 3°+ 16+1 294 147 Э1-62 0,062+ 0,005 67+4 2°+ 20+1 392 294 Э1-62-18 67+4 2°+ 20+1 196 147 Э1-100 0,100+0,008 108+6 2°+ 20+1 588 588 Э1/1-100 0,100+0,010 110+6 1б+ 16,5+1 588 588 Э1/1-100-18 0,110+0,010 110+6 1б+! 16+1 294 294 Э1/1-100-ПТ 0,100+0,010 110+6 ю+ 16+1 588 490 Э1-125 0,125+0,010 145+9 1б+ 16+1 882 882 Э1-125-39 0,125+0,010 145+9 1б+ 16+1 882 882 Э1-125-ПТ 0,125+0,010 145+9 1б+ 16+1 882 882 Э1-150-ПТ 0,150+0,012 150+9 п± 11+1 882 882 Э2-30 0,030+0,003 27+3 24i 21 + 1 147 117 Э2-46 0,046+0,004 48+4 22+1 392 245 Э2-62 0,062+0,005 67+5 20+ 20+1 392 294 Э2-80 0,080+0,006 95+Ю 20+ 20+1 588 490 Э2/1-8С 0,075 +0,006 80+8 2о+ 16+1 588 490 Э2-100 0,100+0,008 108+10 20+ 20+1 588 588 Э2-125 0,125+0,010 145+9 1б+ 16+1 882 882 ЭЗ-100 0,10+0,010 108+10 2о+ 20+1 588 588 ЭЗ/1-100 0,100+0,010 110+10 1б+ 16,5+1 588 588 ЭЗ/1-100-18 0,110+0,010 110+10 1б+ 16+1 294 294 ЭЗ-100-ПТ 0,100+0,010 108+10 2°+ 20+1 588 588 ЭЗ/1-100-ПТ 0,100+0,010 110+10 1б+ 16+1 588 490 ЭЗ-125 0,125+0,013 145+12 1б+ 16+1 784 784 ЭЗ-125-39 0,125+0,013 145+12 1б+ 16+1 784 784 ЭЗ-125-ПТ 0,125+0,013 145+12 1б+ 16+1 784 784 ЭЗ-150-ПТ 0,150+0,015 150+12 п+ 11 + 1 932 932 ЭЗ-200 0,200+0,20 195+16 ю+ 9+1 1127 1078 ЭЗ-20Э-ПТ 0,200+0,020 195+16 ю+ 9+1 1127 1078 ЭЗ-25Э-ПТ 0,250+0,010 230+18 в+‘ 7+1 1176 1078 —0,040 Э4-25 0,025+0,003 24+3 3oii 30+1 147 117 Э4/1-25 0,025+0,003 21+3 24+ 24+1 167 88 Э4-30 0,030+0,003 27+3 24+ 21 + 1 147 117 Э4-35 0,035+0,004 30+3 Зо+ 16+1 294 147 ЭУ-46 0,046+0,005 48+5 24± 22+1 294 216 Э4/1-46 0,046+0,005 45+5 24+ 18+1 343 196 Э4-62 0,062+0,006 67+7 20+ 20+1 392 294 Э(с)4-40 0,040+0,006 38+4 20+1 11 + 1 294 98 —0,002 Таблица 10.12. Ассортимент электроизоляционных лент из стеклянных крученых комплексных нитей Марка ленты Номиналь- ная тол- щина лен- ты, мм Марка инти (см. табл. 10-8) ТУ, гост в основе в утке лэс 0,08 БС6-14Х 1Х2 или БС6-6,8Х 1 Х2 или ГОСТ 5937-81 БС6-13Х1Х2 БС6-14Х1 0,10 БС6-14Х 1X2 или БС6-6,8Х1Х2 или БС6-13Х1Х2 БС6-14Х1 0,10 БС6-14Х 1 Х2 или БС6-14Х1 Х2 или БС6-13Х1Х2 БС6-13Х1Х2 0,15 БС7-22Х1Х2 БС7-22Х 1 Х2 или БС7-44Х1
§ 10.5 Ассортимент изделий из стеклянного волокна 261 Продолжение табл. 10.12 Марка ленты Номиналь- ная тол- щина лен- ты, мм Марка нити (см. табл. 10-8) ТУ, гост в основе в утке ЛЭСБ 0,20 0,1 БС6-34Х1Х2 БС6-17Х1Х2 БС6-34Х1 Х2 или БС-68Х1 БС7-9,2Х 1 Х2 или лэ-вмп 0,15 0,20 0,25 0,1 БС7-22Х1Х2 БС6-34Х1Х2 БС6-34Х1Х2 ВМП6-7,2X1X4 или БС6-17Х1 БС6-17Х1 Х2 или БС6-34Х1 БС6-17Х1 Х2 или БС6-34Х1 БС7-22Х1Х2 или БС7-44Х1 ВМП6-7,2Х1ХЗ ТУ6-11-248-72 0,15 0,20 ВМП6-14Х1Х2 ВМП6-7,2 X1 X 4 или ВМП6-14Х1Х2 ВМП6-7,2х 1 ХЗ или ВМП6-7,2Х 1 Х4 или ВМП6-14Х1Х2 ВМП6-7,2Х1ХЗ или ЛЭС 0,06 ВМП6-14Х1Х4 БС6-6,8X2-80 ВМП6-14Х1 Х4 БС6-6,8X2-80 ТУ6-11-249-74 0,05 БС5-5,6Х 1 Х2-76 БС5-5.6Х1-76 ТУ6-11-523-80 0,2 БС6-26Х1Х2 БС7-36Х1ХЗ ТУ6-11-345-74 0,27 БС6-26Х1Х2 БС7-36X1X3 П родолжение полотняное, сатиновое и т. д.), ширине (от 15 до 120 мм), толщине (от 0,010 до 2,50 мм), «плотности» (числу нитей на 1 см по основе и утку), массе 1 мг (0,025—5,0 кг), разрывной нагрузке по основе и утку (300—3000 Н), со- отношению прочности по основе и утку (от 1 : 1 до 10:1) и параметрам нитей. Ассортимент и физико-механические свойства некоторых стек- лянных тканей, сеток (редких тканей) и лент электротехнического назначения приведены в табл. 10.10 и Ю.11. Стеклоткани применяются как полуфабри- каты для изготовления стеклолакотканей, стек- лотекстолитов и слюдяной изоляции. Стеклян- ные сетки предназначаются для изготовления стекломиканита и электроизоляционных стек- лопластиков. Стеклянные ленты непосред- ственно используются в качестве электроизо- ляции. Ленты из стеклянного волокна делятся на тканые и нетканые. Тканые ленты по ГОСТ 5937-81 (табл. 10.12), вырабатываемые из крученых стеклян- ных нитей, применяются в изоляции электриче- ских машин и аппаратов. Лента стеклянная нетканая марок ЛСБ-В и ЛСБ-F (ТУ 6-11-22-76) состоит из парал- лельно расположенных непрерывных стеклян- ных нитей, скрепленных между собой электро- изоляционным лаком. Эти ленты предназнача- ются для бандажирования якорей и роторов электрических машин классов изоляции В и F. Для получения нетканых лент используются стеклянные нити из волокон диаметром 9— 11 мкм с замасливателем «парафиновая эмуль- сия». Технические показатели не- тканых лент: Ширина лент, мм .... 5, 10, 15, 20, 30 Допустимое отклонение по ширине: при ширине от 5 до 15 мм................ при ширине от 20 до 30 мм................ Толщина ленты, мм . . . Содержание связующего, % Растворимость связующе- го, %.................... Содержание летучих, % Разрывная нагрузка Н, не менее ................ ±1 мм ±2,0 мм 0,2+0,04—0,02 21-25 90±7 2,0±0,9 700 Бандажи для электромашиностроения из стеклянных лент марок ЛСБ-В и ЛСБ-F име- ют разрушающее напряжение при растяжении при нормальной температуре 800—900 МПа, а при рабочей температуре (класса В или F со- ответственно) — 500—600 МПа. Шиур-чулок из стекловолокна марки АСЭЧ (авиационный стеклянный электроизоляцион- ный чулок, ТУ 17 РСФСР 44-5873-77) пред- ставляет собой полый круглый шнур, сплетен- ный из крученых стеклянных нитей на шнуро- плетельных машинах, предназначаемый- для изоляции проводов. Эти шнур-чулки изготавли- ваются с толщиной стенки 0,30—0,35 мм при внутреннем диаметре от 1 до 8 мм. Шнур-чулок электротехнический марок ШЭС-1 и ШЭС-2 (ТУ 17 РСФСР 8351-75) нз стеклонити изготовляется с внутренним диа- метром 1—8 мм, линейной плотностью 1,84— 12,76 ктекс. Шиур бандажный электротехнический стек- лянный марки ШБЭС (ТУ 6-11-15-222-82) при- меняется для бандажировки электродвигате- лей. Он выпускается шириной 5,0±1,0 мм, со-
262 Неорганические волокнистые материалы Разд. 10 Таблица 10.13. Показатели стеклянной бумаги Марка бумаги Поверхност- ная плот- ность, г/ма Разрывная наг- рузка полоски шириной 50 мм в продольном направлении, Н, не менее Потери массовой доли веществ при прокалива- нии, %, не более Влажямтк» 44» не более ТУ БмД-6 БмД-8 6±1,8 8±2,4 3,92 4,90 10 10 1.0 ) 1.0 / ТУ 6-11-484-79 БмД-11 11±3,3 7,84 10 1.0 ] БмД-15 15±4,5 10,78 10 1,0 1 ТУ 6-11-484-79 БмД-20 20±6,0 13,72 10 1,0 J БмД-ИТ-25 25±3,0 11 9 1,0 ] БмД-ИТ-32 32±4,0 13 9 1.0 } ТУ 6-11-15-223-82 БмД-ИТ-40 40±4,0 15 9 1,0 J Примечание. В обозначении марки: Бм — бумага, Д — штапельное волокно, 6, 8... — поверхностная плотность бумаги, г/м2, ИТ — источники тока. стоит из 40 нитей марки БС6-34Х1Х2-31 (150), линейная плотность шнура 2700±200 текс, раз- рывная нагрузка 981 Н' Стеклянная бумага марки БМД нз шта- пельного супертонкого волокна (ТУ 6-11-484- 79) представляет собой тонкий слой хаотически расположенных стеклянных штапельных воло- кон, скрепленных между собой связующим. При производстве бумаги используется алюмо- боросиликатное стекло и связующее иа основе поливинилацетата. Стеклянная бумага предназначена для производства композиционных электроизоляци- онных иагревостойких материалов и для сепа- раторов в химических источниках тока. Бумага выпускается в рулонах шириной 900 мм. Технические характеристики стеклянной бу- маги представлены в табл. 10.13. 10.6. ВЫСОКОНАГРЕВОСТОЙКИЕ ВОЛОКНА И НИТЕВИДНЫЕ КРИСТАЛЛЫ температурой размягчения (900—1000°C), что позволяет их применять для нагревостойкой изоляции. Основные способы производства высокона- гревостойких волокон и ассортимент изделий даны в табл. 10.14. Электрические показатели и плотность кварцевых и магнийалюмосиликатных волок- нистых материалов приведены в табл. 10.15. Зависимости ег и tg б кварцевых и кремнезем- ных волокон от температуры представлены на рис. 10.10. В качестве высоконагревостойкой электри- ческой изоляции находят применение нити, ткани и ленты из кварцевых волокон (табл. 10.16 и 10.17). Ткань кремнеземная электроизоляционная предназначается для стеклопластиков электро- изоляционного назначения. Содержание Na2O в этой ткани не более 0,45 % (мае.), а замас- ливателя —не более 1 % (мае.). Марки и фи- зико-технические свойства ткани приведены в табл. 10.18. Широкое применение для электрической и тепловой изоляции находят высокоиагревостой- кие волокна (кварцевые, кремнеземные, каоли- новые, а также магнийалюмосиликатного со- става) и изделия на их основе. Высокая нагревостойкость кварцевых, кремнеземных и каолиновых волокон определя- ется их высокой температурой плавления (1750—1800°C). При 1450—1500°C наблюда- ется спекание этих волокон, ио без размягче- ния; хрупкость их наступает при 1000—1250 °C в условиях многократного нагрева и охлажде- ния. С повышением температуры изделия из кварцевого, кремнеземного, каолинового воло- кон претерпевают усадку. Для устранения это- го явления целесообразно эти волокнистые ма- териалы (особенно кремнеземного состава) подвергать предварительной термической обра- ботке при 600—800 °C. Волокна, получаемые из тугоплавких сте- кол магиийалюмосиликатного состава, содер- жащие оксиды кремния [58—67 % (мае.)] и алюминия [25 % (мае.)], обладают высокой Рис. 10 10. Зависимость ег и tg б при 2 МГц от температуры для высоконагревостойких во- локон: / — кремнеземное волокно, tg б; 2—кварцевое н кремнеземное волокно, 8Г; 3 — кварцевое волокно, tg б
§ 10.6 Высоконагревостойкие волокна и нитевидные кристаллы 263 Т а б л иц а 10.14 Наименование волокна и его средний диаметр Способ получения волокна Изделия из Еолокна Кварцевое: супертонкое (1— Штабиковый. Штапельное и непрерывное волокно. Раздув и вытягивание волокна из Вата, маты, нити, ткани 2 мкм), непрерывное (6—12 мкм) штабиков газовым потоком Кремнеземное: Химический процесс. Получение волокна и Нити, ткани, фильтры, супертонкое (1— 3 мкм), непрерывное (5—10 мкм) материалов основано на выщелачивании в кислых растворах легкоплавких оксидов из стеклянных волокон промышленных со- ставов войлок, картоны, бумага Каолиновое (2—4 мкм) Дутьевой. Плавление природных минераль- ных пород или синтетических смесей туго- плавких оксидов в электродуговых, высо- кочастотных, газовых и газоэлектрических печах. Раздув струи воздухом и потоком раскаленных газов Вата, войлок, маты, кар- тон, бумага, фильтры, ровница Магнийалюмосиликат- ные (6—10 мкм) раз- личного состава марок ВМП, УП-67 Фильерный. Непрерывные волокна Нити, ткани, ровинги Таблица 10.15 Показатель Составы тугоплавких стекол, применяемые для получения волокнистых материалов кварцевое магнийалюмосиликатное марки ВМП УП-67 Плотность, кг/м3 р, Ом-м, при 23°C tg6 (Ю10 Гц) в интервале 20—900 °C ef (1010 Гц) в интервале 20—900 °C 2210 101»—1017 1,5-10—4 3—4 2580 IO4* 10—2—3-10—5 5,93 2460 10« 7-10-3—3-10“? 5,18 Таблица 10.16. Параметры крученых кварцевых нитей Структура нити Результирующая номинальная ли- нейная плотность, текс Разрывная нагрузка, мН, не менее Число кру- чений на 1 м Потери массовой доли вещества прн прокалива- нии, %, не более ТУ, гост КС11-17Х4ХЗ 204±30 58 800 105±15 2,5 ТУ 6-11-82-75 КС11-17Х2ХЗ 102±15 25 480 105±15 2,5 То же КС7-4,5X1X2 9±1 2940 100±10 3,5 ТУ 6-11-402-76 КС11-17X4-39 68±9,2 — 150±15 0,5 ТУ 6-11-418-76 Примечание. Обозначение марки состоит из трех частей. В первой частя буквы обозначают: К — кварцевое стекло, С — непрерывная элементарная нить, цифра — номинальный диаметр элементарной ннтн, вторая часть — линейная плотность комплексной нити в текс и число сложений при первом н втором скручива- ниях. Третья часть — индекс замаслнвателя. Прн выработке нити на замасливателе «парафиновая эмуль- сия» третья часть в обозначении марки отсутствует. Таблица 10.17. Технические характеристики кварцевых тканей (ТУ 16-11-216-76) Марка ткани Ши- рина, см Толщина, мм Поверхност- ная плот- ность, г/м2 Плотность, число нитей на 1 см Разрывная нагрузка, Н, не меиее Потерн мае- ’ совой доли веществ при. прокалнва- инн, %, ие более осно- ва уток основа уток ТС8/3-К 92±2 0,28±0,03 290±20 36±1 20±1 1078 588 2,5 ТС 8/3-К-ТО 92±2 —- — 36±1 20±1 980 539 0,1—0,4
;264 Неорганические волокнистые материалы Разд. 10 Таблица 10.18. Параметры кремнеземных тканей и лент Марка Ширина, см Толщина, мм Поверх- ностная плотность, г/мг Плотность, число нитей на 1 см Разрывная нагрузка, Н, не менее ТУ, ост основа уток осно- ва уток Ткани КТ-11-Э/0,2 88+3 90±3 0,23±0,03 180±20 10±1 10±1 294 294 (30) ТУ 6-11-224-74 КТ-11-0,2 88±3 0,23±0,03 180 ±20 10±1 10±1 245 245 То же КТ-11-Э/0.2-ТО 83±3 85±3 0,26±0,03 180±20 11±1 11±1 196 (25) 196 (20) ТУ 6-11-225-74 КТ-П-Э/0,1 90±3 0,105+0 ,015 95±10 20±1 20±1 147 147 11 ТУ 6-11-414-76 КТ-11-Э/0.1-ТО 85±3 0,115±0,015 95=1=10 21±1 21±1 98 (10) 98 (Ю) 78,4 (8) То же кт-п-0,1 90 ±3 0,105±0,015 95±10 20±1 20±1 78,4 » » Ленты КЛ-11-1,5 1,5±0,2 0,33+0,05 5±1 17±1 10±1 294 — ОСТ 6-11-377-75 КЛ-11-3,5 3,5±0,2 0,33±0,05 10±2 17±1 10±1 343 — КЛ-11-5,0 5,0±0,2 0,33±0,05 14±3 17±1 10±1 392 —— КЛ-11-8,2 8,2+0,4 0,40±0,05 28±5 9±1 9±1 490 — КЛ-11-9,4 9,4+0,4 0,40±0,05 32±5 9±1 9±1 490 — Таблица 10.19. Физико-механические свойства нитевидных кристаллов Состав ните- видных крис- таллов Темпера- тура плавле- ния, °C Плот- ность, кг/м3 Диаметр, мкм Длина, мм Разрушаю- щее напря- жение при растяжении. МПа Модуль уп- ругости, МПа ег (Ю« Гц) a-SiC 2830 3200 0,2 2—10 400 3000 Полупровод- AI2O3 2050 3960 0,2 2—7 200 3000 ник Si3N4 1900 3200 1—2 0,1 150 1900 4 AIN 2450 3300 0,5 0,8 150 1500 4,4 ZnO 1950 5600 От десятков до сотен нанометров 0,01 4 Из стекловолокна алюмосиликатного со- става марки УП изготовляют (ТУ 6-11-15- 1165-80) крученые нити марок УПС 6-6.9Х1Х Х2-76 и УПС 6-6,9X1 Х2-270 с линейной плот- ностью 13,8 текс, разрывной нагрузкой 9,81 Н и числом кручений на 1 м 100± 15. Большое значение для получения различ- ных электроизоляционных материалов, способ- ных длительно работать при температуре 1000 °C и выше, приобретают нитевидные мо- нокристаллы тугоплавких соединений. Ните- видные кристаллы отличаются высокой механи- ческой прочностью, тугоплавкостью, химиче- ской инертностью и коррозионной стойкостью, малой плотностью, отсутствием фазовых пре- вращений вплоть до температуры плавления и удовлетворительными диэлектрическими свой- ствами. Нитевидные кристаллы имеют малый диа- метр (от долей до нескольких микрометров) и большую длину,- что позволяет использовать их для получения легковесных электро- и теп- лоизоляционных материалов. Большинство нитевидных кристаллов туго- плавких соединений получают из газовой фазы с последующей кристаллизацией продуктов в виде нитей. Температура, парциальное давле- ние и скорость потока реагирующих газов, а также состав исходных продуктов должны вы- держиваться постоянными. Свойства некоторых нитевидных кристал- лов, которые используются для получения изо- ляционных материалов, приведены в табл. 10.19. В настоящее время промышленностью вы- пускаются нитевидные кристаллы окиси алю- миния (ТУ 6-02-1172-79), окиси цинка (ТУ 6- 02-1182-79), нитрида кремния (ТУ 6-02-797-78), карбида кремния (ТУ 6-02-1183-79), нитрида алюминия (ТУ 6-02-1170-79). Важнейшими свойствами нитевидных кри- сталлов являются высокие прочностные и ди-
§ 10.7 Асбест и изделия из него 265 электрические свойства при высоких темпера- турах. Теплопроводность изделий из нитевид- ных кристаллов очень мала. Так, для материа- лов на основе нитевидных кристаллов окиси алюминия при 25 °C теплопроводность состав- ляет 0,01, при 700 °C —0,023, при 1400 "С — 0,067 Вт/(м-°С). Из нитевидных кристаллов окиси алюминия, нитрида кремния и нитрида алюминия получают высоконагревостойкие бу- маги и маты, применяемые в качестве электро- и теплозащитных материалов, а также в про- изводстве листовых слоистых пластиков повы- шенной нагревостойкости с высоким уровнем электроизоляционных свойств. 10.7. АСБЕСТ И ИЗДЕЛИЯ ИЗ НЕГО Под термином «асбест» подразумевают во- локнистые разновидности минералов магнези- ально-силикатной группы. Залегают асбесты в горной породе в виде жил, состоящих из пуч- ков волокон, параллельных друг другу. Суще- ствует два основных типа природных асбе- стов— серпентиновый (хризотиловый) асбест и амфиболовый (крокидолит, антофиллит, амо- зит). Морфологические особенности и физичес- кие свойства природных асбестов выражаются в нитевидной форме агрегатов — кристаллов, состоящих из кремнекислородных тетраэдров, в способности их расщепляться на тончайшие волоконца, обладающие высокой механической прочностью и эластичностью. Ценными качест- вами асбестов являются также высокая иагрево- стойкость, стойкость при воздействии агрессив- ных сред (кислот и щелочей), адсорбционная способность, электро- и звукоизоляционные свойства, прядильная способность. Асбесты представляют собой довольно сложного состава водные силикаты магния, кальция, двух- и трехвалентного железа, нат- рия и примесей с изоморфными замещениями магния, кальция, натрия и других элементов на алюминий, калий, никель, марганец. Среди всех известных асбестов хризотил- асбест занимает первое место по своему про- мышленному значению и добыче, которая сос- тавляет примерно 95 % всей мировой добычи. Другими промышленно важными асбестами яв- ляются крокидолит, антофиллит и амозит. Поскольку асбесты содержат различные загрязняющие примеси в виде магнетита, хро- мита, кварца, бурого железняка, талька и дру- гих минералов, то для практического использо- вания почти все виды асбестов подвергают обо- гащению. В электротехнической промышленности, главным образом, применяется хризотиловый асбест, который иногда называют «белый ас- бест» в отличие от «голубого асбеста» — кро- кидолита, который находит применение в бу- мажной и других отраслях. Хризотиловый асбест представляет собой водный силикат магния, соответствующий хими- ческой формуле Mg3[Si2O5] (ОН)4, и имеет хи- мический состав в % (мае.): 39—42 SiO2, 38— 44 MgO, 0,65—2,3 А12О3, 0,2—5 Fe2O3 до 1 СаО, следы Na2O и К2О, 12—15 конституци- онной воды, 1,5—3 адсорбционной воды. Хризотиловый асбест имеет окраску от се- ро-зеленой до желтовато-белой с шелковистым отливом и состоит из трубчатых волокон с внутренним диаметром около И и внешним — до 26 им. Плотность от 2400 до 2600 кг/м3, p=10’-4-1010 Ом-м. Хризотиловый асбест разных марок выпус- кают по ГОСТ 12871-67 путем сухого обогаще- ния породы, а хризотиловый обезжелезненный асбест марки АХО (ТУ 21-22-3-78) — путем мокрого обогащения товарных сортов хризоти- лового асбеста сухого обогащения. Содержание магнетита (Fe3O4) в асбесте сухого обогащения от 3 до 5 %, а в марке АХО — не более 0,5 %. Хризотиловый асбест при механическом воздействии легко расщепляется на тончайшие волоконца, длина которых колеблется от до- лей миллиметра до нескольких сантиметров. Длинноволокнистый асбест встречается гораздо реже, чем коротковолокнистый. Механическая прочность асбестового волокна при растяже- нии достигает 5,6 ГПа. Волокна хризотилово- го асбеста являются одними из самых стой- ких по отношению к щелочам, но легко разру- шаются кислотой. При термообработке асбесто- вое волокно претерпевает ряд изменений, кото- рые влияют иа его физические свойства. При продолжительном нагревании при ПО °C выде- ляется значительная часть адсорбционной во- ды, при дальнейшем нагревании в интервале НО—370°C выделяется остальная часть ад- сорбционной воды и часть конституционной. В интервале 500—600 °C полностью выделяется конституционная вода. При температурах выше 370 °C механическая прочность волокон хри- зотилового асбеста падает, а длительное на- гревание при 430 °C вызывает потерю механи- ческой прочности волокон до 20 %, при 480 °C теряется 40 % прочности, а нагревание при 540 °C вызывает быструю потерю прочности. Эти изменения связаны с выделением консти- туционной воды. При температурах между 550 и 600 °C происходит обезвоживание асбеста и образуется аморфная фаза — форстерит, а при 1100 °C — энстатит. В связи с этим применение материалов из волокон хризотилового асбеста в электрической изоляции, как правило, огра- ничивается температурой 450—500 °C. В последние годы получены синтетические асбесты различного химического состава, близ- кие по структуре и свойствам к природным ми- нералам группы амфиболов. Они получаются двумя способами: пирогенным, т. е. путем кри- сталлизации из расплава фторсодержащих си- ликатных соединений, и гидротермальным — кристаллизацией при 220—550 °C и давлении 10—НО МПа из водных смесей оксидов, гид- роксидов и растворимых солей магния и сили- ката натрия. Синтетические волокнистые ам- фиболасбесты представляют собой эластичные волокна и иглы толщиной 2-10-2—1-Ю-5, мм, длиной 0,2—25 мм. По физико-химическим свойствам они не уступают лучшим сортам природных асбестов, а по нагревостойкости, механической прочности и электрическим пока- зателям превосходят их. Синтетические асбе- сты можно использовать в виде наполнителей для получения различных электроизоляцион- ных материалов высокой нагревостойкости. Выпускают синтетические асбесты в настоящее время в виде опытных партий. Изделия из асбеста. Асбестовые волокна по сравнению с органическими менее прочны.
266 Неорганические волокнистые материалы Разд. 10 Таблица 10.20. Физико-мехаиические показатели асбестовой электроизоляционной пряжи по ТУ 38-114-224-79 Показатель Норма Линейная плотность, текс Отклонения по линейной плотности, %, не бо- лее Разрывная нагрузка полоски шириной 50 мм, Н, ие менее Отклонения по разрывной нагрузке, %, не бо- лее Содержание стеклянной нити, %, ие более Число кручений на 1 м Массовая доля влаги, %, не более Потери массы при прокаливании, %, не более Код ОКП 150±15 8 200±20 8 230±23 8 12 12 12 20 20 20 21 21 25 260±13 360±18 330±16 3 3 3 30 30 30 25 7441 0617 25 7441 0601 25 7441 0621 более жестки и грубы. Для улучшения сцепле- ния асбестовых волокон и повышения физико- механических показателей асбестовых текстиль- ных изделий к асбестовому волокну в ряде случаев в небольших количествах добавляют хлопковые, синтетические и другие волокна. Допускается следующая номинальная ли- нейная плотность одноииточной пряжи, выра- батываемой из асбеста в смеси с другими во- локнами: 38; 68; 125; 165; 180; 250; 340; 460; 520 и 840 текс. Упрочненная электроизоляционная асбе- стовая пряжа (ТУ 38-114-224-79) предназна- чается для оплетки нагревостойких проводов и кабелей на рабочую температуру 50—450 °C. Пряжа не должна иметь пропусков стеклянных и асбестовых нитей, неликвидированных обры- вов из скручиваемых нитей, замасленных и грязных мест. Технические показатели пряжи должны соответствовать данным табл. 10.20. Асбестовая электроизоляционная ровница марки АРЭ (ТУ 38-114-138-75) применяется для изоляции нагревостойких электрических проводов. Асбестовая ровница выпускается с номинальной линейной плотностью 1250 текс, строщенной в три сложения, из смеси асбеста с лавсановым волокном (ГОСТ 13231-77) или хлопковым (ГОСТ 3279-76) в виде паковок (куфты, шпули) с наружным диаметром не бо- лее 220 мм и внутренним — не менее 60 мм. При работе с ровницей выделяется асбестовая пыль. Предельно допустимая концентрация (ПДК) асбестовой пыли в воздухе рабочих помещений 2 мг/м3. Технические показатели ровницы должны соответствовать следующим нормам: Результирующая линейная плотность, текс............ 3750±375 Массовая доля влаги, %, не более........................... 3 Потери массы при прокалива- нии, %, не более .... 25 Содержание оксидов железа в пересчете на Fe2O3, %, не бо- лее ........................... 4,5 Код ОКП....................... 25 7191 0116 Асбестовые крученые нити (ТУ 38-114-142- 80) получают путем размотки одиночных асбе- стовых прядей с бобин с первичной круткой И последующего трощения нескольких размотан- ных нитей с вторичной круткой. Крученые ас- бестовые нити различаются по числу комплекс- ных нитей, лежащих в их основе, схеме кру- чения, крутке и характеристике исходной ннтн. Крученые асбестовые нити применяются в качестве теплоизоляционного материала при температуре до 400 °C. В зависимости от со- держания связующего выпускаются асбестовые крученые нити трех типов: 23 (коды ОКП 27 54410207 — 25 7441 0208)— повышенной нагревостойкости, 29 (код ОКП 25 7441 0205) — нагревостойкие и 32 (коды ОКП 25 7441 0213 — 25 7441 0215) — общего назна- чения. Асбестовые шнуры (ГОСТ 1779-72) пред- назначены для тепловой изоляции и уплотне- ния неподвижных деталей машни и аппаратов с рабочей температурой от 250 до 425 °C. В зависимости от назначения и технологии из- готовления шнуры выпускают десяти марок: ШЛОН, ШЛИ-1, ШЛИ-2, ШЛТ, ШАПТ, ШАВТ, ШАМ, ШАП-1, ШАП-2, ШАГ. Шнуры выпускают диаметром от 0,75 до 30 мм. Шну- ры диаметром до 6 мм изготовляют скручива- нием нескольких сложенных вместе крученых нитей, а шнуры диаметром более 6 мм — не- скольких крученых нитей, сложенных вместе в сердечник с оплеткой из одиночной нити. Со- держание массовой доли влаги в нити и шнуре допускается не более 3 %, а потери массовой доли вещества при прокаливании не должны превышать 32 %. Потери массовой доли веще- ства при прокаливании определяют прокалива- нием в муфельной печи при 900±50°С в тече- ние 1 ч или при 750±50 "С в течение 2 ч. Асбестовые чехлы и трубки плетеные (ТУ 38-114-137-75), применяемые для тепло- изоляционных целей, изготовляют путем спле- тения талькированного резинового сердечника асбестовыми нитями. Чехлы (код ОКП 25 7492 0263) должны быть работоспособны при тем- пературе 425 °C, а трубки (код ОКП 25 7492 0169) — до 400 °C. При установке иа рабочее место сердечник извлекается и чехлы и трубки применяются в виде «чулка». Чехлы
§ Ю.7 Асбест и изделия из него 267 выпускаются с внутренним диаметром- от 10 до 40 мм и толщиной стенки не более 4,5 мм; трубки — с внутренним диаметром от 5 до 40 мм и толщиной стенки от 3 до 6 мм. Внут- ренний диаметр чехла и трубки определяются диаметром резинового сердечника. Для чехлов и трубок нормируется содержание массовой доли влаги, которое должно составлять не бо- лее 2,5 и 2,8 % соответственно, а также поте- ри массовой доли вещества при прокаливании: не более 26 % для чехлов н не более 32 % для трубок. Асбестовые ткани (ГОСТ 6102-78) изго- товляют иа ткацких стайках полотняным, реп- совым илн саржевым переплетением как из од- ной асбестовой пряжи, так и в смеси с другими волокнами (хлопковыми, лавсановыми и стек- лянными). , -В электротехнической промышленности ас- бестовые ткани применяются как полуфабри- каты для изготовления слоистых пластиков. Ас- сортимент и технические показатели асбесто- вых тканей электротехнического назначения приведены в табл. 10.21. Ткаии АТ-1, АТ-2, АТ-3 и АТ-10 содержат от 15,5 до 18,5 % хлопка, АЛТ-1—20 %, а АЛТ-2—50 % лавсанового волокна. Ткань АЛТ-2 предназначена для работы в условиях тропического климата. Асбестовые электро- и теплоизоляционные ленты (ГОСТ 14256-78), представляющие со- бой однослойную тканую ленту, изготовленную из асбестовой пряжи по основе и утку, из ас- бестовой основы и стеклянного или лавсано- вого утка, применяются в изоляции электричес- ких машин и аппаратов. Изготовляют семь ма- рок лент, назначение которых приведено в табл. 10.22. На лентах не допускаются надрывы кро- мок лент и уточные петли размером более 1,5 мм. Средний срок сохраняемости лент ма- рок ЛАЛЭ-1 и ЛАЛЭ-2—10 лет, остальных марок — 5 лет. Физико-механические показатели асбесто- вых леит должны соответствовать нормам, приведенным в табл. 10.23. Асбестовая бумага (ГОСТ 23779-79) из- готовляется из хризотилового асбеста (ГОСТ 12871-67) н применяется для изоляции элект- рических машин и аппаратов, тепло- и гидро- изоляции, а также для набивки валов супер- каландров. Асбестовую электроизоляционную бумагу выпускают двух марок: БЭ (коды ОКП 25 7614 0707 — 25 7614 0713) и БЭ-1 (коды ОКП 25 7614 1107 — 25 7614 НИ) в рулонах шириной 950±£мм с количеством обрывов в рулоне ие более двух. Поверхность бумаги должна быть машинной гладкости; складки, морщины, бугры, углубления, вздутия, просве- ты не допускаются. По физико-механическим показателям бумага должна соответствовать нормам, приведенным в табл. 10.24. Для асбестовой бумаги всех толщин мас- совая доля влаги — ие более 3 %, потери мас- совой доли вещества при прокаливании — не более 25 % Для марки БЭ и не более 19 % для марки БЭ-1, содержание массовой доли магнитной окиси железа ие более 3,4 %. В исходном состоянии асбестовая бумага отличается низкой механической прочностью и высокой пористостью (до 65 %). После про- питки бумаги полиэфирноэпоксидными и крем- нийорганическими лаками механическая и электрическая прочность бумаги повышается в 1,5—2 раза и остается на достаточном уровне после старения в течение 24 ч при 225 °C с последующей выдержкой 24 ч при относитель- ной влажности воздуха 95 %. Высокие показа- тели по нагревостойкости и эластичности, а также достаточная электрическая прочность электроизоляционных материалов на основе пропитанной асбестовой бумаги определяют возможность использования этих материалов для изоляции электрических машин, аппаратов и трансформаторов. Асбестовая бумага нахо- дит применение для изготовления асбогетииак- са. Пропитанная асбестовая бумага благодаря своей растяжимости обладает способностью хорошо утягиваться при обмотке. Асбестовая бумага, армированная стекло- тканью (ТУ 16-503.162-77), представляет со- бой двухслойный материал, состоящий из слоя асбестовой бумаги и слоя стеклоткани, склеен- ных между собой в процессе изготовления ас- бестовой бумаги на бумагоделательной машине, применяется в качестве корпусной изоляции по- люсных катушек крановых и тяговых электро- двигателей постоянного тока, а также для из- готовления слоистых пластиков повышенных нагревостойкости и влагостойкости и гибких листовых композиционных материалов. Асбестовая бумага, армированная стекло- тканью, выпускается в рулонах шириной 900^5 мм и толщиной 0,20, 0,25, 0,30 и 0,35 мм. Основным показателем материала является разрушающее напряжение при растяжении 30 МПа и £Пр>3 МВ/м. Асбестовый картон (ГОСТ 2850-80) изго- товляют из хризотилового асбеста и приме- няют в качестве огнезащитного, теплоизоляци- онного материала, а также для уплотнения соединений приборов, аппаратуры и коммуни- каций. Асбестовый картон выпускается трех ма- рок: КАОН-1, КАОН-2 и КАП в листах раз- мером 900X900, 900X1000 и ЮООХЮОО мм с допускаемыми отклонениями ±10 мм и тол- щиной от 2,0 до 10 мм с допускаемыми откло- нениями ± 10 %. Плотность асбестового картона марок КАОН-1 и КАОН-2— 1000—1400, а КАП— 900—1200 кг/м3. Асбодин представляет собой материал, со- стоящий из асбестового волокна, синтетичес- кого каучука и наполнителя. Асбодин приме- няется для изготовления методом прессования в нагретых пресс-формах электроизоляционных деталей, обладающих повышенной иагрево- стойкостью и искростойкостью при высоких механических свойствах. Изделия из асбодина обладают следующими физико-механнческимй показателями: Плотность, кг/м3 .............. 1900—2000 Ударная вязкость, кДж/м2, не ме- нее ............................. 10 Разрушающее напряжение, МПа, не менее: при статическом изгибе . , 60 при растяжении............... 92 при сжатии.................... 150
268 Неорганические волокнистые материалы Разд. 16 Продолжение Теплостойкость на Мартенсу, °C, не ниже......................... 200 Дугостойкость при токе 10 мА, с, не менее......................... 60 £„р, МВ/м, не менее............... 6 р, Ом-м, не менее............. 1010 ps, Ом, не менее.............. 1011 Электронит (ТУ 38-114-146-80) — листовой электроизоляционный материал, изготовляемый из асбестового волокна с каучуковой смесью, применяемый в качестве изоляции в электри- ческих машинах и аппаратах, выпускается в листах, размеры которых приведены в табл. 10.25. Электронит толщиной более 3,0 мм изго- товляется методом дублирования. Поверхность листов электроннта должна быть ровной, слег- ка глянцевой на одной стороне и матовой — на другой. Таблица 10.21. Ассортимент и технические показатели асбестовых тканей электротехнического назначения по ГОСТ 6102-78 Показатель АТ-1 АТ-2 АТ-З АТ-10 АЛТ-1 АЛТ-2 Толщина, мм 1 >5±ол 1,7±£:з 2.5±£54 1,2± ±0,1 1,2± ±0,1 1,35±0,15 Ширина, мм 1040±20 1040 ±20 1040 ±20 1000 ±20 1000=1=20 1000±20 1350+20 1350±20 1350=1=20 1200±20 1200 ±20 1200±20 1550±20 1550+20 1550 ±20 1550 ±20 1550 ±20 1550 ±20 Поверхностная плотность, г/м2 900— 1100 950— 1150 1200— 1500 800— 900 800—900 500—600 Число нитей иа 10 мм: по основе 80±2 60±2 45±2 150=1=2 150=1=2 44±2 по утку 42±2 30±2 23±2 58 ±2 60±2 30±2 Линейная плотность нити, текс: по основе 340X2 500 X2 500X3 165X2 165X2 340X2 по утку 340X2 500X2 500X3 165X2 165X2 340X2 Разрывная нагрузка полоски шириной 50 мм, Н, ие менее: по основе 637 490 490 896 980 832 по утку 265 294 294 294 390 637 Потери массовой доли вещест- 29,0 32,0 32,0 32,0 32,0 60,0 ва прн прокаливании, % не более Массовая доля влаги, %, ие 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 более Таблица 10.22. Марки и иазиачение асбестовых лент по ГОСТ 14256-78 Наименование ленты Марка Назначение Асбестовая электроизо- ЛАЭ-1 Электрическая изоляция проводов, кабелей, элементов ляционная лента ЛАЭ-2 электрических машин и в качестве полупроводящих по- крытий высоковольтных обмоток электрических машин, работающих при температуре до 400 °C Асбостеклянная элект- Защита катушек электрических машин от механических и тепловых повреждений и в качестве полупроводящих покрытий высоковольтных обмоток, работающих при температуре до 400 °C ЛАЭС-1 Электрическая изоляция проводов, кабелей и элементов роизоляционная лента электрических машин, работающих при температуре до 400 °C То же Л АЭС-2 Защита катушек электрических машин от механических и тепловых повреждений и в качестве полупроводящих покрытий высоковольтных обмоток, работающих при температуре до 400 °C Асболавсановая элект- ЛАЛЭ-1 Полупроводящее покрытие высоковольтных обмоток роизоляционная лента ЛАЛЭ-2 турбо- и гидрогенераторов, работающих при темпера- туре до 200 °C Асбестовая теплоизоля- ЛАТ Теплоизоляция трубопроводов, кабелей и других эле- циониая лента ментов, приборов и машин, работающих при температу- ре до 400 °C
§ Ю.7 Асбест и изделия из него 269 Таблица 10.23. Физико-механические показатели асбестовых лент по ГОСТ 14256-78 Марка Код ОКП Толщина, мм Ширина, мм Разрывная нагрузка по ос ове на шири- ну ленты, Н, не менее Потери массовой до- ли вещества при прокаливании, % Масса 1 м длины, г, не более Р5 . Ом номинальная предельные отклонения номинальная предельные отклонения ЛАЭ-1 25 7431 0102 0,40 ±0,05 20 ±2 100 34 12 10’—1,5-10“ высшей кате- 25 7431 0105 25 —1 120 14 гории качества 25 7431 0103 0,50 20 100 12 25 7431 0106 25 140 14 25 7431 0109 30 160 16 ЛАЭ-2 25 7431 0202 0,40 ±0,05 20 +2 80 34 12 10»—10’ первой катего- рии качества 25 7431 0205 25 7431 0203 25 —1 100 14 0 ,50 20 80 12 5 7431 0206 25 130 14 25 7431 0209 30 140 16 ЛАСЭ-1 25 7431 0303 0,50 ±0,10 20 ±1,5 110 30 9 1,5-10’—3-10’ высшей кате- 25 7431 0306 25 120 10 гории качества 25 7431 0309 30 130 13 ЛАСЭ-2 25 7431 0403 0,50 ±0,10 20 ±1,5 ПО 30 9 10е—1,5-10’ первой катего- 25 7431 0406 25 120 10 рии качества 25 7431 0409 30 130 13 ЛАЛЭ-1 25 7431 0504 0,35 ±0,05 25 ±1 ПО 36 10 10’—1,5-10“ высшей кате- 25 7431 0507 30 150 12 гории качества 25 7431 0511 35 170 14 ЛАЛЭ-2 25 7431 0604 0,35 ±0,05 25 ±1 105 36 10 10 е—10’ 25 7431 0607 30 140 12 25 7431 0611 35 160 14 ЛАТ 25 7432 0703 0,50 ±0,10 20 ±2 115 34 12 10»—10’ высшей кате- 25 7432 0706 25 145 14 гории качества 25 7432 070 9 30 160 16 25 7432 0716 0,50 ±0,05 175 ±2 Не нор- 1 мируется 34 84 Не нормируется Таблица 10.24. Физико-механические показатели электроизоляционной асбестовой бумаги по ГОСТ 23779-79 Показатель БЭ толщиной, мм БЭ-I толщиной, мм 0,20 0,30 0,40 0,50 0,80 1,00 0,2 0,3 ' 0,4 0,5 Допускаемые отклоне- ния по толщине, мм ±0,03 ±0,04 ±0,05 ±0,05 ±0,07 ±0,08 ±0,03 ±0,04 ±0,05 ±0,05 Поверхностная плот- ность, r/м2, не более Разрушающее напряже- ние при растяжении, Н, не меиее: 210 280 450 500 1000 1200 220 300 460 5.10 в продольном на- правлении 24 30 35 40 57 59 20 25 28 32 в поперечном на- правлении 8 10 15 16 24 31 6 8 12 14 Unp, кВ, не менее 1,2 1 Л 1,7 2,0 2,3 2,5 1,2 1,4 1,7 2,0 То же минимальное в отдельных точках, кВ, не менее 0,9 1,1 1,3 1,5 2,0 2,4 0,9 1,1 1,3 1,5
270 Неорганические волокнистые материалы Разд. 10 Таблица 10.25. Размеры листов электронита по ТУ 38-114-146-80 Код ОКП Толщина, мм Длина, мм Ширина, мм номинальная предельное отклонение номинальная Iредельиое отклонение 1 оминальная предельное отклонение 25 7731 0103 0,3 ±0,05 3000 +10 1000 ±50 —100 1200 ±60 1500 ±75 1600 ±80 1700 ±85 25 7731 0103 0,5 ±0,10 400 ±20 300 ±15 25 7731 0111 0,8 ±0,10 500 ±25 500 ±25 25 7731 0113 1,0 ±0,10 700 ±40 500 ±25 25 7731 0118 1,5 ±0,15 1000 ±50 500 ±25 25 7731 0125 2,0 ±20 1200 ±60 1000 ±50 25 7731 0131 3,0 ±30 1350 ±70 1000 ±50 Электронит имеет следующие физико-меха- нические и электрические показатели: Плотность, кг/м3, не менее .... 1500 Потери массы при прокаливании, %, не более........................... 32 Водопоглощение за 24 ч, %, не бо- лее .............................. 9,5 Разрушающее напряжение при рас- тяжении в продольном направле- нии при толщине до 1,0 мм (вклю- чительно), МПа, не менее . . . 1,4 £пр при толщине 0,3—0,5 мм, МВ/м, не менее............................ 6 Электронит хранится в условиях, исключа- ющих попадание на него влаги и масел при 10—30 °C. Асбестоцементные доски электротехничес- кие дугостойкие (ГОСТ 4248-78) изготовляют- ся из асбестовых волокон и портландцемента в качестве связующего. Увлажненную массу перемешивают, отбеливают и прессуют с по- следующим отверждением. Доски применяются для изготовления деталей электрических машин и аппаратов, подвергающихся действию высо- ких температур и электрической дуги, а также после сушки и пропитки как материал для из- готовления панелей, щитов и оснований элект- рических аппаратов, поставляются прямоуголь- ной формы четырех марок: 350, 400, 450 и 500. Численное обозначение марки определяет сред- нее разрушающее напряжение при статическом изгибе в любом направлении. Доски выпускают следующих толщин, мм: 6; 8 и 10±0,75; 12; 15 и 20±1; 25; 30; 35 и 40±1,5. Длина досок 1100 и 1200±5 мм, ширина 700 и 800±5 мм. Лицевая поверхность досок не должна иметь трещин, отколов, сдиров, постороииих включений, а кромки должны быть гладкими, не иметь углублений и выступов, превышаю- щих 2 мм, а также расслоений. Водопоглощение асбестоцементных досок зависит от плотности и составляет: при плот- ности 1800 кг/м3 — от 18 до 20 %, 1900 кг/м3 — от 15 до 17 %, 2000 кг/м3 — от 12 до 15 %. Физико-механические и электрические по- казатели асбестоцементных досок по ГОСТ 4248-78: Разрушающее напряжение при изгибе, МПа, не ме- нее, для всех толщин мар- ки: 350 ....................... 34 400 ....................... 39 450 ....................... 44 500 ....................... 49 Ударная вязкость, кДж/м2, не менее, для всех марок: толщиной 6; 8; 10; 12 мм......................... 4,0 толщиной 15 мм и выше 6,0 Дпр, МВ/м, не менее для всех марок: при толщине 6; 8; 10 мм....................... 2,0 при толщине 12 мм и выше..................... .1,5 Дугостойкость при токе 20 мА, с, не менее . 30 р, Ом-м, для всех толщин 10е—107 е, при частоте 50 Гц для всех толщин............... 6—8 Т еплопр оводность, Вт/(м-°С), для всех толщин................. 0,087±0,00018 Список литературы Стеклянные волокна/Под ред. М. С. Аслановой. М.: Хнмня, 1979. 230 с. Научные основы материаловедения/Под ред. Ч. В. Конецкого. М.: Наука, 1981. 230 с. Бережкова Г. В. Нитевидные кристаллы. М.: Наука, 1969. Федосеев А. Л., Григорьева Л. Ф., Макарова Т. А. Волокнистые силикаты. М.—Л.: Наука, 1966. Брейтвейт К. В., Чайкниа Е. А. Нагревостойкие электроизоляционные бумаги на основе неорганиче- ских волокон. — Электротехника, 1972, № 5, с. 22—24. Румянцев Д. Д., Рыбаков П. Ф. Нагревостойкие провода н кабели с асбестовыми материалами. М.: Энергоатомиздат, 1984. 126 с.
§ П.2 Классификация лакотканей 271 РАЗДЕЛ 11 ПРОПИТАННЫЕ ВОЛОКНИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ |/С И. Забырина В. В. Кудрявцев\, М. Б. Фромберг 11.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Пропитанные волокнистые материалы по- лучают путем пропитки в электроизоляционных лаках или составах различных материалов из натуральных органических волокон раститель- ного и животного происхождения, а также ис- кусственных, синтетических и неорганических волокон. Сочетание ценных свойств волокни- стых материалов (большая механическая проч- ность и гибкость) с высокими электрическими показатели пропитывающих составов поз- воляет получать материалы, обладающие ком- плексом свойств, обусловливающих нх широкое применение для целей электрической изоляции. При пропитке происходит заполнение пор волокнистых материалов пропитывающим электроизоляционным составом, в результате чего замедляется процесс поглощения влаги, резко повышаются электрическая прочность н теплопроводность и, в некоторой степени, меха- нические характеристики. Кроме того, пропит- ка волокнистых материалов из натуральных и некоторых синтетических органических воло- кон повышает нх нагревостойкость, так как образующаяся в результате пропитки лаковая пленка препятствует доступу к волокнистому материалу кислорода воздуха и замедляет процессы термоокислительной деструкции. В зависимости от природы волокнистой основы и типа пропитывающего состава максимальная длительная рабочая температура пропитанных волокнистых материалов колеблется от 105 до 180 °C. Кратковременно некоторые из ннх мо- гут работать при 200 °C и выше. К пропитанным волокнистым электроизо- ляционным материалам относятся: а) лакотка- ии; б) лакобумаги; в) электроизоляционные леиты. Общими свойствами этих материалов явля- ются: высокая механическая прочность при ма- лой толщине, гибкость и известная эластич- ность, хорошие электрические свойства, стой- кость к действию влаги и незначительная во- допоглощаемость. К группе пропитанных волокнистых мате- риалов относят также бакелизнрованные бума- ги и тканн. Электрические свойства лакотканей обус- ловливаются в основном свойствами пропиточ- ных электроизоляционных лаков, которые при пропитке заполняют поры ткани и образуют на ее поверхности после высыхания прочную гиб- кую пленку. Волокнистая основа — ткань яв- ляется каркасом для лаковой пленки и опреде- ляет главным образом механические характе- ристики лакотканей. 11.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЛАКОТКАНЕЙ Лакоткаии находят широкое применение в электромашиностроении, электроаппарате- и приборостроении, радиотехнике, производстве электрических проводов и кабелей. Они исполь- зуются в виде различных лент, прокладок, оберток и т. п. Лакоткани в виде леит приме- няются как нарезанными параллельно основе ткани, так и в диагональном направлении под углом к основе около 45°. Параллельно наре- занные ленты обладают незначительным удли- нением (кроме лент на основе тканей из шел- ковых и синтетических волокон) и обычно ис- пользуются для обмотки стержней, секций, проводов и других деталей правильной формы с одинаковым поперечным сечением. Диаго- нально нарезанные ленты значительно больше удлиняются прн растяжении и поэтому при на- несении изоляции намоткой облегают изоли- руемые поверхности без образования складок и воздушных мешков. Вследствие этого они широко применяются для изоляции деталей неправильной формы. Однако чрезмерно боль- шое удлинение лакотканей, нарезанных по ди- агонали под углом 45°, может значительно снизить их электрическую прочность из-за воз- можного разрушения лаковой пленки при боль- шом растяжении. В этом отношении лучше ведут себя специальные диагональные лакотка- ни, у которых нити утка расположены относи- тельно нитей основы под углом не 90°, как в обычных тканях, а 70—80 °. Ленты, нарезан- ные из таких лакотканей параллельно кромке, обладают удлинением прн растяжении, мень- шим, но вполне достаточным для получения плотной и доброкачественной намоткн. Значе- ние (7Пр таких лент даже при значительных растягивающих нагрузках остается на доста- точно высоком уровне. Для изготовления лакотканей применяют хлопчатобумажные, шелковые и стеклянные ткани, а также ткани из синтетических волокон. Пропитку производят масляными, битумно- масляными, полиэфирными, битумно-масляно- алкидными, полиэфирноэпоксидными и крем- нийорганическими лаками, лаками на основе деструктированного каучука, растворами кау- чуков и латексов, резиновыми смесями. По виду применяемых тканей и специфи- ческим свойствам получаемых материалов все лакоткани можно разделить на следующие ос- новные группы. 1. Хлопчатобумажные и шелковые лако- ткани, в том числе лакоткани на основе тканей из синтетических волокон. 2. Стеклолакоткани. 3. Стеклолакоткани на основе фторопла- стов. 4. Резиностеклолакоткани. 5. Липкие и самосклеивающиеся стеклола- коткани и резиностеклоткаии. В зависимости от типа пропиточного лака, а также преимущественного назначения каждая группа лакотканей разделяется на виды, а по- следние — на отдельные марки. Классификация электроизоляционных лако- тканей приведена в табл. 11.1.
272 Пропитанные волокнистые материалы Разд. 11 Таблица 11.1. Классификация электроизоляционных лакотканей Группа Вид лакоткани Марка ГОСТ или ТУ Код ОКП Основная область применения Хлопчато- бумаж- ные и шелко- вые лако- ткани Стеклола- котканн Стеклола- коткаиь на основе фторо- пластов Резино- стеклола- котканн Масляная хлоп- чатобумажная Битумно-масля- ная хлопчато- бумажная Масляная шелко- вая То же Масляная капро- новая Масляная капро- новая толстая Масляная Бнтумно-масля- но-алкидная Полиэфирно- эпоксидиая Кремнийоргани- ческая Кремнийоргани- ческая полупро- водящая Фторопластовая Латексная ЛХМ-105 ЛХММ-105 ЛХМС-105 ЛХБ-105 ЛШМ-105 ЛШМС-105 ЛКМ-105 ЛКМС-105 ЛКТМ-105 ЛКТММ-105 ЛСМ-105/120 ЛСММ-105/ 120 ЛСБ-120/130 ЛСБК’120/ 130 ЛСП-130/155 ЛСПК-130/155 ЛСК-155/180 ЛСКК-155/180 ЛСК-С ЛСК-5 Ф-4Д-Э01, Ф-4Д-Э003, Ф-4Д-М-006 ЛС Л-105/120 ГОСТ 2214-78 То же » » » » » » » » » » ТУ И 79-9-81 То же ГОСТ 10156-78 То же ТУ 16-503.186-79 ГОСТ 10156-78 ТУ 16-503.186-79 ГОСТ 10156-78 ТУ 16-503-186-79 ТУ 16-503-142-74 ТУ 16-503.095-76 ОСТ 6-05-426-76 ГОСТ 10156-78 34 9131 0201— 34 9131 0203 34 9131 0301— 34 9131 0303 34 9131 0401, 34 9131 0402 34 9131 0101— 34 9131 0103 34 9132 0101— 34 9132 0104 34 9132 0201— 34 9132 0204 34 9133 0101, 34 9133 0102, 34 9133 0111, 34 9133 0112 34 9133 0201, 34 9133 0211, 34 9133 0212 34 9134 0701— 34 9134 0721 34 9134 0101— 34 9134 0114 .34 9134 1901 — 34 9134 1909 34 9134 0801— 34 9134 0828 34 9134 0201 — 34 9134 0266 34 9134 2001 — 34 9134 2008 34 9134 0501 — 34 9134 0512 22 4991 0101, 22 4991 0102 34 9134 0901— 34 9134 0907 Для работы на воздухе при нормальных кли- матических условиях Для работы в горячем трансформаторном мас- ле С повышенными элект- рическими свойствами, для работы на воздухе прн нормальных кли- матических условиях. Допускается работа в трансформаторном мас- ле Для работы на воздухе при нормальных кли- матических условиях С малой усадкой и стой- костью к кратковре- менному повышению температуры, для ра- боты иа воздухе при нормальных климати- ческих условиях То же, с повышенными электрическими свой- ствами. Допускается работа в трансформа- торном масле С повышенной эластич- ностью, для работы на воздухе прн нормаль- ных климатических ус- ловиях То же, с повышенными электрическими свойст- вами. Допускается ра- бота в трансформатор- ном масле Для работы на воздухе при нормальных кли- матических условиях Для работы в горячем трансформаторном мас- ле Для работы на воздухе при нормальных кли- матических условиях Для работы в горячем трансформаторном мас- ле (с температурой до 105 °C) Для работы на воздухе при повышенной влаж- ности (относительная влажность 95±2 % при 20±2 °C) Изготовление компози- ционных электроизоля- ционных материалов Для работы на воздухе при повышенной влаж- ности. Допускается ра- бота в горячем транс- форматорном масле Изготовление компози- ционных электроизоля- ционных материалов Для работы на воздухе при повышенной влаж- ности (включая тропи- ческие условия) Изготовление компози- ционных электроизоля- ционных материалов Для изоляции электро- технических устройств Полупроводящая, для ра- боты на воздухе при температуре до 180 °C Для работы при —100-7- + 250 °C Для работы на воздухе при нормальных кли- матических условиях
§ 11.3 Хлопчатобумажные и шелковые лакоткани 273 Продолжение табл, 11.1 Группа Вид лакоткани Марка ГОСТ или ТУ Код ОКП Основная область применения Эскапоиовая ЛСЛК-Ю5/120 ЛСЭ-105/130 ТУ 16-503.186-79 ГОСТ 10156-78 34 9134 1001, Изготовление компози- ционных электроизоля- ционных материалов Изоляция электрических Кремиийоргани- ЛСКР-180 ГОСТ 10156-78 34 9134 1021 34 9134 0601— машин и аппаратов с длительной рабочей температурой до 130 °C Изоляция электрических ческая Го же РСК ТУ 16-503.069-75 34 9134 0628 34 9134 1601— машин и аппаратов с длительной рабочей температурой до 180 °C Механическая защита Липкие и Эскапоиовая с лсэпл. ТУ 16-503.135-74 34 9134 1606 34 9134 0410 изоляции проводов Изоляция электрических самоскле- ивающие- ся стек- лолако- липким слоем Кремиийоргани- лсэплм, лсппл, лспплм ЛСКЛ-155 ГОСТ 10156-78 34 9134 0201— машин и аппаратов Изоляция электрических ткаии и резиио- стекло- лакоткаии ческая липкая лскл-с ТУ 16-503.142-74 34 9134 0210 машин и аппаратов с длительной рабочей температурой до 180 вС Для изоляции электро- Полиэфнрно- ЛСТР ТУ 16-503.047-80 34 9134 0300— технических устройств Изоляция низковольтных эпоксидная са- москлеиваю- щаяся, терморе- активиая Кремиийоргани- РЕТСАР-А, РЕТСАР-Б ТУ 38-10372-80 34 9134 0364 25 6764 0101, электрических машин и аппаратов с длитель- ной рабочей температу- рой до 155 °C Основная изоляция элек- ческая само- склеивающая- ся резииостек- лоткань 25 6764 0102 трических машин. Ме- ханическое усиление резиновой изоляции, выполненной нз крем- нийоргаиической рези- новой ленты 11.3. ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫЕ И ШЕЛКОВЫЕ ЛАКОТКАНИ Масляные хлопчатобумажные лакоткани изготовляются из хлопчатобумажных тканей: перкаля Б-Э, перкаля В, ткаии ЭИ-1 (см. § 9.2) и светлых масляных лаков типа МА 585А (§ 6.5). Эти лакоткани обладают высокими электрическими показателями, большой проч- ностью при растяжении, стойкостью к воздей- ствию нефтяных масел, бензина и воды; они отличаются малым удлинением при растяжении вдоль нитей основы, и поэтому для получения плотной намотки их применяют нарезанными под углом к направлению нитей ткани. К не- достаткам этих лакотканей следует отнести по- вышенную склонность к тепловому старению, проявляющуюся в быстром нарастании жестко- сти при воздействии нагрева. Битумно-масляные хлопчатобумажные ла- коткани вырабатываются из тех же тканей, что и масляные, с применением в качестве про- питывающих составов черных битумно-масля- ных лаков (§ 6.5). По механическим свойст- вам они не отличаются от масляных хлопчато- бумажных лакотканей, но обладают более вы- сокими электрическими показателями, повышен- ной влагостойкостью и менее склонны к тепло- вому старению. Битумно-масляные лакоткани нестойки к действию масел и бензина, вследст- вие этого они не могут применяться в маши- нах, аппаратах и других устройствах, подвер- гающихся воздействию нефтяных масел и раст- ворителей. Масляные шелковые лакоткани изготовля- ются из шелковой ткани эксцельсиор (§ 9.2) н 10—232 светлых масляных лаков (§ 6.5). По сравнению с хлопчатобумажными лакотканями шелковые лакоткани отличаются значительно меньшей толщиной, повышенными электрическими свой- ствами и более высоким относительным удли- нением при растяжении как вдоль нитей основы, так и в диагональном направлении. Они нахо- дят широкое применение в тех случаях, когда требуется малая толщина изолиции при высо- ких значениях пробивного напряжения. Масляные капроновые лакоткани выраба- тываются из капроновой ткани эксцельсиор (§ 9.2) и светлых масляных лаков (§ 6.5), применяемых для изготовления шелковых лако- тканей. По сравнению с последними капроно- вые лакоткани обладают большей эластично- стью и превосходят по этому показателю все электроизоляционные лакоткани. Недостатка- ми масляных капроновых лакотканей являют- ся большая усадка при воздействии нагрева и недостаточная стойкость к кратковременному повышению температуры, например в процес- се пайки изолированных проводников илн в других случаях, когда резкое повышение тем- пературы может привести к расплавлению нитей капроновой ткани. Технологический процесс производства. Ос- новными технологическими операциями при изготовлении лакотканей являются пропитка текстильной основы лаком и сушка при повы- шенной температуре пропитанной ткани. К тканям, предназначенным для изготов- ления лакотканей, предъявляются особые тре- бования в отношении гладкости поверхности и равномерности по толщине. Весьма большое влияние на качество н свойства лакотканей
274 Пропитанные волокнистые материалы Разд. 11 Таблица 11.2. Ткаии, применяемые для изготовления лакотканей Марка лакоткани Номинальная толщина, мм Применяемые ткани ЛХМ-105 0,15; 0,17 Хлопчатобумажная техническая перкаль Б-Э по ГОСТ 9821-71 ЛХММ-105, ЛХМС-105, ЛХБ-105 0,17 То же ЛХМ-105, ЛХММ-105, ЛХМС-105, ЛХБ-105 0,20 Хлопчатобумажные технические ЭИ-1 н перкаль В по ГОСТ 9821-71 ЛХМ-105 0,30 Хлопчатобумажная техническая перкаль В по ГОСТ 9821-71 ЛШМ-105 0,08—0,15 Шелковая эксцельсиор 1 по ГОСТ 20023-74 ЛШМС-105 0,04—0,15 То же ЛКМ-105, ЛКМС-105 0,10—0,15 Капроновые эксцельсиор 2 и эксцельсиор 3 по ГОСТ 20023-74; ткань капроновая по технической документации, утвержденной в установленном порядке ЛКТМ-105, ЛКТММ-105 0,17; 0,20 Ткань капроновая по ТУ 17/62 РСФСР 275-80 оказывает степень отделки ткани, поэтому хлопчатобумажные ткани на текстильных фаб- риках подвергают расшлихтовке и тщательно- му опаливанию с обеих сторон для удаления ворса, а шелковые ткани отваривают в специ- альных растворах с целью удаления серицина, препятствующего глубокой пропитке. Для окончательной отделки тканей, выравнивания утолщений, складок и придания им ровной блестящей поверхности хлопчатобумажные, шелковые и капроновые ткани подвергают каландрированию. Для этого отдельные куски ткани при помощи липкой ленты соединяют в непрерывное полотно длиной 800—1200 м и пропускают под большим давлением между горячими валами каландра. При каландриро- вании под влиянием тепла и давления проис- ходит приглаживание имеющихся на тканн ворсинок, уплотнение неровностей от неболь- ших узелков и складок и некоторое сплющи- вание нитей. Ткань делается несколько тоньше и одновременно становится гладкой и блестя- щей. В зависимости от марки и толщины лако- тканей для их изготовления должны приме- няться ткани, указанные в табл. 11.2. Пропитку и сушку лакотканей осущест- вляют на вертикальных пропиточных машинах трех- нли четырехкратной пропитки с паро- вым обогревом. Процесс изготовления лакотканей осуще- ствляется следующим образом: ткань с пред- варительно намотанного рулона, установленно- го на отпускном устройстве, проходит через ваииу с лаком и поступает в сушильную камеру. Проходя между нагревательными змеевиками сушильной камеры, пропитанная ткань высу- шивается и, обогнув перевальный барабан, опу- скается вниз. Аналогичным образом ткань проходит последовательно последующие про- питочные ванны, подвергаясь сушке в сушиль- ной камере после каждой пропитки. Высушен- ная лакоткань после последней пропитки сма- тывается в рулой на приемном устройстве ма- шины. Скорость движения тканн регулируется специальным приспособлением: для разных видов и марок лакотканей она колеблется от 17—19 до 69—72 м/ч. Температура в сушиль- ной камере при изготовлении хлопчатобумаж- ных и шелковых лакотканей 130—145 °C. Го- товую лакоткань перематывают на перемоточ- ном станке в отдельные рулоны; каждый ру- лон обертывают слоем парафинированной и оберточной бумаги и упаковывают в деревян- ные ящики. Показатели лакотканей. Лакоткани вы- пускаются в рулонах или по соглашению сто- рон в роликах, нарезанных в направлении ни- тей основы. Длина полотна лакоткани в руло- не составляет 40—80 м, причем длина мало- мерных отрезков может быть до 5 м, а их количество — не более двух иа каждые 40 м лакоткани. Ширина хлопчатобумажных лако- тканей в рулонах, изготовленных из тканей Б-Э и ЭИ-1, колеблется от 830 до 880 мм, из- готовленных из перкаля В — от 800 до 850 мм. Шелковые лакоткани выпускаются шириной от 700 до 740 или от 870 до 930 мм, капроновые — от 800 до 900 мм. Толщина лакотканей и допускаемые откло- нения от номинальной толщины приведены в табл. 11.3. Удельная разрывная нагрузка лакотканей всегда больше вдоль полотна, чем поперек и в диагональном направлении. Требования ГОСТ и ТУ в отношении удельной разрывной нагруз- ки приведены в табл. 11.4. Усадка лакотканей в результате воздейст- вия повышенной температуры наблюдается только у шелковых лакотканей, причем у лако- тканей иа основе капроновой ткани она боль- ше, чем у лакотканей, изготовленных из шел- ка эксцельсиор. После термической обработки при 105±2°С в течение 6 ч усадка лакотканей вдоль нитей основы согласно требованиям ГОСТ должна быть для марок ЛШМ-105 н ЛШМС-105 не более 1 %, для марок ЛКМ-105 и ЛКМС-105 — ие более 5 %. Под «термопластичностыо»1 лакотканей по- 1 Не смешивать с термином «термопластичиость» в строгом смысле этого слова (с. 88).
S 11.3 Хлопчатобумажные и шелковые лакоткани 275 Таблица 11.3. Толщина хлопчатобумажных и шелковых лакотканей н отклонения от номинальной толщины Марка лакоткани Номинальная толщина, мм Предельное отклонение от номинальной толщины, мм среднее в отдельных точках ЛХМ-105 0,15; 0,17; 0,20; 0,24 ±0,02 ±0,03 ±0,04 0,30 ±0,02; —0,03 ЛХМ-105 со Знаком качества 0,15; 0,17 +0,02; —0,01 ±0,03 0,20; 0,24 ±0,02 ±0,03 0,30 +0,02; —0,03 ±0,04 ЛХМС-105 0,17; 0,20 ±0,02 ±0,03 ЛХММ-105, ЛХБ-105 0,17; 0,20; 0,24 ±0,02 ±0,03 ЛХММ-105 со Знаком качества 0,17 +0,02; —0,01 ±0,03 0,20; 0,24 ±0,02 ±0,03 ЛШМ-105 0,08; 0,10 +0,01; —0,02 ±0,02 0,12; 0,15 ±0,01 +0,02 —0,03 ЛШМ-105 со Знаком качества 0,08; 0,10 ±0,01 ±0,02 0,12; 0,15 +0,01; —0,02 +0,02 —0,03 0,15 +0,01; —0,02 +0,02 —0,03 ЛКМС-105 со Знаком качества 0,10 ±0,01 ±0,02 0,12 +0,02; —0,01 +0,03 —0,02 0,15 +0,01; —0,02 +0,02 —0,03 ЛКТМ 0,17 ±0,02 ±0,03 ЛКТММ 0,20 ±0,02 ±0,03 Примечание. Согласно ГОСТ и ТУ допускается одно из десяти значений, превышающее предельное отклонение от номинальной толщины лакоткани в отдельных точках. иимается способность лакового покрытия лако- ткаии не размягчаться при повышенной темпе- ратуре и не разрушаться после нагрева при разматывании образца лакоткани, плотно на- мотанной в несколько слоев. В соответствии с ГОСТ и ТУ у всех марок лакотканей не дол- жно происходить слипания слоев и отставания лаковой пленки от ткани после термической обработки при 70±2°С в течение 24 ч. Маслостойкость нормируется по ГОСТ только для хлопчатобумажных лакотканей ЛХММ-105 и ЛХМС-105 и шелковых ЛШМС- Таблица 11.4. Удельная разрывная нагрузка хлопчатобумажных и шелковых лакотканей по ГОСТ и ТУ Марка Номинальная толщина, мм Удельная разрывная нагрузка, Н/см, ие менее иа образцах, нарезанных по основе по утку под углом 43—45е к основе средняя | минимальная средняя | минимальная средняя | минимальная ЛХМ-105 0,15 45 38 35 28 30 22 ЛХМС-105 0,17 51 44 36 30 32 25 ЛХММ-105 0,20 64 50 40 35 36 30 ЛХБ-105 0,24 75 58 52 40 45 36 0,30 80 60 60 48 55 45 ЛШМ-105 0,04 10 7 7 5 7 5 ЛШМС-105 0,05 14 9 9 7 9 7 0,06 18 11 11 9 И 9 0,08 22 16 15 10 15 10 ЛШМ-105 0,10 24 18 17 12 17 12 ЛШМС-105 0,12 25 20 18 14 18 14 ЛКМ-105 ЛКМС-105 0,15 30 24 22 18 22 18 МН
276 Пропитанные волокнистые материалы Разд. Н Таблица 11.5. Пробивное напряжение хлопчатобумажных и шелковых лакотканей по ГОСТ и ТУ Пробивное напряжение на электродах диаметром б мм, кВ, не менее Марка Номинальная толщина, мм при 15—35 °C и <р=45-5-75 % при темпе- ратуре 105±2 °C после выдерж- ки 24 ч в воздухе прн 20 ±2 °C и <р=95±2 % после термо- обработки 18 ч при 100±2 °C и последующего пер егиба до перегиба после перегиба среднее в отдель- ных точ- ках 1 I среднее в отдель- ных точ- ках среднее в отдель- ных точ- ках 1 среднее в отдель- ных точ- ках среднее ' 1 в отдель- ных точ- ках ЛХМ-105 0,15 6,0/7,0 4,0/4,0 3,6/3,б 2,9/2,9 4,0/4,0 2,5/2,5 2,2/2,4 1,5/1,6 3,0/3,3 1,6/1.7 0,17 6,5/7,8 4,2/4,5 4,2/4.2 3,0/3,0 4,5/4,5 3,0/3,0 2,8/3,0 1,8/1,9 3,6/4,0 2,0/2,2 0,20 7,2/8,3 4,6/4,6 4,3/4,3 3,3/3,3 5,2/5,2 3,3/3,3 3,1/3,4 2,0/2,1 3,7/4,1 2,1/2,3 0,24 8,5/9,5 5,2/5,2 5,2/5,2 3,5/3,5 6,0/6,0 3,9/3,9 3,5/3,8 2,2/2,3 4,2/4,6 2,6/2,8 0,30 9,5/10,5 5,5/5,5 5,5/5,5 4,0/4,0 6,5/6,5 4,0/4,0 4,0/4,4 2,5/2,7 4,8/5,2 3,3/3,5 ЛХМС-105 0,17 7,0 4,5 4,8 3,2 5,0 3,2 3,0 1,9 4,0 2,0 0,20 7,4 4,8 5,0 3,5 5,4 3,4 3,5 2,2 4,1 2,1 ЛХММ-105 0,17 7,5/8,0 4,8/5,0 4,8/4,8 3,2/3,2 5,0/5,0 3,2/3.2 3,2/3,5 2,0/2,1 3,6/3,9 2,0/2.1 0,20 8,3/8,5 5,0/5,2 5,0/5,0 3,5/3,5 5,5/5,5 3,4/3,4 3,6/4,0 2,3/2,5 3,7/4,0 2,1/2,2 0,24 9,2/9,6 5,4/5,б 5,4/5,4 3,9/3,9 6,0/6,0 4,0/4,0 4,0/4,4 2,5/2,6 4,2/4,6 2,6/2,8 ЛХБ-105 0,17 7,1 4,5 4,8 3,0 4,8 3,0 2,5 2,0 3,9 2,6 0,20 8,0 4,8 5,4 3,3 5,4 3,3 2,7 2,2 4,2 2,8 0,24 9,2 5,2 6.0 3,5 6,0 3,6 3,6 2,8 4,8 3,3 ЛШМ-105 0,08 4,5/5,4 2,3/2,4 з,о/з.о 1,6/1,6 3,0/3,0 1.8/1,8 1,8/1,9 I,4/1,5 2,5/2,6 1,4/1,5 0,10 5,6/6,6 3,5/3,8 4,2/4,2 2,1/2,1 4,2/4,2 2,1/2,1 2,8/3,0 2,0/2.1 3,7/4,0 1,7/1,8 0,12 7,0/7,8 4,5/4.8 6,0/6,0 2,5/3,0 5,0/5,0 2,5/2,5 3,5/3,7 2,5/2,6 4,0/4,4 2,1/2,2 0,15 8,5/9,3 5,0/5,4 6,6/6,6 3,0/3,5 5,6/5,6 3,0/3,0 3,8/4,1 2,8/3,0 4,2/4,6 2,7/2,8 ЛШМС-105 0,04 0,4/— — — —.. 0,05 1,2/- — —— __. 0,06 3,0/3,2 1,0/1,0 — 1,0/1,0 —. — — —. 0,10 6,5/7,0 4,0/4,0 5,1/5,1 2,8/2,8 4,8/4,8 2,6/2,6 2,8/3,2 2,0/2,3 4,2/4,6 2,3/2,4 0,12 9,0/9,0 4,0/6,0 6,6/6,6 3,2/3,2 5,4/5,4 3,3/3,3 3,7/4,! 2,6/2,9 5,4/5,9 2,6/2,9 0,15 9,3/9,8 6.5/6,5 7,5/7,5 3,9/3,9 7,2/7,2 3,4/3,4 4,2/4,6 2,6/3,0 5,8/6,4 3,2/3,3 Л КМ-105 0,10 5,0/6,0 3,3/3,5 4,2/4,2 2,1/2,! 4,2/4,2 1,9/1,9 2,4/2.6 1,7/1,8 3,7/4,0 1,7/1,8 0,12 6,0/7,5 4,2/4,5 5,4/5,4 2,8/2,8 4,8/4,8 2,5/2,5 2,8/3,0 2,0/2,1 4,0/4,4 2,1/2,2 0,15 7,8/8,5 4,5/5,0 6,6/6,6 3,5/3,5 5,4/5,4 3,1/3,I 3,4/3,7 2,3/2,4 4,2/4,6 2,1/2,У ЛКМС-105 0,10 6,0/6,5 3,6/3,6 5,0/5,0 2,7/2,7 4,4/4,4 2,4/2,4 2,4/2,8 2,0/2,5 4,2/4,6 2,3/2,4 0,12 9,0/9,0 6,0/6,0 6,6/6,6 3,2/3,2 5,0/5,0 3,0/3,0 3,6/4,0 2,4/2,7 5,4/5,9 2,6/2,9 0,15 9,3/9,8 6,0/6,0 7,5/7,5 3,9/3,9 6,6/6,6 3,2/3,2 4,2/4,6 2,7/3,0 5,8/6,4 3,1/3,3 Л КТМ-105 0,17 7,8 4,5 4,2 3,0 4,5 3,0 3,0 1,9 4,0 2,1 0,20 8,5 4,6 4,5 3,3 5.2 3,3 3,5 2,2 4,1 2,3 ЛКТММ-105 0,17 8,0 5.0 4,8 3,2 5.0 3,2 3,5 2,1 3,9 2,1 0,20 8,5 5,2 5,0 3,5 5,5 3,4 4,0 2,5 4,2 2,3 П р и м е ч а н и е. 3 знаменателях указаны значения 7ПР Аля лакотканей с государственным Знаком качества. 105 всех толщин и для ЛКМС-105 толщиной 012 мм. При этом после выдержки 72 ч в тран- сформаторном масле при 105±2°С лакоткани марки ЛХММ-105 и 18 ч лакотканей марок ЛХМС-105, ЛШМС-105 и ЛКМС-105 не дол- жно происходить слипания слоев и отставания лаковой пленки от ткани при разматывании лакоткани. Для лакоткани марки ЛХММ-105, кроме того, требуется, чтобы после выдержки ее в трансформаторном масле при указанных выше условиях лакоткань не действовала на масло; кислотное число масла не должно по- вышаться более чем на 0,3 мг КОН на 1 г. Допускается увеличение кислотного числа масла в течение гарантийного срока хранения лакоткани до 0,4 мг КОН на 1 г масла. Требование бензиностойкости предъявля- ется к специальной марке шелковой лакотка- ни ЛШМС-105 толщиной 0,12 мм, у которой после пребывания 18 ч в авиационном бенветне при 15—35 °C не должно происходить отслаи- вание лаковой пленки от основы. Пробивное напряжение лакотканей в со- ответствии с требованиями ГОСТ и ТУ изме- ряют: в исходном состоянии, после выдержки 18 ч при 15—35 °C и относительной влажно- сти воздуха ср=45—75 % ДО и после перегиба, при 105±2°С, после пребывания 24 ч в атмос- фере с относительной влажностью 95+2 % при 20 + 2 °C и после термообработки при 100± ±2 °C и последующего перегиба. Для измере- ния применяют цилиндрические электроды ди- аметром 6 мм. Пробивное напряжение лакотканей по ГОСТ и ТУ приведено в табл. 11.5. По ГОСТ и ТУ нормируется у лакотканей также р, причем значения его должны быть не меиее приведенных ниже значений, Ом-м; При 15—35 °C и <р=45—75 °/о - • • Ю11 При 105 + 2 °C.................. 10’ После 24 ч выдержки в воздухе при 20±2°С и <р = 95+2%............... Ю8
§ 11.3 Хлопчатобумажные и шелковые лакоткани 277 Таблица 11.6. Фактические значения удельного объемного сопротивления, тангенса угла диэлектрических потерь н диэлектрической проницаемости хлопчатобумажных и шелковых лакоткаией р, 0м«м tg в при 50 Гц ег при 50 Гц Марка лакоткани при 15—35 °C и ф = 45-Г-75 % при 105±2 °C после 24 ч выдержки в воздухе при 20±2 °C и Ч> = 95 ±2 % при 15—35 °C и ф == 45-7-75 % ЛХМ-105 ЛХМС-105 ЛХММ-105 ЛХБ-105 ЛШМ-105 ЛШМС-105 Л КМ-105 ЛКМС-105 — СИ Со 4*. >— >— 00 СО о • • о о • 'р Ф О О рФО s г Г г.Ц Г г “ООО О « « « о 5 w , to 2-107—4- 10е 7-10’—101° 108—5-10го 3-108-7-10» 4- Ю’—5-10» 8-10’—1010 5-107—10’° Ю8—2-1010 10’—5-109 5-107—8-10е 7-Ю7—4-Ю10 4-Ю8—Ю10 2-107—1010 5-Ю7—!010 2-107—101° 7-107—2-1010 0,168—0,183 0,146—0,185 0,137—0,194 0,035—0,05 0,05—0,082 0,046—0,082 0,042—0,085 0,042—0,079 4,1—4,5 4,2—4,6 4,4—4,6 4,1—4,5 3,8—4,4 4,0—4,3 3,9—4,4- Таблица 11.7. Эластичность и среднее пробивное напряжение в состоянии растяжения хлопчатобумажных и шелковых лакоткаией по ГОСТ н ТУ Марка Номинальная толщина, мм Нормированное относительное удлинение при растяжении, % Допускаемые пределы средних значений нагрузок для полу- чения нормирован- ного относительного удлинения, Н Максимальные значения нагрузок для получения нормированного относительного уд- линения, Н Среднее С/ лакоткани в состоянии растя- жения, кВ, не менее ЛХМ-105 0,15 6 6—30 35 3,5 0,17 6—30 35 4,0 0,20 6—30 35 4,8 0,24 6—40 45 5,2 0,30 12—48 52 5,5 ЛХМС-105 0,17 6 9—35 38 4,3 0,20 10—42 45 5,0 ЛХММ-105 0,17 6 9—35 38 4,5 0,20 10—42 45 5,2 0,24 10—45 47 5,6 ЛХБ-105 0,17 6 6—30 33 4,2 0,20 6—30 33 5,0 0,24 6—35 38 5,2 ЛШМ-105 0,08 6 2—10 11 2,7 0,10 2—12 14 3,0 0,12 3—12 14 3,5 0,15 3—14 17 4,0 ЛШМС-105 0,05 6 1—9 11 — 0,06 2—10 12 — ЛШМС-105 0,10 6 3—12 14 3,0 0,12 3—14 15 3,6 0,15 3—15 18 4,5 Л КМ-105 0,10 10 1—9 12 3,0 0,12 2—10 12 4,0 0,15 2—16 19 4,6 ЛКМС-105 0,10 10 2—10 12 3,7 0,12 2—10 12 4,5 0,15 2—16 19 5,0 ЛКТМ 0,17 6 4—20 4,0 — 0,20 4—20 4,8 —. ЛКТММ 0,17 6 4—25 4,5 — 0,20 4—28 5,2 — Примечание. Согласно ГОСТ и ТУ нагрузка для получения нормированного относительного удлине- ния на отдельных полосках лакоткани может выходить за пределы средних значений норм только в какую- нибудь одну сторону: либо быть меньше нижнего предела, либо больше верхнего предела.
.278 Пропитанные волокнистые материалы Разд. 11 Значения р лакоткани марки ЛШМС-105 толщиной 0,04 и 0,05 мм не нормируются. Прн испытании лакоткани, поставляемой в страны — члены СЭВ, принимается относитель- ная влажность воздуха 93±2 % при 23±2°С. Фактические значения р, tg 6 и ег приведе- ны в табл. 11.6. Эластичность лакотканей характеризуется нагрузкой, необходимой для получения норми- рованного относительного удлинения при рас- тяжении под углом 43—45° к нитям основы и значением 7/пр, измеренным в состоянии это- го удлинения. Чем меньше нагрузка и чем меньше при этом снижается (7Пр по сравнению с его значением в исходном состоянии, тем вы- ше эластичность лакоткани. Требования в отношении эластичности, а также среднего пробивного напряжения лако- тканей в состоянии растяжения по ГОСТ и ТУ приведены в табл. 11.7. Водопоглощение лакотканей в ГОСТ и ТУ не нормируется. Средние фактические значения водопоглощения, %, за 24 ч пребывания в воде, % (мае.) ЛХМ-105................... 4,0—6,0 ЛХМС-105.................. 4,0—5,8 ЛХММ-105.................. 4,0—5,6 ЛХБ-105................... 3,8—4,7 ЛШМ-105................... 3,6—5,0 ЛШМС-105.................. 3,6—4,2 ЛКМ-105................... 2,0—3,5 ЛКМС-105.................. 1,9—3,3 Масса лакотканей зависит от вида тек- стильной основы и толщины лакоткани. В табл. 11.8 приведены средние фактические значения массы 1 м2 лакотканей. Таблица 11.8. Средняя масса хлопчатобумажных и шелковых лакотканей Марка лакоткани Номиналь- ная толщина, мм Мас са 1 м\ кг ЛХМ-105 0,15 0,165 ЛХМ-105, ЛХМС-105, 0,17 0,185 ЛХММ-105, ЛХБ-105 ЛХМ-105, ЛХММ-105, 0,20 0,235 ЛХБ-105 0,24 0,285 ЛХМ-105 0,30 0,350 ЛШМС-105 0,04 0,040 0,05 0,050 0,06 0,060 ЛШМ-105, ЛШМС-105 0,08 0,080 ЛШМ-105, ЛШМС-105, 0,10 0,100 ЛКМ-105, ЛКСМ-105 0,12 0,125 0,15 0,160 11.4. СТЕКЛОЛАКОТКАНИ Нагревостойкость стеклолакотканей опре- деляется нагревостойкостью пропитывающего состава, применяемого для изготовления стек- лолакотканей. В зависимости от типа пропи- точного лака стеклолакоткани выпускаются классов нагревостойкости от А до Н. Для изготовления всех видов стеклолако- тканей применяется электроизоляционная стек- лянная ткань из стекловолокна иа основе алю- моборосиликатиого стекла (§ 9.4). Масляные стеклолакоткани вырабатывают- ся с применением масляных лаков типа МА-585 (§ 6.5), аналогичных применяемым для изго- товления хлопчатобумажных и шелковых лако- тканей. Свойства их близки к свойствам мас- ляных хлопчатобумажных лакотканей, но бла- годаря применению стекловолокна в качестве волокнистой основы они обладают большей прочностью при растяжении и повышенной на- гревостойкостью; в некоторых случаях они мо- гут использоваться как электроизоляционный материал класса иагревостойксти Е. Битумно-масляно-алкидные стеклолакотка- ии изготавливаются на основе битумно-масля- но-алкидного лака БТ-963 (§ 6.5). Оии отно- сятся к классу нагревостойкости В; по меха- ническим свойствам не отличаются от масля- ных стеклолакотканей; обладают более высо- кими электрическими показателями и повышен- ной влагостойкостью; эластичность их ниже, чем масляных. Битумно-масляно-алкидные стеклолакоткани, так же как битумно-масляные хлопчатобумажные лакоткани, недостаточно бепзино- и маслостойки. П олиэфирноэпоксидные стеклолакоткани относятся к классу нагревостойкости F. Для их изготовления применяется полиэфирноэпок- сидный лак ПЭ-942 (§ 6.5). Эти стеклолако- ткани обладают наиболее высоким пробивным напряжением по сравнению с другими стекло- лакотканями; отличаются большей стабильно- стью свойств в процессе длительного нагрева при рабочей температуре и хорошей масло- и бензиностойкостью. Кремнийорганические стеклолакоткани из- готавливаются на основе кремнийорганиче- ского, модифицированного полиэфиром лака КО-915 (§ 6.5). Отличительной особенностью этих стеклолакотканей является высокая иа- гревостойкость: они относятся к классу нагре- востойкости Н. Кремнийорганические стекло- лакоткани отличаются также малой зависимо- стью электрических свойств от температуры и воздействия влажной среды. Из всех стеклола- котканей они наиболее стойки к действию тро- пического климата. К недостаткам кремнийор- ганических стеклолакотканей относятся пони- женная маслостойкость и недостаточная стой- кость к действию органических растворителей. Кроме того, механическая прочность лаковой пленки кремнийорганических стеклолакотканей ниже, чем у других стеклолакотканей. Кремнийорганическая полупроводящая стеклолакоткань представляет собой стеклян- ную ткань, пропитанную эмалью на основе кремнийорганического связующего (лак КО- 991-4), в состав которой входит графит. Основ- ным назначением полупроводящей стеклолако- ткани является изоляция статорных обмоток высоковольтных электрических машин в мес- тах выхода нз паза с целью выравнивания гра- диента напряжения. Технологический процесс производства стек- лолакотканей аналогичен процессу изготовления хлопчатобумажных и шелковых лакотканей. Марки стеклянных тканей, применяемые для изготовления различных типов стеклолако- тканей, приведены в табл. 11.9.
§ 11.» Хлопчатобумажные и шелковые лакоткани 279 Таблица 11.9. Марки стеклянных тканей, применяемых для изготовления стеклолакотканей Марка стеклолакоткани Номиналь- ная толщина, мм Марка стеклянной ткани ЛСК-155/180, ЛСК/С-155/180 0,05; 0,06 Э-27 по техничес- кой документа- ции, утвержден- ной в установлен- ном порядке ЛСП-130/155, ЛСК-155/180, ЛСК-С-155/180 0,08; 0,10 Э2-46 по ГОСТ 19907-83 ЛСЭ-105/130, ЛСБ-120/130, ЛСП-130/155, ЛСК-155/180, ЛСК/С-155/180, ЛСКР-180, ЛСК-5 ЛСКЛ-155 РСК 0,12 0,12 0,13 0,15 Э2-62 по ГОСТ 19907-83 Э2-80 и Э2-100 по ГОСТ 19907-83; Э2/1-80 по техни- ЛСМ-105/120, ЛСЛ-105/120, ЛСЭ-105/130, ЛСБ-120/130, ЛСП-130/155, ЛСК-155/180, ЛСК/С-155/180, ЛСКР-180, ЛСК-5 ческой документа- ции, утвержден- ной в установлен- ном порядке Э2-62 по ГОСТ 19907-83 ЛСМ-105/120, ЛСБ-120/130, ЛСК-155/180, ЛСК/С-155/180, ЛСК-5 0,15 Э2-80 по ГОСТ 19907-83; Э2/1-80 по технической документации, утвержденной в установленном по- рядке ЛСКЛ-155, ЛСКЛ/С-155, РСК 0,15 Э2-100 и Э2-125 по ГОСТ 19907-83 ЛСМ-105/120, ЛСММ-105/120, ЛСЛ-105/120, ЛСЭ-105/130, ЛСБ-120/130, ЛСП-130/155, ЛСК-155/180, ЛСК/С-155/180, ЛСКР-1В0 0,17 Э2-80 по ГОСТ 19907-83; Э2/1-80 по технической документации, утвержденной в установленном порядке Продолжение табл. 11.9 Марка стеклолакоткани Номинал ь иая толщина, ми Марка стеклянной ткаии ЛСМ-105/120, ЛСММ-105/120, ЛСБ-120/130, ЛСК-155/180, ЛСК/С-155/180, 0,17 Э2-100 по ГОСТ 19907-83 ЛСМ-105/120, ЛСММ-105/120, ЛСЛ-105/120, ЛСЭ-105/130, ЛСК-155/180, ЛСК/С-155/180, ЛСК-5, ЛСКР-180 0,20 Э2-100 по ГОСТ 19907-83 ЛСБ-120/130 ЛСМ-105/120, ЛСЭ-105/130, ЛСБ-120/130 0,20 0,24 Э2-100 и Э2-125 по ГОСТ 19907-83 РСК ЛСЛК-105/120 ЛСБК-120/130 0,23 0,15; 0,17; 0,20 0,12; 0,15; 0,17; 0,20 И толщиной 0,20 мм по техни- ческой докумен- тации, утверж- денной в установ- ленном порядке ЭЗ и Э4 по ГОСТ 19907-83 Л СПК-130/155 0,12; 0,15; 0,17 Э4-62П по ТУ 6-11-336-74 ЛСКК-155/180 0,12; 0,15; 0,17; 0,20 ЭЗ/1-100, Э4/1-62 и Э4/1-80 по ТУ 6-11-420-76 Масляные стеклолакоткани изготовляют на пропиточных машинах с паровым обогревом так же, как хлопчатобумажные лакоткани. Для изготовления стеклолакотканей остальных ма- рок используют трехкратные пропиточные ма- шины с сушильными камерами, обогреваемыми высококипящим органическим теплоносителем, который обеспечивает температуру в сушиль- ной камере 180—210 °C. В зависимости от мар- ки и толщины стеклолакоткани применяют двух- или трехкратную пропитку, скорость про- питки прн этом колеблется от 9—15 до 20— 38 м/ч. Свойства- Стеклолакоткани выпускаются в рулонах шириной 690; 790; 890; 940; 990; 1060 и 1140 мм. Предельные отклонения по ширине рулона не должны превышать ±20 мм. В ру- лоне должно быть не менее 40 м стеклолако- ткани, а длина маломерных отрезков — не ме- нее 5 м при их количестве не более двух на
280 Пропитанные волокнистые материалы Разд. 11 Таблица 11.10. Толщина стеклолакоткаией и отклонения от номинальной толщины Марка Номиналь- ная толщина, мм Предельное отклоне- ние от номинальной ТОЛЩИНЫ, мм средиее в отдельных точках ЛСМ-105/120 0,15; 0,17; ±0,02 ±0,03 0,20 0,24 ±0,02 ±0,04 ЛСМ-105/120 с го- 0,15; 0,17 4-0,02; —0,01 ±0,03 сударственным 0,20 ±0,02 ±0,03 Знаком качест- 0,24 ±0,02 ±0,04 ва ЛСММ-105/120 0,17; 0,20 ±0,02 +0,03 0,24 ±0,02 ±0.04 лев-120/130 0,12 4-0,02; —0,01 +0,03 0,15; 0,17; ±0,02 —0,02 0,20 0,24 ±0,02 ±0.03 ±0,04 ЛСБК-120/130 0,12 +0,02; —0,01 +0,05 —0,02 0,15; 0,17; +0,03; —0,02 4-0,06 0,20 —0,03 0,24 4-0,03; —0,02 +0,07 —0,04 ЛСП-130/155 0,08 ±0,01 +0,02 0,10 4-0,01; —0,02 + 0,02 0,12 +0,01; —0,02 +0,02 —0,03 0,15; 0,17 ±0,02 ±0,03 ЛСП-130/155 с го- 0,08 + 0,01 ±0.02 сударственным 0,10 +0,01 ±0,02 Знаком качест- 0,12 ±0,01 +0,02 ва —0,03 0,15; 0,17 ±0,02 ±0,03 ЛСЛК-130/155 0,12 ±0,02 4-0,05 —0,03 0,15; 0,17 +0,03; —0,02 4-0,06 —0,03 ЛСК-155/180; 0.05 + 0,01 -'-0,01 ЛСК/С 0,06; 0,08 +0,01 +0,02 0.10 +0,02; —0,01 +0,02 0.1*2; 0,15 +0,02 +0,03 0,17; 0,20 4-0,02; —0,03 ±0,04 ЛСК-155/180 с го- 0,10 +0,02; —0,01 ±0,02 сударственным 0,12; 0,15 +0,02; —0,01 ±0,03 Знаком качества 0,17; 0,20 4-0,02; —0,03 ±0,04 ЛСКК-155/180 0,12; 0,15 4-0,03; —0,02 4-0,06 —0,03 0,17; 0,20 ±0,03 +0,07 —0,04 ЛСК-5 0,12; 0,15 ±0,02 ±0,03 0,20 ±0,03 ±0,04 Примечание. По нормам ГОСТ одно из 10 значений может превышать отклонение от толщины стеклолакоткаии. каждые 40 м стеклолакоткаии. По специально- му требованию стеклолакоткаии могут выпу- скаться в роликах. Толщина стеклолакоткаией и предельные отклонения от номинальной толщины приведе- ны в табл. 11.10. Удельная разрывная нагрузка стеклолако- ткаией зависит от их толщины и примерно оди- накова для всех мярок стеклолакоткаией. Таблица 11.11. Удельная разрывная нагрузка стеклолакоткаией по ГОСТ и ТУ Номинальная толщина стеклолако- ткани, мм Удельная разрывная нагрузка вдоль основы, Н/см, ие менее средняя ’ минимальная 0,05 25 20 0,06 30 25 0,08 45 35 0,10 60 45 0,12 90 70 0,15 105 85 0,17 130 95 0,20 150 100 0,24 170 120 Примечание. Удельная разрывная нагрузка стеклолакоткаии ЛСК-5 не нормируется. Термопластичность и маслостойкость стек- лолакотканей оцениваются аналогично хлопча- тобумажным и шелковым лакотканям. В со- ответствии с ГОСТ стеклолакоткаии большин- ства марок не должны обладать термопластич- ностью. Термопластичность стеклолакоткаии марки ЛСК-5 по ТУ не нормируется. Требова- ние маслостойкости предъявляется только к стеклолакоткаии марки ЛСММ-105/120. Пробивное напряжение стеклолакоткаией измеряют при тех же условиях, что и для хлопчатобумажных и шелковых лакоткаией. По ГОСТ и ТУ не нормируется лишь (7пр после термообработки и последующего перегиба. В зависимости от марки и толщины стеклола- коткани меняется также масса валика, которым прокатывают место перегиба при определении иар после перегиба в исходном состоянии. В табл. 11.11 приведены требования ГОСТ и ТУ для 17Пр стеклолакоткаией. Удельное объемное сопротивление, тангенс угла диэлектрических потерь и диэлектрическая проницаемость приведены в табл. 11.12. По- следние два параметра не нормируются ГОСТ и ТУ, поэтому в таблицах приведены только фактические значения tg 6 и ег. Удельное по- верхностное сопротивление является основным показателем качества полупроводящей стекло- лакоткани. Оно равно 103—105 Ом при 15— 35 °C и относительной влажности воздуха 45— 75 %, а также при 180+5 °C. Эластичность стеклолакоткаией, выпускае- мых по ГОСТ и ТУ, как хлопчатобумажных и шелковых лакоткаией характеризуется нагруз- кой, необходимой для получения нормирован- ного относительного удлинения при растяже- нии образцов, нарезанных под углом 43—45° к нитям основы, и соответствующим этому рас- тяжению пробивным напряжением. Эластичность стеклолакоткаии марки ЛСК-5 оценивают относительным удлинением при растяжении также под углом 43—45°, по- лучаемым под действием заданного растягива- ющего усилия. Требования ГОСТ по эластичности и фак- тические значения среднего пробивного напря- жения стеклолакоткаией в состоянии растяже- ния приведены в табл. 11.13. Водопоглощение стеклолакоткаией зависит от типа пропиточного лака, примененного при
§ 11.3 Хлопчатобумажные и шелковые лакоткани 231 Таблица 11.11. Пробивное напряжение стеклолакотканей по ГОСТ и ТУ Пробивное напряжение (действующее значение) на электродах диаметром 6 мм, кВ, ие менее Марка Номинальная толщина, мг при 15—35 °C и ф = 45-1-75 % при повышенной температуре после 24 ч выдержки в в воздухе при 20 ±2 °C и ф = 95+2 % до перегиба после перегиба среднее 1 в отдельных точках 1 масса валика, кг 1 среднее в отдельных точках температура испытания, °C среднее в отдельных точках среднее в отдельных точках ЛСМ-105/120, ЛСМ-105/120 со Зна- 0,15 5,4/6,0 3,2/3,5 2±9,05 3,6/3,9 2,6/2,8 120 3,6/3,6 2,6/2,6 2,4/2,6 1,5/1,6 ком качества 0,17 6,0/6,3 3,5/3,8 4,2/4,5 2,8/3,0 4,1/4,1 3,0/3,0 3,0/3,3 2,0/2,1 0,20 6,7/7,0 3,9/4,2 4,4/4,7 2,9/3,2 4,6/4,6 3,2/3,2 3,4/3,7 2,6/2,7 0,24 8,0/8,3 4,2/4,5 5,4/5,7 3,1/3,4 5,6/5,6 3,9/3,9 4,2/4,6 2,7/2,8 ЛСММ-105/120 0,17 7/2 4,0 2+0,05 4,5 3,0 120 4,5 3,3 3,2 2,3 0,20 8/3 4,8 4,6 3,1 5,0 3,6 3,6 2,7 0,24 9/2 5,8 5,5 3,2 6,0 4,3 4,6 2,9 ЛСБ-120/130 0,12 5/6 2,6 0,5+0,02 2,7 1,3 130 3,7 2,4 2,0 0,9 0,15 6/6 3,3 1±0.05 4,1 2,2 5,5 2.7 3,5 2,6 ЛСЬК-120/130 0,17 7/8 3,9 2±0,05 4.8 2,6 130 6,0 3,6 3,7 2,8 0.20 9/6 5,2 2 ±0,05 7,0 4,5 7,1 4,2 4,0 3,3 0,24 10/8 5.8 2±0,05 8,6 5,2 7.7 4,8 4,1 3,4 ЛСП-130/155, 0,08 3,6/3,6 155 1,6/1,6 1,6/1,8 ЛСП-130/155 со ком качества Зна- 0.10 0,8/1,2 0,2+0.02 1,6/1,7 — 2,4/2,4 0,6/0,8 1,9/2.2 0.6/0,7 4,8/4,8 0,12 6,0/6,0 2,9/3,0 0,5±0,02 3,5/3,5 1,9/1,9 3,1/3,1 1,3/1,4 2,1/2,5 1,3/1,5 0.15 7,9/7,9 4,0/4,5 1±0,05 4,4/4,4 2,6/2,6 3,7/3,7 2,0/2,1 3,3/3,6 2,6/2,8 ЛСПК-130/155 0,17 9,0/9,0 5,2/5,2 2 ±0,05 5,0/5,2 3,0/3,0 155 4,2/4,2 2,5/2,6 3,5/4.2 2,8/3,0 ЛСК-155/180, ЛСК-155/180 со Зна- 0,05 1,5 — — - — 180 0,5 - 0,6 — ком качества 0,06 2,8 — — — — 0,7 0,8 — 0,08 3,6 — — — — 1,5 — 2,5 — 0,10 5.0/5,4 1.0/4,0 0,2±0.02 1.2/1,2 — 180 3,0/3,0 0,6/0,6 2,8/3,3 0,8/0,9 0,12 6,0/6,5 3,0/4,5 0,2±0,02 2,5/2,5 1.3/1,3 3,3/3,3 2,4/2,4 3,0/3,6 1,5/1,7 0,15 7,5/8,0 4,0/5,0 0.5+0.02 4,0/4,0 2,0/2,0 4,5/4,5 3,0/3,.' 4,0/4,8 2,8/3,5 ЛСК/С 0,17 8,2/8,8 4,6/6,0 0,5±0,02 4,3/4,3 2,5/2,5 180 4,8/4,8 3,3/3,3 4,5/5,4 3,0/3,3 ЛСКК 0.20 9,0/9,6 5,3/7,0 0,1 ±0,05 4,8/4,8 2,7/2,7 180 5,5/5,5 3,6/3,6 5,0/6,0 3,3/3,6 напряжения для стеклолакотканей со знаменателе указаны значения пробивного 1. В Примечания: Знаком качества. 2. Стеклолакоткань 3. Стеклолакоткани ЛСКК выпускается толщиной 0,12; 0,15: 0,17; 0,20 мм. ЛСК-155/180 и ЛСК/С выпускаются всех толщин.
262 Пропитанные волокнистые материалы Разд. 11 Таблица 11.12. Удельное объемное сопротивление, тангенс угла диэлектрических потерь и диэлектрическая проницаемость стеклолакоткаией Р. Ом«м tg 6 при 50 Гц ег при 50 Гц Марка при 15—35 °C и Ф =» 454-75 % при повышенной темпера- туре после 24 ч выдержки в воздухе при 20±2 °C и Ф = 95±2 % при 15—35 ®С и <р == 454-74 % стеклолакоткани О ГОСТ и ие менее тические гения я ° h Я ГОСТ и не менее 4) is :т и менее НН эияэа фактические &! Е s Р щ значения по | ТУ S’ •е® * « е» я ® •в"« ЛСМ-105/120 юн 1,2-1011— 120 108 Ю8—5-109 ю9 1,2-101°— 0,035— 3,8— 7-10U 1,4-1011 0,074 4,2 ЛСМ-105/120 1011 1,5-1011— 120 Ю8 5-Ю8— 101° 1,5-101°— — 3,8— со Знаком 7,5-1012 6-109 2-10И 4,2 качества ЛСММ-105/120 104 5- 10И—1012 120 108 5-108— Ю9 109 101°—5-10U 0,032— 3,9— 0,070 4,3 ЛСБ-120/130, Ю1? 2-1012— 130 108 108—4-10» 101° 10П—1012 0,019— 3,1 — ЛСБК-120/130 2-1013 0,048 4,2 ЛСП-130/155, 101» 101°—101? 155 10’ 10’—5-10’ ю8 108—101° 0,044— 4,0— ЛСПК-130/155 0,085 4,4 ЛСП-130/155 104 2-10Ч— 155 10’ 10’—108 5-Ю8 5-Ю8— 0,040— 4,0— со Знаком качества 5-1012 5-101° 0,082 4,4 ЛСК-155/180, 101? 6-1012— 180 109 2-Ю9—101° юн 1012—1013 0,005— 3,0— ЛСКК-155/180 6-1013 0,01 3,5 ЛСК-155/180 1012 7-1012— 180 109 З-Ю9— юн 5-1012— 0,005— 3,0— со Знаком качества 7-1018 3-101° 2-1013 0,01 3,5 Таблица 11,13. Эластичность и среднее пробивное напряжение в состоянии растяжения стеклолакоткаией по ГОСТ и ТУ Марка Номинальная толщина, мм Нормированное относительное удлинение при растяжении, % Допускаемые пределы средних значений нагрузок для получения нор- мированного относи- тельного удлинения, Н Максимальные значения нагрузок для получения нор- мированного относи- тельного удлинения, Н Среднее 1/ стеклолако- ткани в сос- тоянии растяжения, кВ, ие менее ЛСМ-105/120 0,15 6 5—20 25 3,5 0,17 5—25 30 4,0 0,20 6—30 35 4,3 0,24 7—35 40 4,5 ЛСММ-105/120 0,17 6 6—35 40 4,5 0,20 7—40 45 4,8 0,24 8—45 50 5,0 ЛСБ-120/130 0,12 6 6—27 30 3,8 ЛСБК-120/130 0,15 8—32 37 4,2 0,17 9—47 52 5,0 0,20 11—50 55 5,8 0,24 12—55 60 6,5 ЛСП-130/155, 0,08 6 4—26 30 — ЛСПК-130/155 0,10 5—30 35 — 0,12 6—36/5—38 40 3,8/3,8 0,15 8—42/8—43 42/47 4,4/4,2 0,17 10—43/10—45 45/50 5,0/4,8 ЛСК-155/180, 0,05 6 1—25 30 — ЛСКК-155/180 0,06 1—25 30 — 0,08 4—30 32 — 0,10 4—30 35 — 0,12 4—32 38 3,9 0,15 5—35 40 4,5 0,17 7—40 45 5,0 0,20 8—42 47 5,8 Примечание. В знаменателе указаны значения для стеклолакоткани ЛСПК-130/150.
§ 11.5 Стеклолакоткаии 283 изготовлении стеклолакоткаии. По ГОСТ и ТУ водопоглощение не нормируется. Средние фактические значения водопоглощения, %, за 24 ч ЛСМ-105/120 ................. 2,0—3,5 ЛСММ-105/120 ................ 2,0—3,0 ЛСБ-120/130 ................. 0,1—0,3 ЛСП-130/155 ................. 1,1—2,5 ЛСК-155/180 ................. 0,1—0,3 ЛСК-5........................ 0,3—0,6 Эластичность стеклолакоткаии марки ЛСК-5 Растягивающее усилие, Н................ 30 Относительное удлинение, %, не менее 4 Кроме приведенных значений для стекло- лакоткани ЛСК/С, последняя должна сохра- нять уровень свойств в течение гарантийного срока хранения (И лет) не ниже: Стойкость к нагреванию при 200 °C в течение, с, не менее.................. 5 р, Ом-м, не менее...................... Ю4 Спр, МВ/м, не менее................... 3 Масса стеклолакоткаией приведена в табл. 11.14. Таблица 11.14. Средняя масса 1 м2 стеклолакоткаии Марка Номинальная толщина, мм Масса 1 м*. кг ЛСМ-105/120, 0,15 0,200 ЛСММ-105/120 0,17 0,230 0,20 0,260 0,24 0,300 ЛСБ-120/130 0,12 0,160 0,15 0,200 0,17 0,240 0,20 0,265 0,24 0,300 ЛСП-130/155 0,08 0,095 0,10 0,140 0,12 0,180 0,15 0,200 0,17 0,230 ЛСК-155/180 0,05 0,070 0,06 0,085 0,08 0,110 0,10 0,130 0,12 0,185 0,15 0,200 0,17 0,240 0,20 0,270 11.5. СТЕКЛОЛАКОТКАИИ НА ОСНОВЕ ФТОРОПЛАСТОВ Стеклолакоткаии на основе фторопластов отличаются от всех других видов лакоткаией более высокой нагревостойкостью, повышенны- ми электрическими показателями и химостой- костью. Они представляют собой ткань из алю- моборосиликатного стекловолокна, пропитан- ную суспензией фторопласта. Используются ткани из стеклянных круче- ных комплексных нитей (ГОСТ 19907-74) тол- щиной 0,1; 0,06 и 0,03 мм и стеклянная ткань марки М-1 (§ 10.4). Для пропитки применяют суспензии фторопласта-4Д и фторопласта-4ДУ. Пропитку производят многократно (6—10 раз) с последующей термообработкой (спеканием) каждого слоя при температуре до 370 ®С. Использование фторопластов в качестве пропитывающих составов обусловливает ряд специфических свойств фторопластовых стек- лолакотканей. Высокие электрические показа- тели, присущие фторопластам, сохраняются п у стеклолакоткаией, хотя в общем они несколь- ко ниже, чем у чистых фторопластов, особенно при высоких частотах (10е Гц). Вместе с тем каркас из стеклянной ткани существенно повы- шает механические свойства материала; как правило, они в 2—3 раза выше, чем у чистых фторопластов. По сравнению с другими вида- ми электроизоляционных лакоткаией фторо- пластовые стеклолакоткаии обладают значи- тельно меньшей эластичностью и относитель- ным удлинением при растяжении; они более жестки и упруги. Введение стекловолокнистого каркаса практически ликвидирует хладотеку- честь фторопластов. Фторопластовые стеклолакоткани отлича- ются высокой стойкостью к нефтяным мас- лам, растворителям и различным химическим реагентам: кислотам, щелочам, окислителям. Однако для многих агрессивных сред они до- вольно легко проницаемы, особенно при ис- пользовании тонких материалов. Стойкость фторопластовых лакоткаией в тропических ус- ловиях и к действию плесневых грибов также весьма высокая. Стеклолакоткани на основе фторопластов не воспламеняются. Стеклолакоткани выпускают трех марок: Ф-4Д-Э01 и Ф-4Д-Э003 — на основе фтороплас- та-4Д; Ф-4Д-М-1-006— на основе фтороплас- та-4ДУ. Ф-4Д — обозначает суспензию фторо- пласта-4Д или 4ДУ; Э01, Э003 и М-1-006— марку стеклянной ткани: Э — электроизоляци- онная; 01, 003 н 006 —толщину стеклянной ткани в миллиметрах. Стеклолакоткани марок Ф-4Д-Э01 и Ф-4Д- Э003 и Ф-4Д-М-1-006 могут эксплуатироваться прн—100 ч-+250 °C. Стеклолакоткани марок Ф-4Д-Э01, Ф-4Д- Э003 и Ф-4Д-М-1-006 выпускаются двух сор- тов; для целей электрической изоляции приме- няется сорт 1. Фторопластовые стеклолакоткани из-за их повышенной жесткости и упругости применя- ются для электрической изоляции главным об- разом в виде различных межслоевых, межфаз- ных прокладок в дросселях и трансформаторах, для пазовой изоляции, кроме того, использу- ются для изготовления фольгированного мате- риала, предназначенного для оснований печат- ных схем. Стеклолакоткани на основе фторопластов выпускаются в рулонах. Свойства приведены в табл. 11.15.
284 Пропитанные волокнистые материалы Разд. 11 Таблица 11.15. Свойства сяеклоладеотканей на основе фторопластов Показатель Ф-4Д-Э01 Ф-4Д-ЭЭ03 Ф-4Д-М-1-006 сорт 1 сорт 2 сорт 1 1 сорт 2 сорт 1 [ сорт 2.. Внешний вид От белого до светло-коричневого док. Края ровно обрезаны цвета без отверстий, трещин, скла- Разрушающее напряже- ние при растяжении, 745-105 588-106 539-105 461-Ю5 637-105 588-105 МПа, не менее Зю»3 р, Ом-м, не менее 5-10»» 2-10»3 10»» 10»? 101з tg б (106 Гц) не более 0,0007 0,0015 0,0015 — 0,0015 0,0020 ег (106 Гц) не более 2,6 3,0 2,8 — 2,8 3,2 Дпр при постоянном на- 60 20 50 8 25 10 пряжении, МВ/м, не менее Массовая доля фторо- 75 40 70 50 65 50 пласта, %, не менее 11.6. РЕЗИНОСТЕКЛОЛАКОТКАНИ Резиностеклолакоткани являются разно- видностью стеклолакоткаией и отличаются от них повышенной эластичностью вследствие при- менения для пропитки составов на основе кау- чуков. Это обусловливает специфические свой- ства резнностеклолакотканей: способность вы- держивать многократные резкие перегибы и большие растягивающие нагрузки без разруше- ния лаковой пленки и, следовательно, без заметного снижения электрических показате- лей. Изоляция из резнностеклолакотканей бла- годаря этому получается монолитной, без воз- душных включений, н резиностеклолакоткани в ряде случаев используют в качестве основной изоляции вместо материалов на основе слюды. Для изготовления резнностеклолакотканей, как и для других стеклолакоткаией, использу- ются тканн из алюмобороснликатного стеклян- ного волокна. Резиностеклолакоткани выпуска- ются па классы нагревостойкости А и Н. Латексная резиностеклолакоткань пред- ставляет собой стеклянную ткань, пропитанную составом нз композиции бутадиен-стирольного и полистнрольного латексов. Она относится к классу нагревостойкости А; при использовании для неответственных назначений может приме- няться по классу нагревостойкости Е. По свой- ствам близка к масляным стеклолакотканям, но обладает значительно большей эластичностью; менее равномерна по толщине, поэтому выпу- скается с большими допускаемыми отклонения- ми от номинальной толщины. Эскапоновая резиностеклолакоткань изго- тавливается на основе лака нз продукта тер- мической обработки синтетического каучука СКВ с вулканизирующей и стабилизирующей добавками; обладает высокими электрическими свойствами и большой эластичностью, но менее влагостойка, чем другие резиностеклолако- ткани. Эскапоновая резиностеклолакоткань быст- ро стареет и становится жесткой при воздейст- вии тепла и кислорода воздуха. Поэтому ее следует применять для многослойной изоляции, когда наружный слой стеклолакоткани защи- щает внутренние слои от окислительных про- цессов и препятствует старению изоляции. Со- гласно ГОСТ 8865-70 эскапоновая резнностек- лолакоткань, если она применяется без сочета- ния с другими электроизоляционными материа- лами класса нагревостойкости В или выше, от- носится к классу нагревостойкости А при при- менении в один слой и к классу нагревостой- Таблица 11.16. Толщина резиностеклола- котканей и отклонения от номинальной толщины Марка Номиналь- ная тол- щина, мм Предельное отклоне- ние от номинальной толщины, мм среднее в отдель- ных точ- ках ЛСЛ-105/120 0,15; ±0,02 ±0,04 0,17 0,20 ±0,03 ±0,05 ЛСЛ-105/120 0,15; ±0,02 ±0,04 со Знаком 0,17 качества 0,20 ±0,03 ±0,05 ЛСЛК-Ю5/120 0,15; ±0,03; ±0,04; 0,17 —0,02 —0,03 0,20 4-0,04; +0,08; —0,03 —0,05 ЛСЭ-105/130 0,12 +0.01; +0,02! —0,02 —0,03 0,15; ±0,02 ±0,03 0,17; 0,20 0,24 ±0,02 ±0,04 ЛСКР-180 0,12; ±0,02 ±0,03 0,15; 0,17; 0,20 ЛСКР-180 0,12; ±0,02 ±0,02 со Знаком 0,15 качества 0,17; ±0,02 ±0,03 0,20 0,13 +0,02; ±0,03 —0,01 0,15 ±0,02 ±0,03 0,23 ±0,03 ±0,04
§ ll.e Резинаспеклолакоткани 285 кости Е — при многослойной изоляции. Она от- носится также к классу нагревостойкости Е, если применяется в сочетании с другими ма- териалами класса нагревостойкости Е при лю- бом числе слоев. Кремнийоргачическая резиностеклолако- ткань марки -ЛСКР-180 получается путем ком- бинированной пропитки стеклоткани кремний- органическим лаком К-43 (первый слой) и рас- твором полидиметилсилоксанового каучука СКТ. Из всех кремнийорганических стеклола- котканей она наиболее нагревостойка (выдер- живает нагрев до 200°C). Кремнийорганиче- ская резиностеклолакоткаиь стойка к действию кислорода, озона и света и обладает высокой морозостойкостью, но недостаточно стойка к действию растворителей и масел. Кремнийоргачическая резиностеклоткань марки РСК в отличие от ЛСКР-180 пропиты- вается раствором резиновой смесн, представ- ляющим собой смесь полидиметилсилоксаново- го каучука с наполнителями. Предназначена эта резиностеклоткань для механической за- щиты изоляции проводов, и поэтому электри- ческие свойства по ТУ не нормируются. Технологический процесс производства. Ре- зиностеклолакоткани изготавливают аналогич- но стеклолакотканям, применяя для получения латексной резиностеклолакоткани машины трехкратной пропитки с паровым обогревом, кремнийорганической — машины с высококипя- щим органическим теплоносителем и для эска- поновой резиностеклолакоткани — специальные машины двукратной пропитки с индукционным электрическим обогревом. Высота сушильной камеры такой машины 3 м, температура в пер- Таблица 11.17. Удельная разрывная нагрузка резиностеклолакоткаией по ГОСТ и ТУ Марка Номиналь- ная тол- щина, мм Удельная разрывная наг- рузка вдоль основы, Н/см, ие меиее средняя минимальная ЛСЛ-105/120, ЛСЛК-Ю5/120, ЛСЭ-105/130 0,12 90 70 ЛСЛ-105/120, 0,15 105 85 ЛСЛК-Ю5/120, 0,17 130 95 ЛСЭ-105/130, ЛСКР-180 0-,20 150 100 ЛСЛ-105/120, ЛСЛК-Ю5/120, ЛСЭ-105/130 0,24 170 120 РСК 0,13 80 — 0,15 105 — 0,23 180 — вой сушильной камере 90—150 °C, во второй — 150—210 °C, скорость пропитки 60—82 м/ч. На этой же машине изготавливают резиностекло- ткань марки РСК, причем пропитку ведут в одной ванне, а вторую камеру используют для дополнительной сушкн. Температура в обеих камерах 150—175 °C, скорость пропитки 22— 26 м/ч. При изготовлении латексной резиностекло- лакоткани стеклянную ткань перед пропиткой подвергают обжигу для удаления замаслива- Таблица 11.18. Пробивное напряжение резиностеклолакоткаией по ГОСТ и ТУ Марка Номинальная толщи- на, мм На электродах диаметром 6 мм, кВ, ие меиее при 15—35 °C и <р=45-г-75% при повышенной темпе- ратуре после 24 ч выдер- жки в воздухе при 20±2е‘С и <р=95±2% до перегиба после перегиба темпера- тура ис- пытания, °C среднее в отдель- ных точ- ках среднее в отдель- ных точ- ках среднее в отдель- ных точ- ках среднее в отдель- ных точ- ках ЛСЛ-105/120, 0,15 5,4/5,6 3,2/3,3 4,4/4,4 2,6/2,6 5,0/5,0 2,6/2,6 1,9/1,9 1,3/1,3 ЛСЛ-105/120, 0,17 6,2/6,5 3,5/3,6 5,2/5,2 2,8/2,8 120 5,4/5,4 3,2/3,2 2,6/2,6 1,8/1,8 ЛСЛ-105/120 со Знаком качества 0,20 6,8/6,8 4,0/4,0 5,8/5,8 3,2/3,2 5,8/5,8 3,8/3,8 3,0/3,0 2,0/2,0 ЛСЭ-105/130 0,12 0,15 0,17 0,20 0,24 4,8 5,6 7,2 8,4 9,6 2,6 3,9 4,2 5,2 5,8 3,3 4,6 5,2 7,0 7,6 1,9 2,6 3,2 3,9 4,5 130 3,7 5,2 5,8 6,8 7,8 2,4 3,0 3,6 4,2 4,8 1,4 1,9 2,5 3,0 3,6 0,7 1,3 1,7 1,9 2,2 ЛСКР-180, 0,12 1,9/1,9 0,7/0,7 1,4/1,4 0,6/0,6 2,1/2,1 0,7/0,7 1,4/1,4 0,6/0,6 ЛСКР-180 0,15 3,3/3,3 2,2/2,2 3,0/3,0 1,5/1,5 3,0/3,0 2,0/2,0 1,6/1,6 0,9/0,9 со Знаком 0,17 3,9/3,9 2,6/2,6 3,3/3,3 2,0/2,0 200 3,1/3,1 2,2/2,2 2,2/2,2 1,6/1,6 качества 0,20 4,9/4,9 3,3/3,3 4,7/4,7 3,2/3,2 4,2/4,2 3,3/3,3 2,7/2,7 1,9/1,9 П р.лм-е ч а н н е. В знаменателе указаны значения для резиностеклолакоткаией со Знаком качества.
286 Пропитанные волокнистые материалы Разд. 11 Таблица 11.19. Удельное объемное сопротивление резииостеклолакотканей, Ом-м, по ГОСТ и ТУ не меиее Марка реаиностек- лолакоткани При 15—35 °C н Ф=45-т-75% При повышен- ной температу- ре После 24 ч вы- держки в возду- хе при 20±2 °C и ф=95±2% темпера- тура ис- пытанияЛС значение ЛСЛ-105/120, ЛСЛК-Ю5/120 Ю12 120 10» 10» ЛСЛ-105/120 со Знаком качества ЫО22 120 10» 101° ЛСЭ-105/130 1012 130 109 Ю9 ЛСКР-180 Ю22 200 1010 1010 ЛСКР-180 со Знаком ка- чества 1012 200 1010 1011 теля и увеличения адгезии латекса и стекло- лакоткани. Для изготовления резииостеклолакотканей применяют стеклянную ткань марки Э. Свойства. Резиностеклолакоткани выпуска- ются в рулонах шириной 690; 790; 890; 940; 990; 1060 н 1140 мм. Предельные отклонения по ширине рулона не должны превышать ±20 мм. Длина резиностеклолакоткани в руло- не не менее 40 м, резиностеклоткаии — не ме- нее 80 м, причем в последнем случае допуска- ется один разрез с длиной куска не менее 40 м. Резиностеклолакоткани могут также постав- ляться в роликах, нарезанных вдоль основных нитей. Толщина резнностеклолакотканей и допус- каемые отклонения от номинальной толщины приведены в табл. 11.16, данные по разрывной нагрузке — в табл. 11.17; пробивное напряже- ние резнностеклолакотканей по нормам ГОСТ— в табл. 11.18. Так как резиностеклолакоткани обладают большой эластичностью и выдерживают резкие перегибы, то при определении ипр после пере- Таблица 11.20. Эластичность и среднее пробивное напряжение в состоянии растяжения резииостеклолакотканей по ГОСТ Марка Номиналь- ная тол- щина, мм Относи- тельное удлинение при растя- жении, % Допускаемые пределы сред- них значений иазрузок для получения нормированного относительного удлинения, Н Максимальные значе- ния нагрузок для по- лучения нормирован- ного относительного удлинения, Н Среднее пробивное напря- жение резиностеклолако- ткани в состоянии растя- жения, кВ, ие менее ЛСЭ-105/120 0,15 10 6—25 30 4,0 0,17 6—28 35 4,5 0,20 7—30 38 5,0 ЛСЭ-105/130 0,12 10 4—20 30 3,5 0,15 6—22 32 4,0 0,17 6—24 34 4,5 0,20 6—25 35 5,0 0,24 7—27 37 5,5 ЛСКР-180 0,12 10 1—5 7 2,5 0,15 1—6 7 2,6 0,17 1—6 7 2,8 0,20 1—7 8 3,0 Таблица 11.21. Средняя масса 1 м2 резииостеклолакотканей Марка Номинальная толщина, мм Масса 1ма, кг ЛСЛ-105/120 0,15 0,185 0,17 0,215 0,20 0,240 ЛСЭ-105/130 0,12 0,150 0,15 0,190 0,17 0,215 0,20 0,260 0,24 0,280 ЛСКР-180 0,12 0,160 0,15 0,195 0,17 0,230 0,20 0,260 РСК 0,23 0,270 I гиба в исходном состоянии прокатку места перегиба производят валиком массой 2±0,05кг. Удельное объемное сопротивление резино- стеклолакотканей по ГОСТ приведено в табл. 11.19. Наиболее высоким р, мало изменяю- щимся при повышенной температуре и после воздействия влажной среды, обладает крем- нийорганическая резиностеклолакоткань. Эластичность резииостеклолакотканей оценивается так же, как эластичность других лакоткаией по нагрузке, обеспечивающей за- данное относительное удлинение. Однако в от- личие от стеклолакоткаией и хлопчатобумаж- ных лакоткаией у резииостеклолакотканей при равных или меньших нагрузках достигается почти в 2 раза большее относительное удлине- ние; UnP при этом снижается примерно в рав- ной степени. Эластичность резииостеклолакотканей при- ведена в табл. 11.20. Эластичность крсмнин- оргаиической резнностеклоткани марки РСК по ТУ не нормируется.
§ И.? Липкие и самосклеивающиеся стеклолакоткани 287 Масса резиностеклолакоткаией (фактичес- кие значения) приведена в табл. 11.21. 11.7. ЛИПКИЕ И САМОСКЛЕИВАЮЩИЕСЯ СТЕКЛОЛАКОТКАНИ И РЕЗИНОСТЕКЛОЛАКОТКАНИ К этой группе лакотканей относятся стех- лолакоткани и резиностеклоткани, поверхность которых с одной или двух сторон покрыта специальным липким составом или же пропи- тана таким связующим, которое после высы- хания обладает липкостью и способностью к самосклеиваиню на холоде или при нагрева- нии. Обладая термореактивными свойствами, такое связующее обеспечивает получение из самосклеивающихся стеклолакотканей и рези- ностеклотканей монолитной миоюслойиой изо- ляции с высокой адгезией между слоями. Стеклолакоткани с поверхностным липким сло- ем образуют изоляцию с более слабым сцеп- лением отдельных слоев, особенно при повы- шенной температуре. Все эти материалы поставляются в виде лент, в роликах, нарезанными вдоль основы или под углом. Выпускаются следующие виды и марка липких и самосклеивающихся стеклолакотка- ией и резиностеклоткаией. Лента эскапоновая с липким слоем пред- ставляет собой эскапоновую резиностеклолако- ткаиь, на которую с обеих сторон нанесен слой клеящего состава на основе полидиенов. Лип- кий слой обеспечивает необходимое скольже- ние ленты при производстве изолировочных работ и, кроме того, склеивает отдельные слои между собой. Свойства ленты, в том числе ее нагревостойкость, обусловлены свойствами эс- капоновой резиностеклолакоткани (§ 11.6). Лента применяется для изоляции электри- ческих машин и аппаратов взамен микаленты. Кремнийорганическая стеклолакоткань лип- кая марки ЛСКЛ-155 изготавливается из стек- лянной ткани марки Э и кремиийорганическо- го лака КО-991-4. Липкость поверхности стек- лолакоткани и способность склеиваться прн нагревании позволяют получать прн намотке многослойную плотную изоляцию. Электричес- кие свойства в исходном состоянии этой сте<- лолакоткани невысокие, так как для получения липкой поверхности лаковая пленка остается недосушенной, однако после термической об- работки изоляции прн 180 °C свойства улучша- ются. Кремнийорганическая липкая стеклола- коткань относится к классу нагревостойко- сти F. Полиэфирноэпоксидная самосклеивающая- ся термореактивная стеклолакоткань марки ЛСТР вырабатывается также из стеклянной ткани марки Э, которую пропитывают эмалью на основе полнэфирноэпоксндного связующего. Ленты, нарезанные под углом к нитям основы, обладают большим удлинением при растяже- нии, а изоляция, выполненная из таких лент, отличается большой монолитностью и эла- стичностью и может выдерживать значитель- ные деформации при изготовлении обмоток электрических машин без механических по- вреждений и ухудшения электрических свойств. Стеклолакоткань применяется в качестве ос- новной изоляции низковольтных электрических машин и аппаратов взамен микаленты; отно- сится к классу нагревостойкости F. К ремнийорганическая самослипающаяся резиносгеклоткань представляет собой стек- лянную ткань марки Э, пропитанную и затем покрытую с одной или двух сторон резиновой смесью на основе кремнийорганического кау- чука СКТВ и полнгетеросилоксана. Эта резино- стеклоткань обладает способностью к само- слипанию при 15—35 °C в течение 48 ч нли при дополнительном прогреве при 150 °C в течение 3 ч и образовывать гибкую, эластичную моно- литную изоляцию. Изоляция, выполненная нз самослипающейся резиностеклоткани, относит- ся к классу нагревостойкости Н, может рабо- тать при —60-*-+250 °C (кратковременно). Она характеризуется хорошими электрическими свойствами, высокой водостойкостью, стой- костью к действию озона н ультрафиолетовых лучей, полным отсутствием токсичности, стой- костью к некоторым маслам (турбинное, транс- форматорное) и химическим реагентам. Кремнийорганическая самослипающаяся резнностеклоткань выпускается двух марок: РЭТСАР А с двусторонним резиновым покры- тием, применяемая самостоятельно в качестве основной изоляции, и РЭТСАР Б — с односто- ронним покрытием, применяемая в комбинации с радиационной лентой ЛЭТСАР. Технологический процесс производства. Кремнийорганическую липкую и полиэфирно- эпоксидную самосклеивающуюся стеклолако- ткани марок ЛСКЛ-155 и ЛСТР изготавлива- ют пропиткой стеклянной ткани на обычных пропиточных машинах с обогревом паром или высококипящим органическим теплоносителем при 130—160 °C. Изготовление кремнийорганической само- слипающейся резиностеклоткани осуществляют в две стадии. Вначале стеклянную ткань про- питывают раствором резиновой смеси, исполь- зуя при этом машину однократной пропитки с индукционным обогревом. Затем на предвари- тельно пропитанную стеклоткань наносят на каландре резиновую смесь и резнностеклоткань подвергают радиационной полимеризации. Стеклянную ткань перед пропиткой подвергают отжигу для удаления замасливателя. Свойства. Липкие и самосклеивающиеся стеклолакоткани выпускаются в роликах, на- резанными вдоль основы. Лента марки ЛСТР, кроме того, изготавливается нарезанной под углом 22,5°, склеенной в непрерывное полотно. Минимальное расстояние между склейками со- ставляет 1600 мм. Липкие и самосклеиваюздие- Т а блица 11.22. Толщина и размеры роликов липких и самосклеивающихся стеклотканей и резиностеклоткани Марка Номинальная толщина, мм Ширина лен- ты, мм Диаметр ролика, мм лсэпл 0,14; 0,17; 0,19 20; 30 75±5 лсэплм 0,14; 0,17; 0,19 20; 23; 25; 30 75±5 ЛСКЛ-155 0,12; 0,15 10; 15; 20; 25; 30 <175 ЛСТР 0,16; 0,18; 0,20 20; 23; 25 90—110
288 Пропитанные волокнистые материалы Разд. 11 Таблица 11.23. Механические и электрические свойства липких и самосклеивающихся стеклолакоткаией по ГОСТ и ТУ лсэпл, лсэплм | ЛСКЛ-155 1 ЛСТР Показатель Толщина, мм 0,14 | 0,17 | 0,19 0,12 0,15 0,16 ! 0,18; 0,20 Удельная разрывная нагрузка вдоль основы, Н/см, не менее; средняя минимальная 90 70 105 85 130 95 90 70 105 85 60 ПО Сопротивление надрыву, Н/см, не менее; вдоль основы под углом 22,5 ° — — — — — 40 60 50 90 С7пр, кВ, не менее: среднее минимальное 0,8 0,9 6,0 3,0 6,0 3,0 £Пр» МВ/м, не менее: средняя минимальная р, Ом*м, не менее 60 27 60 27 60 27 10’ 10’ — — ся стеклолакоткани могут также выпускаться в рулонах. Резиностеклоткаиь РЭТСАР выпускается в рулонах шириной 700—1100 мм, толщиной 0,25±0,03 и 0,30±0,03 мм; поставляется в ру- лонах массой не более 20 кг. Прн полном сли- пании в намотанном образце прн 25 °C в тече- ние 48 ч резиностеклоткаиь маркируют индек- сом X, при слипании при 150 °C в течение 3 ч — индексом Г. Резиностеклоткаиь прокладывается поли- этиленовой пленкой толщиной не более 100 мкм. Размеры роликов, а также толщина лент приведены в табл. 11.22. Прочность склеивания кремнийорганиче- ской липкой стеклолакоткани марки ЛСКЛ-155 оценивают по скорости расклеивания сложен- ной вдвое ленты при нагрузке 1 Н на 1 см ши- рины ленты; эта скорость должна быть в пре- делах 10—150 мм/мин. Самосклеивающаяся термореактивная стеклолакоткань марки ЛСТР, намотанная в несколько слоев, после отверж- дения при 190±10°С в течение 30 мин обра- зует монолитную изоляцию, которая не долж- на иметь трещин и расслаиваться. Механические и электрические свойства липких и самосклеивающихся стеклолакотка- Таблица 11.24. Эластичность самосклеива- ющейся термореактивиой стеклолакоткани мар- ки ЛСТР по ТУ Номшгаль- ная тол- щина, мм Относительное удлинение при растяже- нии, %, не менее С?пр После растяжения, кВ, ие менее среднее в отдельных точках 0,16 6 4,0 1,8 0,18 4 4,5 2,0 0,20 4 5,0 2,5 ней в состоянии поставки приведены в табл. 11.23. Эластичность самосклеивающейся терморе- активной стеклолакоткани марки ЛСТР харак- теризуется относительным удлинением при рас- тяжении под углом 22,5° к основе усилием 20 Н и пробивным напряжением образца после растяжения. Эластичность стеклолакоткани марки ЛСТР в соответствии с требованиями ТУ приведена в табл. 11.24. Эластичность дру- гих марок не нормируется. Свойства резиностеклоткани РЭТСАР при- ведены ниже. Внешний вид Стеклоткань с на- несенным одно- и двусторонним по- крытием красного цвета с ровной по- верхностью без пузырей, натеков, отслоения резины от стеклоткани и других видимых дефектов Аутогезия резиностекло- ткани при выдержке 48 ч при 25 ±5 °C и допол- нительном прогреве 3 ч прн 150 °C; 5 а) для марки А при намотке вполнахлес- та б) для марки Б при нанесении встык на изоляцию из само- слипающейся ленты (резиновым слоем резиностеклоткани к ленте) Условная прочность в мо- мент разрыва, МПа, не меиее: Монолитное само- слипание слоев Монолитное само- слипание резино- вых слоев резино- стеклоткани и ре- зиновой ленты
§ U.8 Поведение лакоткаией в эксплуатации 289 П родолжение в исходном состоянии - после старения 72 ч при 250 °C......... р, Ом • м, не менее . . . £пр, МВ/м, не менее . . 39,2 14,7 10“ 20 Масса липких н самосклеивающихся стек- лолакотканей н резиностеклотканей (фактиче- ские значения) приведена в табл. 11.25. Таблица 11.25. Средняя масса липких и самосклеивающихся стеклолакоткаией и резиностеклотканей Марка ленты Номинальная толщина, мм Масса 1 м2, кг лсэпл, 0,17 0,215 лсэплм 0,19 0,235 ЛСКЛ-155 0,12 0,165 0,15 0,205 ЛСТР 0,16 0,210 0,18 0,240 0,20 0,270 РЭТСАР 0,25 0,310 11.8. ПОВЕДЕНИЕ ЛАКОТКАИЕЙ В ЭКСПЛУАТАЦИИ Лакоткани при их применении — во время производства изолировочных работ и главным образом в процессе эксплуатации электрообо- рудования — подвергаются воздействию внеш- них факторов, которые вызывают необратимые процессы, связанные с изменением химического состава и структуры материала. Это приводит к ухудшению механических и электрических свойств изоляции из лакоткаией, нарушению ее целостности, снижению влагостойкости и т. и. Важнейшими внешними факторами, оказываю- щими влияние на качественные изменения ла- котканей и изоляции на их основе, являются: механические воздействия и, в первую очередь, растягивающие усилия, повышенная температу- ра, влажная среда и вода, минеральные масла и органические растворители, различные хими- ческие агенты — аммиак, кислоты, основания и т. п. и, наконец, старение в процессе дли- тельного хранения. Влияние механических воздействий. Растя- гивающие усилия, возникающие при примене- нии лакоткаией в процессе изолирования ими различных деталей, приводят к снижению Unp лакоткаией в результате нарушения целостно- сти лаковой пленки при растяжении. Степень снижения зависит от химической природы пропитывающего состава и вида текстильной основы лакоткани. Из рис. 11.1, на котором по- казана зависимость пробивного напряжения различных лакоткаией, нарезанных под углом 43—45° к основе, от растягивающего усилия, видно, что наиболее резко Unp снижается у масляной шелковой лакоткани марки ЛШМ-105 и кремнийорганической стеклолакоткани марки ЛСК-155/180 и менее всего у эскапоновой ре- зииостеклолакоткани марки ЛСЭ-105/130. По- этому при применении лакоткаией следует всег- да ограничивать растягивающее усилие и вы- бирать его с учетом специфических особенно- стей каждой марки лакоткани. На Unp после механических воздействий влияет также эластичность лакоткаией (отно- сительное удлинение при растяжении), которая зависит от степени термообработки лакоткаией прн их изготовлении. При этом характер меха- нической нагрузки определяет влияние эластич- ности на Unp лакоткаией. На рис. 11.2 показа- на зависимость Upp хлопчатобумажной и шел- ковых лакоткаией, а на рис. 11.3 — стекло- и резииостеклолакотканей от эластичности лако- тканей, подвергнутых растяжению или перегибу иа 180° с последующей прокаткой по месту пе- региба валиком массой 2 кг. Растяжению под- вергались полоски шириной 20 мм, вырезанные под углом 43—45° к основе, с усилием 20 Н для хлопчатобумажной лакоткани и стеклола- котканей и 8 Н для шелковой и капроновой лакоткаией. Как видно, с увеличением эластич- ности UPp при растяжении падает. Напротив, чем выше эластичность, т. е. чем менее интен- сивней термической обработке подвергнуты ла- Рис. 11.1. Зависимость Uap лакоткаией от рас- тягивающего усилия: /_ЛХМ-105 толщиной 0,15 мм; 2 —ЛШМ-105 тол- щиной 0,10 мм: 3 — ЛКМ-105 толщиной 0,10 мм; 4 — ЛСБ-120/130 толщиной 0,17 мм; 5 — ЛСК-155/180 тол- щиной 0,15 мм; 6 — ЛСЭ-105/130 толщиной 0,15 мм Рис. 11.2. Зависимость Z7np при растяжении и после перегиба хлопчатобумажных н шелковых лакоткаией от относительного удлинения: /-ЛХМ-105 толщиной 0,17 мм; 2 — ЛШМ-105 толщи- ной 0,10 мм; 3 — ЛКМ-105 толщиной 0,10 мм; ———— — в состоянии растяжения;---------после перегиба
290 Пропитанные волокнистые материалы Разд. !! Таблица 11.26. Электрические показатели лакотканей после теплового старения и последующего пребывания в воде. Марка Номинальная толщина, мм Температура старения, °C "пр- кВ р. Ом-м tg 6 при 50 Гц до старе- ния после 10 сут старения и последующей выдержки 24 ч в воде до старе- ния после 10 сут старения и последующей выдержки 24 ч в воде ДО старе- ния после 10 сут старения и последующей выдержки 24 ч в воде ЛХМ-105 0,17 105 7,6 5,6 1,9-Ю12 4,6-107 __ ЛШМ-105 0,10 105 6,1 3,3 5,7-Ю12 l,2-10i<> — — ЛСБ-120/130 0,15 130 9,2 5,3 9,6-1012 2,2-10’ 0,026 0,093 ЛСК-155/180 0,15 180 8,9 4,8 8,0-1013 2,5.10i2 0,0083 0,038 коткани при сушке, тем в меньшей степени снижается L/Hp после перегиба. Следовательно, для повышения эксплуатационной надежности следует применять лакоткани с оптимальной эластичностью, исходя из характера механиче- ских воздействий, назначения лакотканей и ус- ловий их технологической обработки. Тепловое старение сопровождается потерей массы материала, снижением эластичности и нарастанием хрупкости лаковых пленок и, как следствие, ухудшением электрических и меха- нических свойств лакотканей. В начале процесса теплового старения на- ряду с интенсивной потерей массы электриче- ские характеристики и удельная разрывная на- грузка лакотканей несколько увеличиваются за Рис. 11.3. Зависимость С7Пр при растяжении и после перегиба стеклолакотканей и резиностек- лолакотканей от относительного удлинения: 1 — ЛСБ-120/130 толщиной 0,17 мм; 2 — ЛСК-155/180 толщиной 0,15 мм; 3 — ЛСЭ-105/130 толщиной 0,15 мм; .. — в состоянии растяжения;-------после перегиба Рис. 11.4. Потери массы стеклолакотканей и кремнийорганической самослипающейся рези- ностеклоткани в процессе теплового старения: 1 — ЛСБ-120/130 при 200 °C: 2—ЛСК-155/180 при 250 °C; 3 — ЛСП-130/155 при 220 °C; 4 — РЭТСАР при 250°C; 5-РЭТСАР при 300°C счет протекающего одновременно с деструк- цией структурирования материала в результате продолжающихся в лаковой пленке реакций по- лимеризации и поликонденсации. В дальней- шем над этими процессами начинают превали- ровать процессы деструкции, приводящие к разрушению материала. На рис. 11.4 показаны потери массы стек- лолакотканей классов В, F, Н и кремнийорга- нической самослипающейся резиностеклоткани при соответствующих этим классам температу- рах. Наиболее интенсивная потеря массы для всех лакотканей происходит в первые сутки старения, затем этот процесс стабилизируется. Характер изменения 4УПр масляных хлоп- чатобумажных и шелковых лакотканей в про- цессе теплового старения при 105 °C изображен на рис. 11.5. Тепловое*старение и последующее увлаж- нение или действие воды приводят к более рез- кому ухудшению электрических свойств (рис. 11.6, 11.7 и табл. 11.26). Изменение механических свойств лакотка- ней под влиянием длительного нагрева проис- ходит по-разному у лакотканей иа основе тка- ней из органических волокон и на основе тка- ней из стекловолокна. На рис. 11.8 показана зависимость удельной разрывной нагрузки в различных направлениях хлопчатобумажных и шелковых лакотканей от времени старения при 105 °C. В течение первых 10 сут происходит увеличение механической прочности за счет бо- лее полного отверждения пленкообразующего, а затем начинается постепенное снижение удельной разрывной нагрузки в результате процессов деструкции как связующего, так и текстильной основы. Механические свойства стекловолокна мало изменяются при нагреве, поэтому и удельная разрывная нагрузка стек- лолакотканей в процессе теплового старения изменяется в меньшей степени. Тепловое старение приводит к значитель- ному снижению относительного удлинения при растяжении как у хлопчатобумажных и шелковых лакотканей, так и у стеклолакотка- ней (рис. 11.9). Это связано главным образом с уменьшением эластичности и гибкости пле- нок, образующих лаковое покрытие лакотка- ней, и поэтому проявляется в снижении про- бивного напряжения после перегиба лакотка- ней, подвергнутых термообработке. В зависи- мости от природы пропиточного лака и его нагревостойкости 1/пр изменяется в различной степени. Так, UBp шелковых лакотканей марок ЛШМ-105 уже после 10 сут старения при
§ П.8 Поведение лакотканей в эксплуатации 291 Рис. 11.5. Зависимость £/Пр хлопчатобумажных и шелковых лакотканей от продолжительности старения при 105 °C: / — ЛХМ-105 толщиной 0,15 мм; 2 —ЛШМ-105 тол- щиной 0,12 мм; 3—• ЛШМС-105 толщиной 0,06 мм; 4 —ЛХБ-105 толщиной 0,17 мм Рис. 11.6. Зависимость Uap стеклолакоткани ЛСК-155/180 толщиной 0,12 мм от времени старения при 200 °C и последующей выдержки в воде через каждые 5 сут старения: 1 — старение на воздухе; 2 — старение и выдержка в воде 1 сут; 3 — старение и выдержка в воде 5 сут Рис. 11.7. Зависимость р стеклолакоткаией от времени теплового старения с последующей выдержкой 24 ч в камере с <р=95±2 % через каждые сутки старения: 1 — ЛСБ-120/130, старение прн 200 °C; 2 — ЛСК-155/180, старение при 250 °C; 3 — ЛСП-130/155, старение при 220 °C; — старение на воздухе;-------— старение и увлажнение в течение 24 ч 105 °C после перегиба снижается с 7,0—7,5 до 0,6—0,65 кВ, а после 60 сут — до 0,35—0,4 кВ. Хлопчатобумажные лакоткани марок ЛХМ-105 и ЛХМС-105 через 10 сут старения также при 105 °C ломаются по месту перегиба. Пробивное напряжение кремнийорганнческой стеклолако- ткани марки ЛСК-155/180 снижается в мень- шей степени: после старения при 200 °C в тече- ние 10 сут оио достигает 1,2—1,5 кВ при тол- щине 0,17 мм. Способность сохранять эластичность в про- цессе теплового старения проявляется при ис- пытании лакотканей в криволинейных электро- дах, в которых лакоткань подвергается после старения изгибу и растяжению. При испытании фиксируют в зависимости от длительности теп- лового старения число пробоев в 10 точках при приложении испытательного напряжения из расчета 12 МВ/м. Результаты таких испытаний нескольких марок стеклолакоткаией изображе- ны на рис. 11.10. Поведение при повышенной температуре. При повышении температуры электрические по- казатели лакотканей снижаются. Наиболее ста- бильны при повышенной температуре свойства кремнийорганических стеклолакоткаией. Элек- трические показатели лакотканей на основе по- лиэфиров, например полиэфириоэпоксидной стеклолакоткани марки ЛСП-130/155, снижа- ются в значительно большей степени. На рис. 11.11 показана зависимость р различных марок лакотканей от температуры. Увлажнение. После пребывания лакотканей во влажной атмосфере или в воде электриче- ские показатели лакотканей снижаются наибо- лее резко в первые 24—48 ч увлажнения, в дальнейшем этот процесс замедляется. Влаго- и водостойкость хлопчатобумажных и шелко- вых лакотканей в силу большой гигроскопич- ности натуральных текстильных волокон зна- чительно уступает влаго- и водостойкости стек- лолакоткаией, и поэтому снижение электриче- ских характеристик после пребывания в воде у последних происходит менее интенсивно (рис. 11.12). Влагостойкость стеклолакоткаией зависит от химической природы пропиточного лака и вида замасливателя, используемого в произ- водстве стеклянного волокна. Из рис. 11.13 можно видеть, что в процессе увлажнения ме- нее всего снижается удельное объемное сопро- тивление кремнийорганнческой стеклолакоткани ЛСК-155/180 и битумно-масляно-алкидной ЛСБ-120/130. Влияние замасливателя показа- но на рис. 11.14. Удельное объемное сопротив- Рисъ 11.8. Зависимость удельной разрывной нагрузки хлопчатобумажной и шелковой лако- тканей от времени старения при 105 °C: 1 — ЛХМ-105 толщиной 0,15 мм; 2 — ЛШМ-105 толщи- ной 0.06 мм;-------по основе;-----—по утку; ---------под углом 43—45 ° Рис. 11.9. Зависимость относительного удлине- ния при растяжении лакотканей от времени теплового старения: 1 — ЛХМ-105 при 105 °C; 2 — ЛШМ-105 при 105 °C; 3 — ЛСК-155/180 при 200 °C; 4 — ЛСЭ-105/130 при 140 °C; - - — по основе;------------под углом 43—45°
292 Пропитанные волокнистые материалы Рао. 1! Число пробоев Рнс. 11.10. Число пробоев стеклолакоткаией при испытании в криволинейных электродах в зависимости от времени теплового старения: /-ЛСБ-120/130 при 180 °C; 2 — ЛСК-155/180 при 220 °C; 3 — ЛСП-130/155 при 200 °C Рис. 11.11. Зависимость р лакоткаией от тем- пературы: 1 — ЛХМ-105; 2—ЛШМ-105; 3 — ЛХБ-105; 4 — ЛСБ-120/130; 5 — ЛСК-155/180; « — ЛСП-130/155; 7 — ЛСЭ-105/130 Рис. 11.12. Зависимость р лакоткаией от вре- мени выдержки в воде при 20±2°С: I — ЛХМ-105; 2 —ЛШМ-105; 3 —ЛХБ-105; 4 — ЛСБ-120/130; 5 — ЛСК-155/180 удельной разрывной нагрузки начинается толь- ко после 20 сут пребывания в среде разбавлен- ных кислых газов. Аммиак прн концентрации 0,2 г/м3 вызывает более резкое снижение элек- трических свойств лакоткаией. Влияние высокой концентрации этих же сред (концентрация 200—300 г/м3) показано иа рис. 11.15—11.17. Сернистый ангидрид при высоких концент- рациях оказывает незначительное влияние на электрические показатели стеклолакоткаией и вызывает снижение р, а также Ппр только у масляных хлопчатобумажных и шелковых ла- котканей, хотя уровень этих показателей за 10 сут испытании остается достаточно вы- соким. леиие более всего снижается при увлажнении в случае использования в качестве замасливате- ля парафиновой эмульсии. По-видимому, этот замасливатель не обеспечивает должного сов- мещения стеклянного волокна и связующего, что препятствует его хорошей адгезии к стеклу. Химическая стойкость. Химически агрессив- ные среды: аммиак, оксиды азота, сернистый ангидрид при малой их концентрации в воз- духе оказывают некоторое влияние на электри- ческие и механические показатели лакоткаией, однако не вызывают их разрушения и выхода из строя. При концентрации оксидов азота 0,5 г/м3 и сернистого ангидрида 2 г/м3 (что приблизительно в 100 раз превышает макси- мальную концентрацию, допускаемую санитар- ными нормами) за 30 сут испытания Unp всех лакоткаией меняется мало (максимальное сни- жение в 2 раза у хлопчатобумажной лакоткани ЛХМ-105). Удельное объемное сопротивление в этих же условиях у различных марок лакотка- ией снижается на 2—3 порядка. Изменение Рис. 11.13. Зависимость р стеклолакоткаией от времени выдержки в камере с относительной влажностью 95±2 % при 20±2°С: У —ЛСБ-120/130; 2 — ЛСК-155/180; 3 — ЛСП-130/155; 4 — ЛСЭ-105/130; 5 — ЛСТР Рис. 11.14. Влияние замаслнвателя на измене- ние р стеклолакоткаией в зависимости от вре- мени выдержки в камере с относительней! влажностью 95±2 % при 20±2°С: /-ЛСК-155/180, замасливатель парафиновая эмуль- сия; 2 — ЛСК-155/180, замасливатель 9К; 3 — ЛСК-155/180, замасливатель волан 709 ; 4—ЛСП-130/155 замасливатель парафиновая эмульсия; 5 — ЛСП-130/155, замасливатель 9К Рис. 11.15. Зависимость р от времени выдерж- ки в среде сернистого ангидрида высокой кон- центрации: /-ЛХМ-105; 2 —ЛШМ-105; 3 — ЛХБ-105; 4 — ЛСК-155/180; 5 — ЛСЭ-105/130; 6 — ЛСМ-105/120
§ 11.8 Поведение лакотканей в эксплуатации 293 Рис. 11.16. Зависимость р лакотканей от вре- мени выдержки в среде оксидов азота высокой концентрации: / — ЛХМ-105; г —ЛШМ-105; 3 — ЛХБ-105; 4 — ЛСК-155/180; 5 — ЛСЭ-105/130; 6 — ЛСМ-105/120 Рис. 11.17. Зависимость р лакотканей от време- ни выдержки в аммиаке высокой концентрации: У —ЛХМ-105; 2 —ЛШМ-105; 3 —ЛХБ-105; 4 — ЛСК-155/180; 5 — ЛСЭ-105/130; «-ЛСМ-105/120 Рис. 11.18. Зависимость Uap лакотканей при рабочих температурах от времени хранения в складских условиях: 1— ЛХМ-105 толщиной 0.20 мм при 105 °C: 2 — ЛШМ-105 толщиной 0,10 мм при 105 °C; 3 —ЛКМ-105 толщиной 0,10 мм при 105 °C; 4 — ЛХБ-105 толщиной 0,17 мм при 105 °C; 5 — ЛСБ-120/130 толщиной 0,15 мм при 130 °C; « — ЛСК-155/180 толщиной 0,15 мм при 180°С; 7— ЛСЭ-105/130 толщиной 0,17 мм при 130 °C; 8 — ЛСЛ-105/120 толщиной 0,15 мм при 120 °C В атмосфере с содержанием окислов азота или аммиака при такой же концентрации при- месей хлопчатобумажные и шелковые масля- ные лакоткани за короткий срок приходят в полную негодность, причем разрушается не только лаковое покрытие, но и сама ткань. Также полностью выходит из строя за 3 сут масляная стеклолакоткань ЛСМ-105/120. Рис. 11.19. Зависимость Uap лакотканей после выдержки 24 ч в камере с относительной влаж- ностью 95±2 % при 20±2°С от времени хра- нения в складских условиях: У —ЛХМ-105 толщиной 0,20 мм; 2 —ЛШМ-105 толщи- ной 0,10 мм; 3 —ЛКМ-105 толщиной 0,10 мм; 4 — ЛХБ-105 толщиной 0.17 мм; 5 — ЛСБ-120/130 толщи- ной 0.15 мм; « — ЛСК-155/180 толщиной 0,15 мм: 7 — ЛСЭ-105/130 толщиной 0.17 мм; 8 — ЛСЛ-105/120 тол- щиной 0,15 мм У остальных стеклолакоткаией обнаруживается более или менее заметное ухудшение электри- ческих свойств. Влияние длительного хранения в складских условиях. Механические и электрические пока- затели лакотканей при хранении их в рулонах в течение 5 лет при соблюдении правил упа- ковки и хранения, указанных в ГОСТ и ТУ, из- меняются незначительно. На рис. 11.18—11.20 изображены зависи- мости наиболее важных эксплуатационных по- казателей лакотканей: Unp прн рабочих темпе- ратурах, соответствующих каждому классу на- гревостойкости, и после увлажнения, а также эластичности (относительного удлинения при растяжении) от продолжительности хранения лакотканей в складских условиях. После 5 лет хранения из всех лакотканей не соответствует требованиям ГОСТ по 1/пр при рабочей температуре только лакоткань ЛКС-105, а после пребывания в атмосфере с относительной влажностью 95±2 % при 20£ ±2 °C в течение 24 ч — лакоткань ЛШМ-105. В большей степени продолжительное хранение сказывается на эластичности некоторых марок лакотканей. Резиностеклолакоткань ЛСЭ- 105/130 через 3 года хранения делается прак- тически непригодной для применения — ее от- носительное удлинение при растяжении падает почти до нуля. Также резкое снижение эластич- ности и нарастание жесткости происходят уже за 2 года хранения у стеклолакоткаией ЛСБ- 120/130 и ЛХБ-105. Эластичность остальных лакотканей в течение 5 лет хранения остается на высоком уровне. Рис. 11.20. Зависимость относительного удлине- ния прн растяжении от времени хранения в складских условиях: У —ЛХМ-105; 2 —ЛШМ-105; 3—ЛКМ-105; 4 — ЛХБ-105; 5 — ЛСБ-120/130; «-ЛСК-155/180; 7 — ЛСЭ-105/130; 8- ЛСЛ-105/120
254 Пропитанные волокнистые материалы Разд. 11 11.9. ЛАКОБУМАГА Лакобумага представляет собой пропитан- ную масляно-фенольным лаком конденсатор- ную или хлопковую бумагу. Лакобумага в силу специфических свойств бумажной основы обладает невысокой удель- ной разрывной нагрузкой, особенно в попереч- ном направлении, и малым относительным уд- линением при растяжении. По другим харак- теристикам, например маслостойкости, беизи- ностойкости н электрическим свойствам, лако- бумага не уступает масляным хлопчатобумаж- ным и шелковым лакотканям. Лакобумага является весьма ценным за- менителем электроизоляционных шелковых ла- котканей. Малая толщина и хорошие электри- ческие свойства лакобумаги позволяют приме- нять ее взамен шелковой лакоткани во всех случаях, когда не предъявляются высокие тре- бования в отношении эластичности и механи- ческой прочности материала. Электроизоляци- онная лакобумага преимущественно использу- ется в различных слаботочных устройствах, телефонной и телеграфной аппаратуре, радио- технике и т. п. в виде тонких гибких прокла- док, межслоевой изоляции выводов, оберток и т. д. Лакобумага выпускается по ТУ 16-503.034- 69 двух марок: БКЛ на основе конденсаторной бумаги и БХЛ на основе хлопковой бумаги. Лакобумага БХЛ обладает повышенной прозрачностью — при наложении иа маши- нопись текст остается хорошо различимым. Лакобумага относится к классу иагрево- стойкости А. Процесс производства лакобумаги состоит в пропитке бумаги на вертикальной пропиточ- ной машине, по конструкции аналогичной ма- шине для получения лакотканей. Бумагу под- вергают двукратной пропитке и сушке при 130—140 °C и скорости 30—40 м/ч. Готовую лакобумагу перематывают в рулоны и режут на токарном станке на ролики требуемой ши- рины. Для изготовления лакобумаги БКЛ приме- няется конденсаторная бумага марок КОН-1 и КОН-2 толщиной 0,015 и 0,022 мм. Для изго- товления лакобумаги БХЛ применяется бумага толщиной 0,026 мм. Свойства лакобумаги. Лакобумага БКЛ выпускается в рулонах шириной от 400 до 600 мм, БХЛ — шириной от 670 до 1000 мм. В рулон наматывается не менее 50 м лакобу- маги, причем иа каждые 50 м допускается не более трех отрезков длиной не менее 3 м. Ла- кобумага может также выпускаться нарезан- ной на ленты в роликах. Толщина лакобумаги и допускаемые откло- нения от номинальной толщины приведены в табл. 11.27. Разрывная нагрузка лакобумаги по срав- нению с лакоткаиями ие велика, особенно в по- перечном направлении. Значения разрывной на- грузки, а также сопротивления на надрыв ла- кобумаги приведены в табл. 11.28. Бензиностойкость и маслостойкость лако- бумаги достаточно высокие, что позволяет ис- пользовать ее для работы в бензине или горя- чем нефтяном масле. По ТУ после выдержки 18 ч лакобумаги в авиационном бензине при Таблица 11.27. Толщина лакобумаги и отклонения от номинальной толщины Марка лакобума- ги Номинальная толщина, мм Предельное отклонение от номинальной толщи- ны, мм среднее в отдельных точках БКЛ 0,04; 0,05 ±0,01 ±0,01 БХЛ 0,05 ±0,01 ±0,01 0,06 ±0,01 +0,02; —0,01 0,08 +0,01 —0,02 ±0,02 20+5 °C или в трансформаторном масле при 105+2°С не должно происходить слипание слоев и отставание лаковой пленки от бумаги. Удельное объемное сопротивление лакобу- маги, Ом-м, приведено ниже: При 15—35 °C и <р—45+75 % . . . 10“ При 105+2 °C.................... 10’ После 24 ч выдержки в воздухе прн 20±2°С и <р=95+2 %.............. 108 Пробивное напряжение лакобумаги по ТУ приведены в табл. 11.29. Таблица 11.28. Удельная разрывная нагрузка и сопротивление надрыву лакобумаги по ТУ менее Номи- наль- ная тол- щина 0,04 0,05 0,06 0,08 вдоль полот- на поперек по- лотна Сопротивление надрыву, Н. не менее сред- няя мини- маль- ная сред- няя мини- маль- ная при 15—35 °C Э §.о X®9 ° » о» 44 в 10,0 12,0 16,0 20,0 8,0 10,0 12,0 16,0 4,0 5,0 6,0 8,0 3,2 4,0 4,8 6,6 3,0 3,0 6,0 7,0 2,0 2,0 4,0 5,0 11.10. ИЗОЛЯЦИОННАЯ ЛИПКАЯ ПРОРЕЗИНЕННАЯ ЛЕНТА Изоляционная липкая прорезиненная лен- та, широко применяемая при различных элек- тромонтажных работах, представляет собой хлопчатобумажную ткань, на поверхность ко- торой нанесена резиновая смесь, выпускается для промышленного применения и широкого потребления. Изоляционная лента согласно ГОСТ 2162- 78 выпускается двух типов: 1) лента изоляцноииая односторонняя (ре- зиновая смесь нанесена с одной стороны ткани); 2) лента изоляционная двусторонняя (ре- зиновая смесь нанесена с двух сторон ткани).
§ 11.10 Изоляционная прорезиненная лента 295 Таблица 11.29. Пробивное напряжение лакобумаги Марка Номи паль- ма я тол- щина, мм На электродах диаметром: верхним 25 мм, нижним 75 мм На электродах диаметром 6 мм при 15—35®С и ф=±45-г-75% при 105°С после выдержки 24 ч в воздухе при 20±2’С и Ф—9о±2% среднее в отдельных точках среднее в отдель- ных точ- ках среднее в отдель- ных точ- ках среднее в отдельных точках БКЛ 0,04 2,5 1,о 2,8 1.3 2,2 1,о 1.2 0,5 0,05 2,7 1,2 3,0 1,5 2,5 1,3 1,4 0,6 БХЛ 0,05 2,8 0,6 3,2 1,1 2,5 0,9 1,5 0,7 0,06 3,2 1,0 3,6 1,8 3,0 1,2 1,8 1,2 0,08 3,7 1,6 4,4 2,3 3,5 1,5 2,1 1,3 Таблица 11.30. Марки и основная область применения прорезиненных лент Марка Характеристика Основная область применения шол Лента изоляционная односторонняя обычной липкости Для промышленного применения при на- пряжении до 1000 В 2ПОЛ Лента изоляционная двусторонняя обыч- ной липкости То же 1ШОЛ Лента изоляционная односторонняя обычной липкости Для широкого потребления при напряже- нии до 1000 В 2ШОЛ Лента изоляционная двусторонняя обычной липкости То же 2ППЛ Лейта изоляционная двусторонняя Для промышленного применения при на- пряжении до 1400 В Таблица 11.31. Внешний вид и физико-механические показатели лент Показатель Норма для марки 1ПОЛ, 2ПОЛ» 1ШОЛ. 2Ш0Л 2ППЛ Внешний вид Цвет Разрывная нагрузка, Н, не меиее Скорость расклеивания ленты (липкость) иа старения 16 ч при 70±2°С, мм/мин, ие более 10 мм ширины до Равномерная без пропусков мест) Черный 60 100 поверхность (оголенных Светл ый 60 65 В зависимости от назначения изоляционная лента изготавливается разной степени липко- сти. Для промышленного применения лента выпускается односторонняя обычной липкости и двусторонняя обычной и повышенной липко- сти; для широкого потребления — односторон- няя и двусторонняя обычной липкости. Свойства. Для промышленного применения лента выпускается в кругах диаметром до 200 мм с длиной ленты в одном круге 55— 85 м; ширина ленты 10, 15, 20±1 мм н 25, 30, 40, 50±2 мм; толщина 0,30 мм. Ширина ленты для общего потребления 10, 15 и 20±1 мм, длина в одном круге 20±2 и 40±2 м. Марки лент и основная область примене- ния приведены в табл. 11.30. Внешний вид, цвет и физико-механнческие показатели лент приведены в табл. 11.31. Пробивное напряжение липкой ленты при приложении напряжения в течение 5 мин дол- жно быть не менее 1 кВ для марок 1ПОЛ, 2ПОЛ, 1ШОЛ и 1,4 кВ — для марки КППЛ. После нагрева при 100±2°С в течение 16 ч цвет медного стержня, на который намотана лента, не должен изменяться и иа нем ие дол- жна образовываться пленка окиси меди. 11.11. ИЗОЛЯЦИОННАЯ СМОЛЯНАЯ ЛЕНТА Изоляционная смоляная лента представля- ет собой хлопкополиэфирную ткань, пропитан- ную специальной битумной массой. Благодаря
296 Пропитанные волокнистые материалы Разд. 11 применению в качестве текстильной основы плотных и прочных тканей смоляная лента отличается большой механической прочностью; она также обладает достаточно высокой ЕПр. Существенной особенностью смоляной ленты является значительная липкость. Смоляная лен- та применяется для уплотнения мест ввода ка- белей н проводов в соединительные муфты, за- жимные коробки тяговых электродвигателей; для подмотки изолированных проводов в мес- тах вязки, а также для защиты от влаги кон- цов кабелей и проводов. Смоляная лента выпускается по ТУ 16- 503.020-76. Технологический процесс производства смо- ляной леиты состоит из пропитки ткани и по- следующей резки на ленты. В качестве ткаии применяется полудвунитка хлопкополиэфнрная по ТУ 17 РСФСР 65-10075-81. Удельная раз- рывная нагрузка ленты вдоль основы при 20 ± ±2°C должна быть ие менее 100 Н/см. Для пропитки ткани используется пропиточная мас- са, получаемая сплавлением битумов с машин- ным маслом. Готовые рулоны смоляной ленты разреза- ют на токарном станке специальным резцом на ролики соответствующей ширины. Свойства. Смоляная лента выпускается в роликах шириной 30±3; 50±4; 60±5; 75± ±6 мм. Наружный диаметр ролика 160±10 мм, внутренний — 35±2 мм. Толщина смоляной ленты 0,8 ± 15 мм. После 24 ч пребывания леиты в атмосфере с относительной влажностью 95±2 % при 20± ±2 °C увеличение массы должно быть ие бо- лее 10 %. При выдержке ролика смоляной ленты 30 мин при 40 ±2 °C не должно происходить вытекания битумной массы. Скорость расклеивания сложенной вдвое смоляной ленты, характеризующая липкость ленты, должна быть при нагрузке 1 Н на 1 мм ширины ленты и при 20±2°С не более 0,75 м/мин. Средняя Епр смоляной ленты должна быть не меиее 2,5 МВ/м. Смоляная лента не должна содержать вредных примесей, способных оказывать раз- рушающее действие на проводниковые мате- риалы. При отсутствии таких примесей цвет медного стержня, изолированного лентой, пос- ле нагрева 16 ч при 100 ±2 °C не должен из- меняться и на поверхности стержня не должна образовываться оксидная пленка. 11.12. БАКЕЛИЗИРОВАННАЯ БУМАГА Бакелизированная бумага представляет со- бой специальную изоляционную бумагу, по- крытую с одной или двух сторон фенолофор- мальдегидной смолой; выпускается по ТУ 16-503.063-75. В зависимости от назначения бакелнзиро- ванная бумага изготавливается двух видов; 1) бумага пропитанная бакелизированная (БПБ); 2) бумага лакированная бакелизированная (БЛБ). Пропитанную бакелизированную бумагу получают путем пропнткн изоляционной пропи- точной бумаги марок ЭИП-50, ЭИП-63А, ЭИП-63Б и ЭИП-75 бакелитовыми жидкими смолами (водными растворами смол). Бакели- товая смола наносится с обеих сторон бумаги. Пропитанная бакелизированая бумага при- меняется преимущественно в производстве ли- стового гетннакса (разд. 13) и для изготовле- ния изодиновой крошки, используемой при прессовании различных фасонных изделий, а также для изолирования разнообразных ме- таллических деталей электрических машин и аппаратов. Лакированная бакелизированная бумага изготавливается путем лакировки изоляцион- ной намоточной бумаги марок ЭН-70 и ЭН-50 бакелитовым лаком. Лакнрованая бакелизированная бумага ис- пользуется для производства бумажно-баке- литовых цилиндров и трубок и для изоляция металлических стержней и штанг в электриче- ских аппаратах. Свойства. Пропитанная бакелизированная бумага выпускается в листах размером 900Х Х1400 мм или в рулонах шириной 1000 мм. Лакированная бакелизированная бумага вы- пускается только в рулонах шириной от 500 до 1500 мм. Свойства бакелизироваииых бумаг по ТУ Бумага Бумага БПВ БЛВ Содержание смолы, % Содержание раствори- мой смолы, %, не ме- нее ....................... 30 20 Содержание летучих ве- ществ, %, не более . . 10 6 Епр, МВ/м, не менее . 6 6 11.13. ПРОПИТАННЫЕ ТКАНИ Пропитанная ткань представляет собой стеклянную нлн хлопчатобумажную ткань, пропитанную фенолоформальдегидными лака- ми, а также эпоксидными модифицированными лаками. В зависимости от назначения и рода при- меняемых материалов выпускаются различные виды пропитанных тканей. Виды, марки про- питанных тканей, используемые для их изго- товления материалы, а также основная об- ласть применения приведены в табл. 1.1.32. Пропитанные ткани применяются для из- готовления листового электротехнического тек- столита, стеклотекстолита, намотанных изделий и т. п. (разд. 13). Пропитанные ткани выпускаются в руло- нах. Ширина полотна пропитанных стеклотка- ней от 690 до 950 мм, бакелизированной ши- фоновой ткани —от 700 до 930 мм. Свойства пропитанных тканей приведены в табл. 11.33. Для образца стеклотекстолита толщиной 0,8—1,0 мм, запрессованного из прокладочной стеклоткани, нормированы следующие свойст- ва; tg 6=0,03 и ег = 5,5 (при 10е Гц).
§ 12.1 Общие сведения 297 Таблица 11.32. Марки и области применения пропитанных тканей Вид пропи- танной ткани Марка ТУ Применяемые материалы . Основная область применения ткани । смолы и лаки Пропитанная стеклянная ткань ПС-ИФ, ПС-ИФ/ЭП. ПСС-ИФ/ЭП ТУ 16-503.036-75 Стеклянные тка- ни ЭЗ-100, ЭЗ-200, ЭЗ-150-78. ЭЗ-150-ПТ, ЭЗ-125, ЭЗ-125-ПТ Фенол оформаль- дегидный лак; эпоксиднофеио- лоформальде- гидный лак Изготовление де- талей методом горячего прессо- вания Прокладоч- ная стеклян- ная ткань СП-1-0,1, СП-1-0,06, СП-1-0,025 СП-2-0,1, СП-2-0,06, СП-2-0,025 СПТ-3-0,06, СПТ-3-0,025 ТУ 16-503.085-75 Стеклянные тканн ЭФ-100, Э1-62, Э1-25 Эпоксиднофеио- лоформальде- гидный лак ЭКР-30 или ЭКР-30-1 Эпоксиднофено- лоформальде- гидный лак ЭИФ Эпоксидный лак ЭД-8-Х Склеивание от- дельных слоев многослойных печатных плат методом прессо- вания Изготовление травящегося фольгирован- ного стеклотек- столита Бакелизиро- ваниая стек- лянная ткань ТВФЭ-2 ТУ 16-503.059-75 Ткань стеклянная марки ЭЗ-100, ЭЗ-125 Фенол оформаль- дегидный лак, модифициро- ванный эфиром ортокремневой кислоты Изготовление на- гревостойких деталей мето- дом горячего прессования Бакелизиро- ваиная ткань ТУ 16-503.053-75 Бязь марок Т1 и Т2 по ГОСТ 9821-71 Фенол оформ аль- дегидный лак Изготовление де- талей методом горячего прессо- вания Бакелизиро- ванная шифо- новая ткань — ТУ 16-503.068-75 Шнфон массой 100 г на 1 м2 по ГОСТ 9310-75 То же То же Таблица 11.33. Показатели тканей по ТУ Продолжение табл. 11.33 пропитанных Вид пропи- танной ткаии Марка Содержание смолы, % Содержание в смоле, % раствори- мой смолы летучих веществ Пропитанная ПС-ИФ 42—48 >90 <5,5 ткань ПС-ИФ/ЭП 40—50 >90 <3,0 ПСС-ИФ/ЭП 38—50 >90 <3,0 Бакелизиро- ванная стекло- ткань ТВФЭ-2 35—42 21—35 8—15 Вид пропи- танной ткани Марка Содержние смо- лы, % Содержание в смоле, % раствори- мой смо- лы летучих веществ Бакелизиро- ваиная ткань — 51—57 40—55 <10,0 Бакелизнро- ванная шнфо- 1— 50—55 — 3—8 новая ткань Примечание. Допускается изготовление ба- келизированиой шифоновой ткани с содержанием ле- тучих 6—8 %. РАЗДЕЛ 12 ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ГИБКИЕ ТРУБКИ В. А. Масловский, О. И. Ицелев 12.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Электроизоляционные гибкие трубки по структуре можно классифицировать следующим .образом: по наличию армировки — армирован- ные, имеющие в качестве основы шнур-чулок из натуральных, искусственных и синтетических волокон, органических и неорганических, с на- ружным покрытием и неармированные — поли- мерные и резиновые; по виду основной элект-
298 Электроизоляционные гибкие трубки Разд. 11 Таблица 12.1. Типы и область применения трубок Тип Вид конструкции Область применения и назначение Лакирован- Трубка иа основе шнур- Электротехнические и радиотехнические изделия общего ная чулка из натурального волокна, пропитанного и покрытого масляным или полиэфирным лаком Трубка иа основе шнур- чулка из синтетических органических волокон, пропитанного и покры- того масляным или по- лиэфирным лаком Трубка на основе шнур- чулка из стеклянных во- локон, пропитанного и покрытого полиэфирно- эпоксидным, полиурета - новым или кремнийорга- ническим лаком назначения, для напряжений до 660 В, постоянного и переменного частотой 50 Гц, работающие в закрытых помещениях без агрессивных паров и газов при темпе- ратуре от —50 до +105 °C. Изоляция токоведущнх эле- ментов выводных концов и внутримашинных соедине- ний. Изоляция проводов, работающих в трансформатор- ном масле Электротехнические и радиотехнические изделия, рабо- тающие при постоянном и переменном частотой до 500 Гц напряжениях до 660 В. Температурный диапазон использования от —60 до +105 °C. Изоляция соедини- тельных проводов Электротехнические изделия, работающие при постоян- ном и переменном частотой до 500 Гц напряжениях до 660 В. Температурный диапазон использования от —60 до +180 °C. Изоляция межкатушечных соединений и вы- водных концов обмоток с нормальным режимом работы и при большой влажности Эластомер- Трубка из кремнийорга- Электротехнические и радиотехнические изделия, рабо- ная иа основе каучука нической резины Трубка из кремнийор- ганической резины, арми- рованная шнур-чулком из стеклянных волокон Трубка из кремнийорга- нической резины экрани- рованная Трубка из резины на ос- нове фторкаучука тающие при постоянном и переменном частотой 500 Гц напряжениях до 1000 В. Температурный диапазон ис- пользования от —60 до +200 °C или до +250 °C в тече- ние 3600 ч. Изоляция токоведущих элементов. Электротехнические и радиотехнические изделия, рабо- тающие при постоянном и переменном частотой до 500 Гц напряжениях до 660 В. Температурный диапазон, использования от —60 до +180 °C. Изоляция токоведу- щих элементов выводных концов и внутримашинных со- единений Изоляция электропроводов от попадания топлива, ма- сел и от механических повреждений. Температурный ди- апазон использования от —60 до +225 °C Для изделия специального назначения Пластмассе- Трубка из поливинил- Электротехнические и радиотехнические изделия, рабо- вая хлорндного пластиката Трубка из фторопласта тающие при постоянном и переменном частотой до 50 Гц напряжениях до 1000 В. Температурный диапазон использования от —60 до +105 °C. Изоляция токоведу- щих элементов, работающих в условиях воздушной сре- ды Электротехнические и радиотехнические изделия рабо- тающие в агрессивных средах. Температурный диапазон использования от —196 до +250°C. Изоляция токоведу- щнх элементов в различных климатических условиях Термоуса- Трубки радиационно- Электротехнические и радиотехнические изделия, рабо- живающаяся сшитые из композиций пластических масс и ре- зин Трубки химически сши- тые из композиций плас- тических масс и резни тающие при переменном до 660 В частотой до 1000 Гц и постоянном до 750 В напряжениях То же рической изоляции — с многослойным лаковым покрытием, резиновые (эластомерные) и пласт, массовые (полимерные). В табл. 12.1 представлены общие сведения о электроизоляционных гибких трубках. Электроизоляционные гибкие трубки ис- пользуют в различных отраслях народного хо- зяйства. Наибольшее распространение получи- ли лакированные и эластомерные трубки. Их применяют в массовых электротехнических из- делиях общепромышленного и бытового назна- чения. Широко используют трубки в электро- машиностроении, электроаппаратостроеиии, приборостроении, радиотехнике и светотехнике. Рациональная номенклатура трубок уста- новлена ОСТ 16 0,503.007-81. Общие техниче- ские условия изложены в ГОСТ 17675-80. Наружная поверхность трубок должна быть ровной, без трещин, пор, пузырей и отслоений. Внутренняя поверхность трубок не должна иметь выступов, препятствующих продеванию провода. Наружные и внутренние поверхности
§ 12.2 Лакированные трубки 299 трубок не должны слипаться прн хранении и транспортировании. Трубки в зависимости от типа могут быть эластичными илн жесткими, упругими, стойкими к агрессивным средам, об- ладать высокими фнзико-механическими и электроизоляционными свойствами. Свойства трубок определенных марок, уста- новленные стандартными и техническими усло- виями, приведены ниже. 12.2. ЛАКИРОВАННЫЕ ТРУБКИ Лакированные трубки представляют собой пропитанные и многократно покрытые электро- изоляционными лаками шнур-чулки из различ- ных видов волокон. Классификация лакиро- ванных трубок приведена в табл. 12.2. Основой или каркасом лакированной труб- ки является шнур-чулок определенного разме- ра с диаметром, зафиксированным при помощи специальной калибровки или аппретации. Для пропитки шнур-чулка и формирования на его наружной поверхности необходимого электроизоляционного слоя применяют пропи- точные лаки, которые после высыхания обра- зуют эластичную пленку достаточной электри- ческой н механической прочности. Технологический процесс. Шиур-чулкй по- лучают разных диаметров с заданными плотно- стями плетения иа специальных шнуроплетель- ных машинах. Существует несколько способов изготовле- ния лакированных трубок: способ, основанный на пропитке и лакировке коротких отрезков шнур-чулок, и способы, позволяющие осущест- вить непрерывное получение лакированных трубок. По первому способу шнур-чулки разрезают на заготовки длиной 800—1200 мм и надевают на калибровочные стержни соответствующего диаметра. С целью придания жесткости и сохранения строго цилиндрической формы при последую- щей обработке надетые на оправки заготовки хлопчатобумажных шнур-чулок аппретируют в крахмальном растворе с последующей сушкой. Хлопчатобумажные шнур-чулки для уда- ления ворса опаливают в пламени газовой го- релки. Замасливатель с заготовок шнур-чулок из стекловолокна удаляют выжиганием при 400 °C Таблица 12.2. Классификация лакированных трубок Марка Исходный материал ГОСТ или ТУ Код ОКП Класс нагре- востойкости по ГОСТ 8865-70 Преимущественное наз- начение тлв Хлопчатобумажный шнур-чулок. Масля- ный или полиэфирный лак. Многократная лаки- ГОСТ 9614-75 34 9141 0101— 34 9141 0116 А Бензиностойкая. Для изоляции проводов, работающих в усло- виях воздушной среды. тл ч То же То же 34 9141 0201— 34 9141 0216 А Маслостойкая. Для изоляции проводов, работающих в транс- форматорном масле тлнк Капроновый шнур- чулок. Масляный или полиэфирный лак. Многократная лаки- ровка ТУ 16-503. 176-78 34 9142 0201 34 9142 0208 Бензиностойкая для изоляции проводов радиоприборов ТЭС Шнур-чулок из стек- ловолокна. Полиэфир- ноэпоксидный лак. Многократная лаки- ровка ГОСТ 10699-80 34 9143 0504— 34 9143 0512 В Стойкая к бензину, трансформаторному маслу и ксилолу. Для изоляции выводных концов и виутрима- шннных соединений ТСП Шиур-чулок из стек- ловолокна. Полиэфир- иоэпоксидный лак. Пропитка ТУ 16-503.173-78 34 9143 0801— 34 9143 0802 В Для изоляции прово- дов осветительных приборов, в релестро- ении тпс Шнур-чулок из стек- ловолокна. Полиуре- тановый лак. Много- кратная лакировка ТУ 16-503.189-79 34 9143 0601— 34 9143 0608 F Стойкая к бензину, трансформаторному маслу и ксилолу. Для изоляции проводов, работающих в транс- форматорном масле ткс Шнур-чулок из стек- ловолокна. Кремний- органическнй лак. Многократная лаки- ровка ГОСТ 10699-80 34 9143 0104— 34 9143 0113 Н Влагостойкая. Для изоляции выводных концов и внутрима- шинных соединений
SCO Электроизоляционные гибкие трубки Разд. 12 Таблица 12.3. Размеры трубок ТЛВ и ТЛИ Внутренний диаметр, мм Толщина стенки, мм номинальный предельное отклонение номиналь- ная предельное отклонение 0,50; 0,75 ±0,1 0,5 ±0,1 1,0; 1,5 ±0,2 0,6 ±0,15 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5 ±0,2 0,7 ±0,2 5,0 +0,5, —0,4 0,7 ±0,2 6,0; 7,0; 8,0; 9,0; 10,0 +0,5, —0,4 0,9 ±0,2 или выпариванием с последующей сушкой. Под- готовленные таким образом шнур-чулки сни- мают со стержней, закрепляют на специальных рамках и пропитывают путем погружения в ванну с лаком. После первого погружения рамки поступа- ют в сушильную камеру. Шнур-чулки, пропи- танные масляными и полиэфирными лаками, сушат 90—120 мии при 100—120 °C, кремннй- органическнм лаком — в две стадии: 30 мин прн 70—80 °C, а затем 15 мин при 180—200 °C; последующие пропитки осуществляют анало- гично первой, причем сушку производят по тем же режимам. Количество пропиток колеблется от 5 до 14 в зависимости от марки и внутрен- него диаметра трубок. По второму способу обработке подверга- ют шнур-чулки на специальных калибровочно- опалочных станках без нарезки их на короткие отрезки. Шнур-чулок наматывают на катушки по 200—1000 м (в зависимости от диаметра) и для придания ему цилиндрической формы, глад- кой и ровной поверхности осуществляют не- прерывное расправление, опаливание и аппре- тирование на станке специальной конструкции. Затем шнур-чулок при помощи намоточного станка наматывают на рамки по 50—100 м. Рамки служат каркасом, на котором шнур- чулки проходят все дальнейшие операции по пропитке и сушке. Готовые трубки срезают с рамок, рассортировывают н связывают в пачки. Непрерывный процесс получения трубок из стеклошнур-чулка осуществляют на специ- альной установке непрерывной лакировки тру- бок, в которой осуществлена механизация всех операций в одном агрегатном устройстве. Таблица 12.4. Прочность иа истирание трубок ТЛВ и ТЛИ Внутренний диаметр, мм Диаметр истираю- щего про-. вода, мм Число двойных ХОДОВ От 1,0 до 3,5 0,67 20 Свыше 3,5 до 5,0 1,0 40 Свыше 5,0 до 10,0 1,5 60 Шнур-чулок пропитывают и просушивают иа каждом проходе последовательно. Шнур- чулки подвергают 1—10-кратной пропитке и сушке. Скорость сушки 90—360 м/ч прн 180— 250 °C. Готовую трубку наматывают на барабан. Трубки марок ТЛВ и ТЛМ изготавливают из шнур-чулков из неотбеленной хлопчатобу- мажной крученой пряжи по ГОСТ 6904-83 и электроизоляционных масляных лаков марок МА-585, МА-972 или полиэфирного лака марки ПЭ-951. Размеры трубок приведены в табл. 12.3. Трубки выпускают длиной 1000—50 мм, упако- ванными в пачки по 50—100 шт. Допускается поставка трубок длиной от 100 до 950 мм крат- ными 50 мм. Трубки должны изготавливаться натураль- ного цвета (от желтого до темно-коричневого), а также с цветными нитями в шнур-чулке. Трубки должны быть эластичными и вы- держивать без появления трещин и поврежде- ний лакового слоя следующее число перегибов на угол л/2:10 — для трубок с внутренним диа- метром 0,5 — 5 мм, 8 — свыше 5 до 10 мм. Трубки должны быть механически проч- ными к нстираиию и выдерживать без разру- шения наружной поверхности лаковой пленки число двойных ходов истирающего провода, указанное в табл. 12.4, Трубки с внутренним диаметром менее 1 мм на прочность к истира- нию не испытывают. Трубки по физико-механическим свойствам должны соответствовать требованиям, указан- ным в табл. 12.5. Трубки на стойкость к воздействию темпе- ратуры 120±2°С испытывают в исходном со- стоянии, а иа стойкость к воздействию темпе- ратуры— 50 ±2 °C— в изогнутом, заполняя их проводом и изгибая иа угол л вокруг стержня, Т а б л и ц а 12.5. Физико-механические свойства трубок ТЛВ и ТЛМ Внд воздействия Требование Выдержка 48 ч в термостате при 120±2 °C Выдержка 2 ч при —50 ±2 °C Выдержка 24 ч в бензине при 15— 35 °C Выдержка 8 ч в трансформаторном масле при 90±2°С для марки ТЛВ и 72 ч для марки ТЛМ Содержание органических кислот в трубках марки ТЛМ Не должно быть растрескивания и отслоения лаковой пленки. Допускается потемнение окраски Не должно быть растрескивания н отслоения лаковой пленки Не должно быть отслоения и клейкости лакового слоя Не должно быть коробления трубки, отслоения, растрес- кивания и клейкости лакового слоя. Допускается потем- нение окраски Не более 0,35 мг КОН на 1 г масла
§ 12.2 Лакированные трубки 301 диаметр которого равен пятикратному диамет- ру трубки. Трубки ие должны вызывать коррозию ме- талла, находящегося в соприкосновении с труб- кой. Содержание органических кислот и спо- собность вызывать коррозию определяется спе- циальными методиками. Коррозия оценивается по изменению внеш- него вида металлической ленты. На латунной ленте не должно быть зеленого и красного цвета; допускается незначительное потускнение. На медной ленте ие должно быть коррозион- ных выемок и черноватых пятен. Трубки должны быть стойкими к местному продавливанию стенок при 15—35 °C и выдер- живать 1 мнн испытательное напряжение 8 кВ на двойную толщину стенки. Масса груза долж- на соответствовать: 3 кг — для трубок с внут- ренним диаметром 1—5; 5 кг — 5—10 мм. Труб- ки диаметром менее 1 мм испытанию на продавливание не подвергают. Электрические свойства трубок в исход- ном состоянии н после различных воздействий должны соответствовать нормам: Пробивное напряжение при частоте 50 Гц, кВ, не менее: при 15—35°С н <р=454-75 % .... 5,0 после перегиба на угол л/2...........3,0 после выдержки 48 ч в термостате прн 120±2°С............................5,0 после выдержки 24 ч в бензине при 15— 35 °C..............................4,0 после выдержки в трансформаторном масле при 90±2 °C: 8 ч для трубок марки ТЛВ . . . 5,0 72 ч для трубок марки ТЛМ . . . 6,0 после выдержки 24 ч при <р = 95±2 °/о и 15—35 °C..........................2,0 после выдержки 2 ч при —50 ±2 °C . 1,0 после истирания внутренней поверхности 3,0 после воздействия перегиба на угол л 1,0 Сопротивление изоляции, МОм, не менее 1500 Перед испытанием на определение пробив- ного напряжения после воздействия перегиба иа угол л образец трубки заполняют проводом н изгибают на указанный угол вокруг стержня, диаметр которого равен пятикратному диамет- ру трубки. Испытание на определение сопротивления изоляции проводят на трех образцах. Измере- ние производят при постоянном напряжении 500 В. Минимальные значения пробивного напря- жения каждого образца должны быть ие менее 60 % приведенных значений. Трубки марки ТЛНК изготавливают нз шнур-чулок на основе капроновой нити по ТУ 6-06-С14-80, электроизоляционного масляного лака марки МА-585 или полиэфирного лака марки ПЭ-951. Номинальные размеры трубок и предель- ные отклонения от номинальных значений при- ведены в табл. 12.6. Трубки выпускают длиной 1000±50 мм упакованными в пачки по 50— 100 шт. Допускается поставка трубок длиной от 100 до 900 мм кратными 50 мм. Разрушающая нагрузка прн разрыве для трубок с внутренним диаметром 0,5; 0,7; 1,0 мм должна быть не менее 35 Н, 1,5; 2,0 мм — 50 Н, 2,5; 3,0 мм — 80 Н и 3,5 мм — 100 Н. Таблица 12.6. Размеры трубок ТЛНК Внутренний диаметр, мм Толщина стенки, мм номинальный предельное отклонение номиналь* ная предель- ное откло- нение 0,5;0,7 1,0; 1,5 2,0; 2,5 3,0; 3,5 ±0,2 ±0,2 ±0,2 ±0,2 0,3 0,4 0,5 0,5 ±0,1 ±0,1 ±0,1 ±0,15 Трубки эластичные и выдерживают без по- явления трещин и повреждений лакового слоя восемь перегибов на угол л/2 в обе стороны. Выдержка 48 ч при 120±2°С ие должна вызывать растрескивания и отслоения лаковой пленки. Допускается потемнение окраски. Вы- держка 1 ч при —60 ±2 °C не должна вызывать растрескивания и отслоения лаковой плеики. Водопоглощение в сосуде с дистиллирован- ной водой прн 15—35 °C в течение 24 ч не должно превышать 8,5 %, при этом лаковая пленка не должна отслаиваться. Пробивное напряжение трубок при частоте 50 Гц должно быть не менее 1700 В при 15— 35 °C и относительной влажности 45—75 % и 660 В после восьми перегибов на угол л/2. Ми- нимальные значения пробивного напряжения каждого образца должны быть ие менее 70 % приведенных значений. Сопротивление изоляции при постоянном напряжении 500 В должно быть не менее 5000 МОм. Трубки марок ТЭС, ТКС и ТПС изготавли- вают из шнур-чулок ШЭС-1 на основе стекло- нити, полнэфнрноэпоксидного лака марки ПЭ- 966, кремнннорганнческого лака марки КО-915, полиуретанового лака марки УР-9135 по техни- ческой документации, утвержденной в установ- ленном порядке. Номинальные размеры трубок и предель- ные отклонения от номинальных значений при- ведены в табл. 12.7. Трубки выпускают короткими отрезками длиной от 700 до 5000 ±50 мм или длинномер- ными свыше 5000 мм. Допускается поставка трубок длиной от 100 до 600 мм кратными 50 мм. Трубки должны быть эластичными и выдер- живать без появления трещин и повреждений лакового слоя число перегибов на угол л/2, указанное в табл. 12.8. Трубки должны быть механически прочны- ми к истиранию и выдерживать без разрушения наружной поверхности лаковой пленки число двойных ходов истирающего провода, указан- ное в табл. 12.9. Физико-химические свойства трубок оцени- вают по изменению внешнего вида после пре- бывания их в различных средах, а также после воздействия повышенных и пониженных темпе- ратур. Выдержка 48 ч при 155 ±2 °C для тру- бок ТЭС, 180±2°С — для ТПС н 200±5°С — для ТКС не должна вызывать растрескивания н отслоения лаковой пленки. Допускается на- личие волосных трещин на пленке, не снижаю- щих электрических параметров трубок и не вызывающих потемнения окраски. Выдерж-
302 Электроизоляционные еибкие трубки Разд. 12 Таблица 12.7. Размеры трубок ТЭС, ТКСи тпс Марка трубки Внутренний диаметр, мм Толщина стенки, мм номинальный предель- ное откло- нение номи- наль- ная предель- ное откло- нение ТЭС, 1,0; 1,5; ±0,2 0,4 ±0,15 ТКС 2,0; 2,5; 3,0; 3,5 4,0; 4,5; ±0,2 0,5 ±0,15 5,0 +0,4, 0,5 ±0,2 —0,2 6,0 +0,5, 0,5 ±0,2 —0,4 7,0; 8,0 +0,5, 0,6 ±0,2 —0,4 9,0; 10,0 ТПС 2,0 ±0,4 0,4 ±0,15 2,5; 3,0 ±0,3 0,4 ±0,15 3,5 ±0,5 0,4 ±0,15 4,0; 4,5 ±0,5 0,5 ±0,15 5,0; 6,0 ±0,5 0,5 ±0,2 ка 2 ч при —50 ±2 °C для трубки ТКС и —60±2°С — для ТЭС и ТПС не должна вы- зывать растрескивания и отслоения лаковой пленки. Выдержка трубок ТЭС и ТПС 3 ч в смеси ксилола с уайт-спиритом в объемном со- отношении 1:1 при 70 ±2 °C или 72 ч в транс- форматорном масле при 90±2°С не должна вызывать отслоений и вспучивания лаковой пленки. После выдержки в трансформаторном масле допускается потемнение окраски. Пробивные напряжения трубок в исходном состоянии и после различных ноздействий при- ведены в табл. 12.10. Таблица 12.8. Эластичность трубок ТЭС, ТКСи ТПС Марка трубки Диаметр, мм Число переги- бов ТЭС От 1 до 8 10 Свыше 8 и 10 8 ТКС От 1 до 5 8 Свыше 5 и 10 6 ТПС От 2 до 6 12 Трубки на стойкость к воздействию повы- шенных температур испытывают в исходном состоянии, а пониженных — в изогнутом иа угол л вокруг стержня, диаметр которого ра- вен пятикратному диаметру трубок. Минимальные значения пробивного напря- жения каждого образца должны быть ие ме- нее 80 % приведенных значений. Допускается два минимальных значения для каждого вида испытаний. Удельное объемное электрическое сопро- тивление изоляции трубок марок ТЭС, ТКС и ТПС в исходном состоянии при постоянном Таблица 12.9. Прочность иа истирание трубок ТЭС, ТКС и ТПС Внутренний диаметр, мм Диаметр исти- рающего про- вода, мм Число двой- ных ходов, не менее От 1,5 до 3,5 0,63 20 Свыше 3,5 до 6,0 1,0 30 Свыше 6,0 до 10,0 1,5 100 Таблица 12.10. Пробивное напряжение трубок ТЭС, ТКС и ТПС при разных воздействиях Вид воздействия Пробивное напряжение прн 50 Гц. кВ, не менее ТЭС I ТКС I тпс с толщиной стенки, мм 0,4 0,5 0,6 0,4 | 0,5 I 0,6 | 0,4 | 0,5 15—35 °C при относительной влажно- сти 45—75 % 6,0 7,0 7,0 6,0 7,0 7,0 6,0 Перегиб иа угол л/2 Выдержка 48 ч в термостате прн: 3,0 3,5 ",5 3,0 3,5 3,5 3,0 155±2°С 5,0 6,0 6,0 — — — -— 180±2°С —• —— — — —- — 4,0 200 ±5 °C — —— — 4,0 4,5 4,5 — Выдержка 72 ч в трансформаторном масле 90 ±2 °C 5,0 5,5 5,5 — — — 4,0 Выдержка 3 ч в смеси ксилола с уайт- спиритом в объемном соотношении 1 : 1 при 70±2°С 3,6 4,0 4,0 — —~ 3,6 Выдержка 48 ч при 40±2°С и отно- сительной влажности воздуха 95 ± ±2% 2,0 2,2 2,2 2,0 2,2 2,2 2,0 Истирание внутренней поверхности Выдержка 2 ч при: 3,0 3,5 3,5 3,0 3,5 3,5 3,0 —50 ±2 °C — —. —— 1,2 1,3 1,3 —60 ±2 °C 1,2 1,3 1,3 —- •— —• 1.2
§ 12.3 Эластомерные трубки 303 Таблица 12.11. Физико-химические и электрические показатели трубок ТСП Показатель Норма Для трубок с внутренним диа- метром, мм 1,5 5,5 Стойкость к воздействию высокой температуры (выдержка 48 ч прн 150+2 °C) Стойкость к воздействию тепловых ударов от —60 до -f-60 °C, циклов (2 ч каждый) Содержание смолы, % Электрическая прочность, МВ/м, не менее: при 15—35 °C и относительной влажности 45—75 %' после выдержки 48 ч при 150 + 2 °C после воздействия пяти циклов тепловых ударов (как выше) 6—8 1.2 Не должно быть наруше- ний поверхности трубок 5 без внешних поврежде- ний 6—8 1,2 0,5 0,5 напряжении 500 В должно быть не менее 109 Ом м. Трубки марки ТСП изготавливают из шнур- чулок марки ШЭС-1 на основе стеклянных ни- тей и полнэфирноэпоксидного лака ПЭ-966. Трубки изготавливают с внутренним диа- метром 1,5+0,2 мм и 5,5+0,3 мм с толщиной стенки 0,28+0,08 мм. Трубки выпускают длин- номерными отрезками длиной свыше 2000 мм в бухтах. Допускается поставка трубок длиной 1000—2000 мм. Физико-химические и электрические пока- затели качества трубок в исходном состоянии и после различных воздействий приведены в табл. 12.11. 12.3. ЭЛАСТОМЕРНЫЕ ТРУБКИ Эластомерные трубки изготовляют или из одних нагревостойких резин или с применени- ем шнур-чулок. Таблица 12.12. Классификация эластомерных трубок Марка Исходный материал ГОСТ илн ТУ Код ОКП Класс нагре- востойкости по ГОСТ 8865-70 Преимущественное назначе- ние ТКР Кремнийоргани- ческая резина ТУ 16-503.031-80 34 9144 0101— 34 9144 0142 н Для изоляции выводных и монтажных проводов электрооборудования и радиоаппаратуры ТРТ То же ТУ 16-503.205-80 34 9144 0701 — 34 9144 0729 с Стойкая против воздей- ствия озона и полихлор- дифенила. Для изоляции проводов в изделиях с тепловым режимом до 200 °C. Допускается эк- сплуатация трубок до 250 °C в течение 3600 ч ТКРТ То же ТУ 16-503.144-83 34 9161 0101 — 34 9161 0115 с Озоностойкая для тепло- вых режимов до 250 °C ТРФ Резина на основе фторкаучука ТУ 16-503.144-83 34 9161 0301 — 34 9161 0316 н Температурный диапазон использования от —60 до+180 °C тксп Кремнийоргани- ческая резина. Шиур-чулок из стекловолокна ТУ 16-503.133-79 34 9143 0301 — 34 9143 0308 н Для изоляции выводных концов и внутрнмашин- ных соединений. Озо- ностойкая ткст То же ТУ 16-503.206-80 34 9144 0601— 34 9144 0608 н То же тзэт Кремнийоргани- ческа я резина ТУ 16-503Д25-82 34 9144 0901 — 34 9144 0911 с В условиях воздействия вибронагрузок с ускоре- нием до 100 м/с2 часто- той до 2000 Гц. Озоно- стойкая.
304 Электроизоляционные гибкие трубки Разд. 15 Классификация эластомерных трубок при- ведена в табл. 12.12. Технологический процесс. Перед формо- ванием трубок производят вальцевание (разо- грев, пластикацию), а при необходимости сме- шение резиновой смеси. Вальцевание (смешение) осуществляют на вальцах. Режим вальцевания (смешения) и оп- тимальный объем единовременной загрузки устанавливают в зависимости от состава сме- си, свойств и физического состояния загружае- мых материалов. Формование заготовок трубок опреде- ленного размера осуществляют экструзией (шприцеванием) на червячных машинах. При изготовлении армированных трубок происхо- дит напрессовка на шнур-чулок. Отформован- ные заготовки проходят вулканизацию, в не- которых случаях последующее термостатирова- ние. Технологические параметры в основном определяются рецептурой резиновой смеси. Трубки марок ТКР и ТРТ. Для изготовле- ния трубок марки ТКР применяют резиновые смеси марок К-69 и К-8 по ОСТ 38.03270-82, а для трубок марки ТРТ— резиновую смесь мар- ки К-673 по ОСТ 38.03270-82. На наружной поверхности трубок допуска- ются вмятины, наплывы, риски, следы талька, не влияющие на электрические свойства тру- бок. Допускается эллипсообразная форма для трубок с внутренним диаметром свыше 10 мм. Внутренняя поверхность трубок не должна слипаться в местах перегибов и сжатий. Размеры, а также средняя масса 1000 мм трубок приведены в табл. 12.13 и 12.14. Таблица 12.13. Размеры и средняя масса трубок ТКР Внутренний диаметр, мм Толщина стенки, мм Средняя масса трубки, г номиналь- ный предель- ное отк- лонение номи- наль- ная предель- ное отк- лонение 0,4 ±0,1 0,15 ±0,05 0,34 0,7; 0,9 +0,15; —0,10 0,15 +0,10; —0,05 0,53;0,65 1,0; 1,5; 2,0 ±0,4 0,9 ±0,1 6,5; 8,3; 9,6 2,5; 3,0; 3,5;4,0; 4,5 ±0,7 0,9 ±0,1 11,7; 13,2; 15,7; 16,9; 18,6 5 ±0,7 1,3 ±0,2 31,5 6; 7; 8; 10 ±0,8 1,3 ±0,2 36,3; 41,3; 46,3;56,3; 12; 14; 16; 18 ±1,0 1,6 ±0,3 73,4; 95,7; 108,0; 118,1 20 ±1,2 1,8 ±0,4 149,8 22 ±1,4 1,8 ±0,4 164,1 24; 26; 28; 30 ±1,4 2,0 ±0,4 199,2; 214,6; 230,0; 245,2 32; 34; 36; 38; 40 ±1,8 2,5 ±0,8 330,6; 349,8; 369,7; 388,0; 405,0 58 ±2,0 2,5 ±0,8 579,4 73 ±2,5 2,5 ±0,8 723,0 Таблица 12.14. Размеры и средняя масса трубок ТРТ Внутренний диаметр, мм Толщина стенкн, мм номинальный предель- ное откло- нение номнниль- ная | предель- ' ное откло- нение Средняя мас- са трубки, Р 1,2; 1,7; 2,2; 2,7; 3,2 ±0,2 0,6 ±0,1 4,55; 5,8; 7,1; 8,3;9,6 3,8; 4,3; 4,8; 5,3 ±0,3 0,8 ±0,1 15,5; 17,2; 18,9; 20 ;6 6,4; 7,4; 8.4; 9,4; 10,4 ±0,4 1,1 ±0,2 34,8; 39,4; 44,0; 48,7; 53,3 13; 15; 17; 19 ±1,0 1,3 ±0,2 78,3; 89,3; 100,2; 111,2 21,2; 23,2; 25,2 ±1,2 1,6 ±0,3 153,7; 167,2; 180,7 27,4; 29,4; 31,4 ±1,4 1,8 ±0,3 221,5; 236,7; 251,8; 33,8; 35,8; 37,8; 39,8;41,8 ±1,8 2,1 ±0,5 317,7,335,4; 353,0; 370,8; 388,4 Трубки выпускают отрезками длиной свы- ше 5000 мм в бухтах. Допускается поставка трубок длиной от 500 до 1000 мм в пачках. Механические показатели трубок марки ТКР приведены в табл. 12.15. Трубки марки ТКР с внутренним диаметром менее 1,0 мм ме- ханическим испытаниям не подвергают. Пре- дел прочности при растяжении трубок марки ТРТ первой категории должен быть не менее 3,9 МПа, а высшей — не менее 4,1 МПа. Отно- сительное удлинение для обеих категорий не менее 250 %. Минимальные значения показате- лей каждого образца должны быть не менее 80 % приведенных значений. Электроизоляционные показатели трубок марок ТКР и ТРТ приведены в табл. 12.16. Испытания напряжением трубок после выдерж- ки в воде, ксилоле, при пониженных темпера- турах выполняют на образцах, изогнутых на угол л вокруг стержня диаметром, равным трехкратному диаметру трубки. Трубки с внут- ренним диаметром свыше 12 мм могут быть Таблица 12.15. Механические показатели трубок ТКР Внутренний Разрушающее напряжение при разрыве, МПа, не меиее Относительное удлиниение при разрыве, %, ие менее диаметр, мм Первая категория Высшая категория Первая категория 1 Высшая категория 1—5 4,1 4,5 275 300 6—10 3,1 3,4 275 300 12—30 2,6 2,9 275 300 32—40 2,1 2,3 275 300 58—73 2,1 2,3 275 300
§ 12.3 Эластомерные трубки 305 Таблица 12.16. Электроизоляционные показатели трубок ТКР и ТРТ Показатель Нормы для трубок ТКР диаметром, мм Нормы для трубок ТРТ диаметром, мм 0,4—0,9 1,0—73,0 1,2—3,2 3,8—5,3 6,4—10,4 13,0—41,8 Испытательное напряжение частотой 50 Гц в течение 1 мин кВ, не менее: при 15—35 °C и <р = 45—75 % 1,5 12,0 6,0 8,0 10,0 12,0 после выдержки 48 ч в термостате при 210 + 5°С 1,2 10,0 — — — —• после выдержки 48 ч в термостате при 270±5 °C — — 4,0 6,0 8,0 10,0 после выдержки 24 ч в воде при 15— 35 °C 1,2 10,0 4,0 6,0 8,0 10,0 после выдержки 1 ч при —60 + 2 °C 1,2 10,0 4,0 (4,5) 6,0 (6,5) 8,0 (8,5) 10,0 (10,5) после выдержки 8 ч в ксилоле при 15— 35 °C — 6,0 2,0 4,0 6,0 8,0 после выдержки 1 ч в ксилоле при 110 + 5 °C и последующей 0,5 ч прн 15— 35 °C под воздействием продавливаю- щей нагрузки: 5,0 (6,0) при 15—35 °C — 7,0(8,0) 4,0 6,0 8,0 10,0 при 180 + 5 °C — 6,0(7,0) — — — — Сопротивление изоляции, МОм, не менее 1000 (1100) — — — — — Примечанье. Значения, указанные в таблице, относятся к первой н высшей категориям. Значения в скобках — только к высшей, а аналогичные без скобок — только к первой. испытаны как полосы или ленточные материа- лы по ГОСТ 6433.3-71. Прн испытании трубок под воздействием продавливающей нагрузки масса груза должна составлять: для трубок марки ТКР с внутрен- ним диаметром от 1 до 6 мм — 5 кг, свыше 6 мм — 6 кг; для трубок марки ТРТ с внутрен- ним диаметром от 1,2 до 5,3 мм — 3 кг, от 6,4 до 19 мм — 5 кг, свыше 19 мм — 6 кг. Трубки марок ТКСП и ТКСТ. Для изготов- ления применяют шнур-чулки из стеклонити по ТУ 17 РСФСР 8351-75 и ТУ 17 РСФСР 44-5873- 77, резиновые смеси: К-69 по ОСТ 38.03270-82 и 14р-2 по ТУ 38-103321-76 для трубок марки ТКСП, К-1941 по ОСТ 38.03270-82 — для ТКСТ. Допускается наличие на наружной поверх- ности трубок текстуры стеклошнур-чулка. Номинальные размеры трубок и предель- ные отклонения от номинальных значений при- ведены в табл. 12,17. Трубки выпускают длин- номерными отрезками длиной свыше 1000 мм в бухтах. Допускается поставка трубок длиной 500—1000 мм в пачках. Жесткость, Н, не менее для трубок е внутренним диаметром: от 1,0 до 5,0 мм..................... 40 свыше 5,0 до 8,0 мм................. 60 Упругость (восстанавливаемость формы), %, не менее............................ 80 Сопротивление расслаиванию, Н, не ме- нее ...................................3,92 Разрывная нагрузка, Н, не менее для трубок с внутренним диаметром, мм: 1,0................................. 98 2,0.................................196 3,0; 4,0............................392 5,0.................................490 6,0; 7,0............................588 8,0.................................688 11—232 После выдержки трубок марок ТКСП и ТКСТ 48 ч в пропиточном лаке КО-916 при 15—35 °C не должно происходить коробления и растрескивания резиновой оболочки. Коэффициент трения об эмальпровод ПЭТВ для трубок марки ТКСП составляет не более 0,1. Испытание проводят на приборе, приведен- ном в ТУ 16-503.031-80. Электрические показатели трубок приве- дены в табл. 12.18. Пробивное напряжение трубок марки ТКСП после истирания эмальпроводом марки ПЭТВ диаметром 0,8 мм по ОСТ 16 0.505-001.80 оп- ределяют на шести образцах. Число двойных ходов составляет 150. При испытании трубок под воздействием продавливающей нагрузки масса груза должна составлять: для трубок марки ТКСП — 6 кг; для трубок марки ТКСТ с внутренним диамет- ром от 1,0 до 2,0 мм — 3 кг, от 3,0 до 4,0 мм — 5 кг, от 5,0 до 6,0 мм—8 кг, свыше 6,0 мм—12 кг. р трубок прн 15—35 °C н относительной влажности воздуха 45—75 °/о при постоянном напряжении 500 В должно быть не менее 1012 Ом м. Таблица 12.17. Размеры трубок ТКСП и ТКСТ Внутренний диаметр, мм Толщина стенки, мм номинальный предельное отклонение номинальная предельное отклонение 1,0; 2,0 ±0,5 0,65 ±0,10 3,0; 4,0 ±0,5 0,75 ±0,10 5,0; 6,0; 7,0 ±0,5 0,80 ±0,10 8,0 ±0,5 0,90 ±0,10
306 Электроизоляционные гибкие трубки Разд. 12 Таблица 12.18. Пробивное напряжение, кВ, трубок ТКСП и ТКСТ Вид воздействия ТКСП ТКСТ с внутренним диаметром, мм 1,0—5,0 6,0—8,0 1,0—5,0 | 6,0—8,0 Первая катего- рия Высшая катего- рия Первая кате- гория Высшая катего- рия Высшая категория Истирание внутренней поверхности при 15— 5,0 5,0 6,0 6,0 5,8 6,5 35 °C и относительной влажности 45—75% 4,0 4,5 5,0 5,5 —— — Выдержка 48 ч в термостате при 200±5°С и 10 последующих знакопеременных пере- гибов на угол л/2 Выдержка в воде при 20 ±2 °C: 4,5 5,0 5,5 6,0 5,0 6,0 24 ч 4,5 4,5 5,0 5,0 — — 48 ч — — — — 3,5 4,0 Выдержа 2 ч при —60±2°С и 10 после- дующих знакопеременных перегибов на угол л/2 Воздействие продавливающей нагрузки: 5,0 5,0 6,0 6,0 5,0 6,0 15—35 °C 4,0 4,0 5,0 5,0 4,0 5,0 175—185 °C 3,5 3,5 4,0 4,0 3,5 4,0 Пребывание 21 сут в среде с относительной влажностью 95±3 % при 40±2°С — — —- —— 3,5 4,0 Трубки марок ТКРТ и ТРФ. Для изготов- ления трубок мапкн ТКРТ применяют резино- вую смесь К-1941М, а для трубок марки ТРФ — резиновую смесь Ф-1 но технической докумен- тации, утвержденной в установленном поряд- ке. На наружной поверхности трубок допуска- ется наличие единичных вмятин, наплывов, ше- роховатостей, следов талька, местных измене- ний цвета, не влияющих на диэлектрические свойства трубок. Номинальные размеры и предельные от- клонения, а также средняя масса 1000 мм тру- бок приведены в табл. 12.19, 12:20. Физико-мехаиические и электрические по- казатели качества трубок приведены в табл. 12.21. При эксплуатации и хранении трубки ТКРТ должны сохранять указанные ниже показате- ли одинаковыми после любого из следующих Таблица 12.19. Размеры и средняя масса трубок ТКРТ Внутренний диаметр, мм Толщина стенки, мм Средняя масса 1 м трубки, г номинальный предель- ное откло- нение ч те X S X О те X X предель- ное откло- нение 1,2 ±0,2 0,9 ±0,1 8,0 1,7; 2,2 ±0,2 0,9 ±0,1 9,9; 12,0 2,8 3,3 ±0,3 0,9 ±0,1 14,5; 16,5 3,8; 4,3; 4,8; 5,3 ±0,3 1,2 ±0,1 25,7; 28,2; 30,7; 33,5 6,4 ±0,4 1,2 ±0,1 39,0 7,4; 8,4; 10,4 ±0,4 1,3 ±0,2 48,6; 53,9; 64,9 12,4 ±0,4 1,4 ±0,3 80,5 воздействий: максимальная эксплуатационная температура в течение 48 ч; температура — 60 ±2 °C в течение 2 ч; смена температур от —60±2 °C до максимальной температуры экс- плуатации; температура 40 ±2 °C н относитель- ная влажность 95±2 %, соляной туман, виб- рация в диапазоне частот от 1 до 5000 Гц с ускорением до 1000 м/с2; многократные удары с ускорением до 1500 м/с2; одиночные удары с ускорением до 5000 м/с2; линейные нагрузки с ускорением до 1000 м/с2; пониженное атмос- ферное давление 1,3-10-3 Па прн 155±2°С и при —60±2°С. При вышеизложенных условиях разрушающее напряжение прн растяжении должно быть не менее 2,5 МПа, удлинение прн разрыве не менее 50 %, испытательное напряжение 2 кВ. Испыта- тательное напряжение воздействием продавли- Таблица 12.20. Размеры и средняя масса трубок ТРФ Внутренний диа- метр, мм Толщина стенки, мм Средняя масса 1 м трубки, г номинальный предель- ное откло- нение номнналь- । ная предель- ное откло- нение 1,2 ±0,2 0,65 ±0,15 8,9 1,65 ±0,1 0,28 ±0,10 3,9 1,7; 2,2 ±0,2 0,65 ±0,15 11,2; 13,5 2,8; 3,3; 3,8; 4,3; 4,8; 5,3 ±0,3 0,65 ±0,15 16,2; 18,5; 21,2; 23,2; 25,5; 27,8 6,4 ±0,4 0,65 ±0,15 33,0 7,4; 8,4; 10,4 ±0,4 0,9 ±0,2 53,5; 59,9; 71,8 12,4 ±0,4 1,3 ±0,3 124,0
§ 12.3 Эластомерные трубки 307 Таблица 12.21. Важнейшие механические и электрические показатели трубок ТКРТ и ТРФ в исходном состоянии при 15—35 °C и относительной влажности воздуха 45—75% Марка Разрушающее напряжение при растяжении. МПа, не менее О) <U S я о о. . Испытательное напряжение, кВ Испытательное напряжение прн воздействии про- давливающей 1 нагрузки, кВ 1 S X Ч ф> S о о удлинение п разрыве, % менее ТКРТ 5,0 250 6 6 ТРФ кроме диаметра 1,65 мм 7,5 150 6 6 ТРФ диамет- ром 1,65 мм 4,0 120 2 2 вающей нагрузки 4 кВ установлено только после выдержки при 15—35 °C и относительной влажности 45'—75 % и 2 кВ после максималь- ной эксплуатационной температуры в течение 48 ч. Такие же требования после эксплуатации и хранения установлены для трубок ТРФ (кро- ме диаметра 1,65 мм), за исключением испы- тательного напряжения после воздействия тем- пературы 15—35 °C и относительной влажно- сти 45—75 %, а также максимальной эксплуа- тационной температуры в течение 48 ч и тем- пературы— 60 ±2 °C в течение 2 ч, которое принято 4 кВ. Что касается трубок ТРФ диа- метром 1,65 мм, то для них только относитель- ное удлинение установлено как и для других, а именно 50 %; остальные показатели пониже- ны: разрушающее напряжение прн растяжении до 1,0 МПа, испытательное напряжение под воздействием придавливающей нагрузки и без таковой — 0,5 кВ. Кроме того, установлены нормы на испытательное напряжение под воз- действием продавливающей нагрузки после пре- бывания 1 ч в ксилоле прн 105±2°С: 4 кВ для трубок ТКРТ и ТРФ кроме диаметра 1,65 мм (для диаметра 1,65 мм — 0,5 кВ) и после пре- бывания 40 мин в масле РМЦ при 105±2°С и в масле МГЕ-10А при 90±2 °C 2 кВ для тру- бок ТКРТ и ТРФ кроме диаметра 1,65 мм (для диаметра 1,65 мм — 0,5 кВ). Испытание напряжением производят на об- разцах, изогнутых па угол л вокруг стержня диаметром, равным трехкратному диаметру трубки. При испытании трубок под воздействием продавливающей нагрузки масса груза должна составлять 6 кг, а для трубок марки ТРФ с внутренним диаметром 1,65 мм — 3 кг. Испытание на стойкость к воздействию смены температур проводят методом 205-1 по ГОСТ 16962-71. Образцы подвергают воздейст- вию трех непрерывно следующих друг за дру- гом циклов, каждый нз которых состоя г нз следующих этапов: выдержка 2 ч в камере хо- лода прн —60±2°С; выдержка 2 ч в камере тепла при 250±3°С для трубок марки ТКРТ и 180±2°С для трубок марок ТРФ. Испытание на влагостойкость проводят методом 207-2 по ГОСТ 16962-71 на образцах трубок с герметично заделанными концами. Образцы выдерживают 56 сут в камере влаж- 11* Таблица 12.22. Размеры трубок марки тзэт Внутренний диаметр, мм Толщина стенки, мм номинальный предельное отклонение номиналь- ная предельное отклонение 4,0 +0,8 1,1 ±0,15 6,0; 8,0 +0,8 1,2 ±0,15 10,0; 12,0 +1,0 1,5 ±0,20 14,0; 16,0 +1.2 1,8 ±0,20 18,0; 20,0; + 1.4 2,0 ±0,30 24,0 ностн при 40±2°С н относительной влажности 95±2 %. Испытания на воздействие соляного тума- на проводят методом 215-1 по ГОСТ 16962-71 на образцах с герметично заделанными конца- ми. Образцы выдерживают в камере 7 сут. Механические испытания проводят на об- разцах трубок, плотно виток к витку навитых на цилиндр, диаметр которого равен пяти на- ружным диаметрам трубок. Цилиндры с об- разцами плотно крепят в горизонтальном по- ложении к платформе стенда и по ГОСТ 16962-71 проводят следующие испытания: иа вибропрочность, на ударную прочность, на воз- действие одиночных ударов, на воздействие ли- нейных нагрузок. Испытания иа воздействие пониженного атмосферного давления 1,3-10—3 Па проводят методом 209-3 по ГОСТ 16962-71 на образцах длиной 90 мм. Трубки марки ТЗЭТ. Для изготовления трубок применяют резиновую смесь марки К-69 илн К-673 по ОСТ 38.03270-82 н плетенку металлическую НМЛ по ТУ 22-3708-76. Допускается наличие на наружной поверх- ности трубок текстуры плетенки. Номинальные размеры трубок и предель- ные отклонения от номинальных значений при- ведены в табл. 12.22. Трубки поставляются длинномерными отрезками длиной не меиее 2500 мм в бухтах. Допускается псстазка тру- бок длиной от 500 до 2500 мм. Механические показатели трубок приведе- ны в табл. 12.23. Испытание на воздействие нагрузки про- водят иа шести образцах длиной 300 мм. Верх- ний конец образца длиной 25 мм закрепляют в зажимном устройстве так, чтобы образец на- ходился в вертикальном положении. На ниж- ний конец образца закрепляют груз. Время вы- держки 1 мин. После снятия груза трубку ви- Таблица 12.23. Механические показатели трубок ТЗЭТ Показатель Норма для трубок с внутренним диа- метром, мм До 12 свыше 12 Нагрузка вдоль оси, Н, не менее 50 100 Сопротивление расслаи- ванию, Н/м, не менее 500 500
308 Электроизоляционные .гибкие трубки Разд. 12 зуально осматривают на наличие трещин, и от- слоений резиновой оболочки. Трубки должны выдерживать без повреж- дения резиновой оболочки десятикратные пе- регибы с радиусом изгиба, равным двум диа- метрам трубки. При воздействии топлив РТ (ТУ 38-101633- 76) и ТС-1 (ГОСТ 10227-62) и масла ИПМ-10 (ТУ 38-00180-75) процент набухания трубок должен быть не более 1,0. 12.4. ПЛАСТМАССОВЫЕ ТРУБКИ Пластмассовые трубки представляют собой материалы из электроизоляционных полимеров нли термопластичных пластических масс на их основе. Они бывают неокрашенные и окрашен- ные. Трубки поливинилхлоридные (ГОСТ 19034-82) разных марок изготовляют из плас- тиката разных марок и рецептур, окрашенного в разные цвета и неокрашенного. Для них уста- новлены коды ОКП 22 4721 и 22 4724. Трубки ТВ-40А из пластиката марки ИТ-105 рецептуры Т-50 применяются в обычных климатических условиях при температурах от —40 до + 105 °C, по нагревостойкости относятся к классу А. Все остальные поливинилхлоридные трубки отно- сятся к классу нагревостойкости Y и применя- ются в обычных климатических условиях, с не- которыми различиями по допустимым темпера- турным диапазонам; исключение представляют трубки ТВ-40Т из пластиката марки 230Т ре- цептуры Т-230Т, которые могут работать н в условиях тропического климата; при обычных климатических условиях для них установлен диапазон температур от —40 до +70 °C. Труб- ки ТВ-40 из пластнкатов марки И40-13 рецеп- тур 230 и 250, а также марки И40-13А рецеп- туры 8/2 имеют диапазон рабочих температур от —40 до +70 °C. Для трубок ТВ-40 нз плас- тиката рецептуры 355 установлен температур- ный диапазон от —50 до +70 °C; такой же диапазон установлен для трубок ТВ-50-14 нз пластиката марки И50-14 рецептуры 350-1, но они отличаются от трубок ТВ-50 повышен- ными электроизоляционными свойствами. Для трубок ТВ-60 из пластиката марки И60-12 ре- цептуры 360-1 установлен рабочий диапазон температуры от —60 до +70 °C. Трубки фторо- пластовые изготовляют из пластиката неокра- шенного и окрашенного в разные цвета по ГОСТ 22056-76 двух марок: фторопласт-4Д марки Э и фторопласт-4ДМ марок Ш и Л. Эти трубки выпускают высшего и среднего сортов; по нагревостойкости они относятся к классу С; могут применяться в различных климатических условиях: хнмостойки и морозостойки. Код ОКП 22 4731. Технологический процесс. Производство трубок из поливинилхлоридного пластиката яв- ляется непрерывным процессом и состоит нз ряда последовательных операций. Изготовле- ние трубок осуществляют экструзией на труб- ных агрегатах, созданных на базе одночервяч- ных экструдеров. Для улучшения качества и повышения про- изводительности сырье подсушивают (по мере необходимости) и подогревают до 80—100 °C. Из сушилки материал поступает в червяч- ный пресс, где расплавляется, гомогенизирует- ся до однородного расплава и выдавливается через кольцевое отверстие головки в виде труб- ной заготовки. Необходимые размеры формую- щего зазора получают подбором соответствую- щего формующего инструмента: дорна, закреп- ляемого в дорнодержателе, и полого цилинд- рического мундштука. В теле дорна имеется канал, через который подается сжатый воздух в трубную заготовку, способствующий ее охлаждению и приобретению формоустойчиво- сти. Заготовка подается в охлаждающую ван- ну, где по мере продвижения в проточной воде она постепенно охлаждается н приобретает не- обходимую жесткость, достаточную для упру- гого сопротивления деформационным усилиям тянущего устройства. Трубки большего диа- метра охлаждают орошением водой. Так как поливинилхлорид является аморф- ным материалом, хорошо сохраняющим форму в горячем состоянии, калибрующего устройст- ва не требуется. Фторопластовые трубки изготавливают методом экструзии, получившим название «экс- трузия пасты». Порошок фторопласта просеи- вают и в герметично закрытых смесителях сме- шивают со смазкой (бензин-растворитель для лакокрасочной промышленности в определен- ных пропорциях). После завершения процесса смешения пасту выдерживают 20—40 ч для со- зревания, при этом смазка равномерно распре- деляется в порошке. На таблеточном прессе из пасты без на- грева формуют таблетку. Сформированная заготовка трубки посту- пает в сушильную камеру, где в потоке горяче- го воздуха удаляются пары смазки. Проходя сквозь сушильную камеру, осушенная заго- товка трубки попадает в печь, где происходит ее спекание при движении сверху вниз при температуре около 500 °C. Готовая трубка поступает иа приемное устройство. Иногда производят сушку и спека- ние трубных заготовок в виде бухт, свободно уложенных на противне, в периодически дейст- вующей печи. Трубки из поливинилхлоридного пластика- та изготавливают на основе поливинилхлорид- ного пластиката по ГОСТ 5960-72. Допускается наличие мелких неметалличе- ских включений, незначительной ряби и полос. Цвета окрашенных трубок из поливинилхлоридного пластиката ТВ-40, ТВ-40Т, ТВ-50- 14, ТВ-60............. Белый, черный, серый, коричневый, красный, розовый, оранжевый, желтый, зеленый, свет- ло-синий, голубой, фиолетовый ТВ-40А............... Черный, серый, ко- ричневый, розовый, бордо, оранжевый, зеленый, синий ТВ-50 . , , . . , Черный Номинальные размеры и средняя масса 1000 мм трубок приведены в табл. 12.24. Трубки выпускают длинномерными отрез- ками длиной не менее 5 м в бухтах. Показатели качества трубок приведены в табл. 12.25.
§ 12.4 Пластмассовые трубки 309 Электрическую прочность определяют по Удельное объемное электрическое сопро- ГОСТ 17675-80 прн напряжении частотой тивление определяют по ГОСТ 17675-80 прн 50 Гц в среде трансформаторного масла по постоянном напряжении 1000 В. ГОСТ 982-80. Трубки из фторопласта выпускают по Таблица 12.24. Размеры и средняя масса трубок из поливинилхлоридного пластиката Внутренний диаметр, мм I исполнение с нормальной толщиной стенок II исполнение с утолщенными стенками Толщина стенкн, мм Средняя масса 000 мм трубки, г Тол щииа стенки, мм Средняя масса 1000 мм трубкн, г инальный О) <у О S X X Л 4) ~ S 4> О к та 5 ч та X X дельное лоненне •40, •40Т, •50-14 В 8 ннальиая О) <у О X Й X Л <Ц Ч X 0J о et ~ 40, 40Т. •50-14 8 8 О S О X £Q£QEQ CQ £0 £0 о <и х о. ь £Q£Q£Q £0 CQ £0 X Е О X Ё О hhh Н Н Е О Н11”1 Н Н 0,50 ±0,10 0,30 ±0,10 0,97 0,92 0,90 0,94 0,75 ±0,10 0,30 ±0,10 1,17 1,21 1,19 1,23 — — — — —- — 1,00 ±0,20 0,40 ±0,10 2,26 2,15 2,11 2,18 — — — — __ — 1,50 ±0,25 0,40 ±0,10 3,06 2,92 2,87 2,96 — — — — — — 1,75 ±0,25 0,40 ±0,10 3,46 3,30 3,24 3,35 — — — 2,00 ±0,25 0,40 ±0,10 3,87 3,69 3,61 3,74 1,0 ±0,2 12,09 11,53 11,30 11,68 2,50 ±0,25 0,40 ±0,10 4,68 4,56 4,37 4,52 — —. — — — 3,00 ±0,25 0,40 ±0,10 5,48 5,22 5,12 5,29 1,0 ±0,2 16,12 15,37 15,07 15,57 3,50 ±0,25 0,40 ±0,10 6,28 5,99 5,88 6,07 — — — — — 4,00 ±0,25 0,60 ±0,10 11,12 10,60 10,40 10,75 1,2 ±0,2 25,15 23,98 23,51 24,30 4,50 ±0,25 0,60 ±0,10 12,33 11,76 11,53 11,91 1,2 ±0,2 27,56 27,27 25,77 26,74 5 ±0,25 0,60 ±0,10 13,54 12,91 12,66 13,08 1,2 ±0,2 29,97 28,57 28,03 29,09 6 ±0,30 0,60 ±0,10 15,96 15,21 14,92 15,42 — — — — — —. 7 ±0,50 0,60 ±0,10 18,38 17,52 17,18 17,75 — — — — — — 8 ±0,50 0,60 ±0,10 20,80 19,82 19,44 20,09 — —-. — — — 9 ±0,50 0,60 ±0,10 23,20 22,13 21,70 22,43 — — — — — 10 ±0,50 0,70 ±0,10 30,19 28,78 28,22 29,16 — — — —. — 12 ±0,50 0,70 ±0,10 35,83 34,16 33,50 34,61 — —- — — — —. 14 ±0,50 0,70 ±0,10 41,48 39,54 38,77 40,07 —— — —— —- 16 ±0,80 0,90 ±0,10 61,30 58,44 57,31 59,22 — — — — — —— 18 ±0,80 0,90 ±0,10 68,56 65,36 64,09 66,23 — — —. — —- 20 ±1,00 1,15 ±0,20 98,04 93,43 91,65 94,70 — — — — — — 22 ±1,00 1,15 ±0,20 107,25 102,24 100,31 104,80 — — —. —. — — 25 ±1,00 1,15 ±0,20 121,21 115,54 113,31 117,09 — — — — — — 30 ±1,30 1,40 ±0,25 177,19 168,90 165,64 171,16 —. — — — — — 35 ±1,30 1,40 ±0,25 205,40 195,80 192,01 198,41 — — — — — — 40 ±2,00 1,75 ±0,25 294,49 280,72 275,30 284,48 — — — — — — 50 ±2,00 — — — — — —• 4,5 ±0,8 988,03 941,82 924,11 958,76 Таблица 12.25. Показатели трубок из поливинилхлоридного пластиката Показатель ТВ-40 ТВ-40Т ТВ-40А ТВ-50 ТВ-50-14 ТВ-60 ВЫСШИЙ сорт 1 ! : 1-Й СОРТ ВЫСШИЙ сорт 1-й сорт высшнй сорт 1-й сорт высшнй сорт 1-й сорт ВЫСШНЙ сорт 1-й сорт высший сорт | 1-й сорт Разрушающее напряже- ние, МПа, при растя- жении не менее 16,3 15,3 16,3 15,3 13,7 11,8 12,7 9,8 14,7 11,8 9,8 9,8 Относительное удлине- ние при разрыве, %, не менее Электрическая прочность, МВ/м, не менее: 220 200 220 200 250 180 220 200 180 120 280 240 при 15—35 °C и <р= = 45-4-75 %; после выдержки 48 ч в термостате: 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 при 105±2 °C, 12 10 12 ГО — — 12 10 12 10 12 10
310 Электроизоляционные гибкие трубки Разд. 12 Продолжение табл. 12.25 Показатель ТВ-40 ТВ-40Т ТВ-40А ТВ-50 ТВ-50-14 ТВ-60 Высший сорт 1-й сорт i Высший сорт 1-й сорт Высший сорт 1-й сорт Высший сорт 1-й со. т Высший сорт 1й 1-й сорт Высший сорт 1-й сорт при 120 ±2 °C — 10 10 после выдержки 24 ч при —60 + 2 °C (тем- 16 10 12 10 10 10 12 10 12 10 12 10 пература хрупкости) после выдержки 24 ч при 20+2 °C и <р= = 95+2 % р, ОМ'М, не менее: при 15—35 °C и ф= 15 10 15 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Ю10 10W 10® 109 2-Ю10 2-101° 10е 10« IO’? 1011 101° 10® =45-+75 % после выдержки 1 ч IO® 10е 10’ 10’ Не опреде- 10’ 10’ 10Ю О8 10е 10’ в термостате при ляют 70+2 °C ГОСТ 22056-76, фторопласта-4Д марки Э по ГОСТ 14906-77 илн фторопласта-4ДМ по нор- мативно-технической документации. Допускает- ся изготовление трубок из фторопласта-4Д марок Ш и Л по ГОСТ 14906-77. Допускается неровная наружная поверх- ность. Трубки изготавливают неокрашенными и окрашенными в цвета: белый, красный, оран- жевый, желтый, зеленый, синий, черный. Таблица 12.26. Размеры и средняя масса трубок из фторопласта Внутренний диа- метр, мм Толщина стенкн Средняя масса 1 м трубки, г i 5 S — о 2 X Я предель- ное откло- нение номиналь- ная, мм ' 2^ S о 4) X 0,3; 0,4; 0,5 ±0,1 0,2 -4-30;—10 0,68; 0,81; 0,97 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 ±0,15 0,2 -4-30; —10 1,10; 1,23; 1,36; 1,52 1,0 ±0,15 0,2; 0,3 -4-30; —10 1,65; 2,68 1,2; 1,4; 1,5; 1,6; 1,8; 2,0 ±0,15 0,3 -4-30; —10 3,08; 3,50; 3,70; 3,91; 4,30; 4,73 2,1; 2,2; 2,4; 2,5; 2,6; 2,8; 3,0 ±0,15 0,4 -4-30;—10 6,86; 7,13; 7,85; 7,96; 8,30; 8,84; 9,33 3,5; 3,8 ±0,30 0,6 + 15;—5 16,90; 18,10 4,0 ±0,30 0,6; 1,0 + 15;—5 18,90; 26,60 4,2; 4,5 ±0,30 0,6 + 15;—5 19,70; 20,96 5,0 ±0,30 0,6; 1,0 + 15; —5 23,10; 41,20 5,5 ±0,30 1,0 + 15;—5 44,40 6,0 ±0,30 1,0; 1,5 + 15; —5 48,50; 77,22 7,0 ±0,30 1,0 +15; —5 54,80 8,0 ±0,30 1,5; 2,0 +15;—5 97,90; 137,30 9,0; 10,0 ±0,30 1,5 +15;—5 108,00; 118,40 Размеры н средняя масса 1 м трубки при- ведены в табл. 12.26. Трубки выпускают длинномерными отрез- ками длиной не менее 1 м. Допускается по- ставка трубок длиной не менее 0,1 м. Механические показатели трубок приведе- ны в табл. 12.27. Прочность н относительное удлинение при разрыве определяют при скорости движения подвижного зажима разрывной машины 100 + ± 10 мм/мин. р, относительная диэлектриче- ская проницаемость, tg 6 и электрическая прочность трубок должны быть не ниже ука- занных в ГОСТ 14906-77 на материал и про- верке не подлежат. Таблица 12.27. Механические показатели термоусаживающихся полиэтиленовых трубок из фторопласта Показатель Норма для трубок с внут- ренним диаметром 0,3-—7,0 мм 8,0—10,0 мм высшнй сорт 1-й сорт высшнй сорт 1-й сорт Разрушающее на- пряжение при растяжении, МПа, не менее: без дополни- тельной термо- обработки 32 31 27 26 с дополнитель- ной термооб- работкой Относительное уд- линение при раз- рыве, % не ме- нее: 35 33 35 33 без дополни- тельной термо- обработки 250 250 250 230 с дополни- тельной термо- обработкой 200 200 200 200
§ 12.6 Методы испытаний Ml 12.5. ТЕРМОУСАЖИВАЮЩИЕСЯ ТРУБКИ В настоящее время трубки выпускаются двух марок по ТУ 16-503.229-82: марки ТТЭ-С на основе полиэтилена марки 153-02К и ТТЭ-Т иа основе полиэтилена марки 102-57; из иих первая имеет класс нагревостойкости А, вто- рая — В. Получение термоусаживающихся трубок ос- новано на использовании характерных термо- релаксационных свойств полимеров, так назы- ваемого «эффекта памяти». Он проявляется в том, что макромолекулы сшитого полимера, де- формированные вблизи температуры плавления и зафиксированные в этом состояний резким охлаждением, при повторном нагреве возвра- щаются к равновесному состоянию с восста- новлением размеров и формы материала. Трехмерную сшитую структуру полимера получают радиационным модифицированием (облучением частицами высоких энергий) или химическим модифицированием (введением пе- рекисных соединений). Трубки обеих марок выпускают естествен- ного цвета и окрашенные (красные, зеленые, синие, желтые и черные). Трубки марки ТТЭ-С предназначены для работы в обычных клима- тических условиях при максимальной темпе- ратуре 105 °C, а трубки ТТЭ-Т — в тех же ус- ловиях, ио при максимальной температуре 130 °C. На марку ТТЭ-С существуют такие ко- ды ОКП: первые 6 цифр 34 9145, последующие две в пределах 11 —16, последние две —в пре- делах 01—14; на марку ТТЭ-Т — первые 6 цифр те же, последующие две — в пределах 21—26, последние две — в пределах 01—14. Технология изготовления термоусаживаю- щихся полиэтиленовых трубок имеет следую- щие основные стадии: экструзия, радиационное модифицирование, ориентация. Производство заготовок трубок осуществ- ляют экструзией на трубных агрегатах, соз- данных иа базе одиочервячных экструдеров (см. технологический процесс производства пластмассовых трубок). Таблица 12.28. Размеры и средняя масса термоусаживающихся полиэтиленовых трубок Внутренний диаметр, мм Толщина стенки, мм Средняя масса 1 м, г до усадки i после усадки в свободном состоянии до усадки 1 после усадки в свободном состоянии 2,0+0,5 1,0+0,5 0,55+0,15 0,8+0,1 4,16 4,0+0,5 2,0+0,5 0,65+0,15 1,0+0,1 8,67 5,0+0,5 2,0+0,5 0,55+0,15 1,0+0,1 8,67 6,0+0,5 3,0+0,5 0,60+0,15 1,0+0,1 11,56 8,0+0,5 4,0+0,5 0,60+0,15 1,0+0,1 14,44 10,0+0,5 5,0+0,5 0,60+0,15 1,0+0,1 17,33 12,0+0,5 6,0+0,5 0,55+0,15 1,0+0,1 20,43 14,0+0,5 7,0+0,5 0,55+0,15 1,0+0,1 23,90 16,0+1,0 8,0+0,5 0,55+0,15 1,0+0,1 26,00 18,0+1,0 9,0+0,5 0,55+0,15 1,0+0,1 28,39 20,0+1,0 10,0+0,5 0,55+0,15 1,0+0,1 31,78 24,0+1,0 12,0+0,5 0,55+0,15 1,0+0,1 37,55 32,0+1,0 16,0=1=1,0 0,55+0,15 1,5+0,1 75,83 Температура подсушки сырья 70—90 °C. Температурный режим экструзии 110—180 °C. Скорость экструзии в зависимости от размеров экструдируемых заготовок до 30 м/мин. Ориентацию заготовок малых размеров осуществляют непрерывно на специальных уста- новках. Процесс заключается в нагревании за- готовок до необходимой температуры в «горя- чем» калибре электронагревательными элемен- тами или в ванне с жидким теплоносителем и раздуве ее в радиальном направлении под дей- ствием внутреннего давления в заготовке или внешнего вакуума с последующей фиксацией конструктивных размеров в «холодном» калиб- ре интенсивным охлаждением водой. Заготовки трубок диаметром свыше 20 мм ориентируют мерными отрезками на специаль- ных полуавтоматических установках. На наружной поверхности допускается на- личие текстуры, обусловленное технологией из- готовления. Размеры и средняя масса 1000 мм трубок приведены в табл. 12.28.' Трубки поставляются длинномерными отрезками в бухтах. Парамет- ры трубок: Усадка по длине, %, не более . Коэффициент усадки (отношение внутренних диаметров до и пос- ле усадки) ................... Усадка на оправку при темпера- туре 180±2°С.................. Стойкость к воздействию темпе- ратуры —60 ±2 °C в течение 2 ч Теплостойкость**, °C, для трубок марок: ТТЭ-С.............., , . . ТТЭ-Т...................... Разрушающее напряжение при растяжении, МПа, не меиее Испытательное напряжение в те- чение 1 мин частотой 50 Гц, кВ, не менее: при 15—35 °C и <р=45—75 % под воздействием продавли- вающей нагрузки при 120 + ±2 °C***................... Сопротивление изоляции пересчи- танное на длину 1 м, МОм, не менее ...................... 10 2* Отсутст- ствие пов- реждений То же ПО 150 8,82 3 1.5 10s * Для трубки диаметром 2 мм — 2 или 2,5. ** По ГОСТ 16962-71, метод 201-1. *** Масса груза: для трубок с внутренним диа- метром после усадки от 1,0 до 2,0 мм — 1 кг; от 3,0 до 5,0 мм —2 кг; от 6,0 до 7,0 мм—4 кг; свыше 7,0 мм — 5 кг. Перед испытаниями образцы трубок вы- держивают 10—15 мин в термостате при 150— 180 °C и нормализуют. 12.6. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ В этом параграфе приведены основные по- ложения наиболее характерных методов. Перед испытанием образцы трубок долж- ны быть нормализованы 6 ч при 15—35 °C и относительной влажности 45—75 %.
312 Электроизоляционные гибкие трубки Разд. 12 Для каждого вида испытаний из трех мест проверяемой партии отбираются десять образ- цов трубок длиной не менее 150 мм каждый, если в стандартах или технических условиях на трубки определенных марок не предусмотрены другие количество и размеры. Толщину стенки трубки определяют с по- грешностью до 0,01 мм двумя способами. По первому способу в полость образца трубки вставляют металлический стержень диаметром, равным внутреннему диаметру трубки, и микрометром типа МК по ГОСТ 6507-78 с нажатием мерной пяты не более 0,20 Н или толщиномером по ГОСТ 11358-74 измеряют наружный диаметр. По разности диа- метров определяют толщину. По второму способу измеряют толщину продольной полоски шириной 1—2 мм, выре- занную из образца трубки, приборами, указан- ными выше, или стенкомером по ГОСТ 11951-82. Эластичность трубок с внутренним диамет- ром до 7 мм определяют следующим образом. Один конец образца трубки сжимают в тисках или приспособлении, приведенном в ГОСТ 17675-80, таким образом, чтобы вертикально оставался свободный конец трубки длиной не менее 75 мм, который знакопеременно изгиба- ют на угол л/2 в плоскости, перпендикулярной линии взаимного касания губок тисков (зажи- мов приспособления). За один перегиб прини- мают перегиб образца на угол л/2 в одну из сторон и обратно. Для определения эластичности трубок диа- метром более 7 мм в полость образца предва- рительно вставляют отрезок другой трубки на- ружным диаметром, равным 0,6—0,7 внутрен- него диаметра испытуемого образца. После контрольного числа перегибов обра- зец трубки освобождают из тисков (приспособ- ления) и осматривают с помощью лупы четы- рехкратного увеличения. При отсутствии ви- димого повреждения (растрескивание, расслаи- вание) образец испытывают напряжением. Проверка стойкости трубок к истиранию производится на любом приборе, принципиаль- ная схема которого приведена в ГОСТ 17675-80. Образец трубки закрепляют в зажимном устройстве и подвергают истиранию под на- грузкой в 19,6 Н проводом марки ПСД по ГОСТ 7019-80, протянутом внутри трубки и имеющим возвратно-поступательные движения с длиной хода в каждую из сторон по 85 мм. Частота движения истирающего провода равна 25 циклам в минуту (50 возвратно-по- ступательных движений), фиксирующихся счет- чиком. После выполнения необходимого числа циклов (двойных ходов) образец испытывают иапряжеиием. Проверка трубок на упругость и жесткость производится иа шести образцах на приборе, приведенном в ГОСТ 17675-80. Сопротивление расслаиванию или адгези- онную прочность связи армирующего чулка и эластомерной оболочки определяют на шести образцах длиной 100 мм на разрывной маши- не по ГОСТ 7762-74. Образцы разрезают вдоль, отделяют элас- томерную оболочку от чулка на длину не бо- лее 50 мм. Расстояние между зажимами раз- рывной машины устанавливают 25±5 мм. При расслаивании иа шкале машины отсчитывается наибольшее усилие, которое принимается за ис- комое значение. Стойкость трубок к теплово- му удару определяют методом 205-1 по ГОСТ 16962-71 на десяти образцах. Испытание трубок на местное продавлива- ние стеиок проводят на восьми образцах. Предварительно в образцы трубок встав- ляют металлические стержни-электроды диа- метром, равным внутреннему диаметру трубки. Затем на несгораемой изолирующей пластине (например, асбестоцемент) укладывают два па- раллельно расположенных образца с расстоя- нием между стенками в свету 50±5 мм. На них аналогично укладывают крест-иакрест под прямым углом два других образца, которые также накрывают изоляционной пластиной. На пластину ставят груз. Через 15 мин к двум электродам одного из четырех перекрестков об- разцов трубок (к верхнему и нижнему) при- кладывают на 1 мни испытательное напряже- ние и далее поочередно к остальным. Масса груза, температурные условия и нормы испыта- тельного напряжения устанавливаются в стан- дартах илн технических условиях на трубки определенных марок. Пробивное (испытательное) напряжение определяют по ГОСТ 6433.3-71; удельное объ- емное сопротивление и сопротивление изоля- ции— по ГОСТ 6433.2-71; тангенс угла диэлек- трических потерь — по ГОСТ 6433.4-71. Испы- тания проводят как в исходном, так и изогну- том состоянии при 15—35 °C и относительной влажности воздуха 45—75 %. В качестве внутреннего электрода приме- няют металлические стержни диаметрами, рав- ными внутренним диаметрам испытуемых об- разцов, и длиной на 25—30 мм больше их дли- ны. Для изогнутых образцов внутренними электродами являются пучки из медной прово- локи диаметром 0,7 мм марки ММ (ГОСТ 2112-79) или из алюминиевой марки AM (ГОСТ 6132-79). Количество проволок в пучке, запол- няющих полость образцов, в зависимости от нх диаметров указано в ГОСТ 17675-80. В качестве внешнего электрода применяют алюминиевую фольгу по ГОСТ 618-73 шири- ной 25 мм и толщиной 0,01 мм, которую при испытании образца накладывают иа его сред- нюю часть или на место изгиба. Для изогну- тых образцов допускается применять воду. При этом образцы погружают в воду на 3— 5 см. Не допускается применять воду в качест- ве внешнего электрода для трубок, свойства которых изменяются при воздействии воды. Список литературы Зубарев А. П. Электроизоляционные гибкие ла- кированные трубки. М.: Энергия, 1976. 152 с. Бекин Н. Г.. Шанин Н. П. Оборудование заво- дов резиновой промышленности. Л.: Химия, 1978. 400 с. Кошелев Ф. Ф., Корнев А. Е„ Буканов А. М. Общая технология резины. М.: Химия, 1978. 528 с. Кацнельсон М. Ю., Балаев Г. А. Пластические массы. Справочник. Л.: Химия, 1978. 384 с. Поливинилхлоридные пластиката и их приме- нение в кабельной технике/Ю. Н. Ван-Гаут, Ю. М. Котт, Ю. В. Ляхов, И. Д. Троицкий; Под ред. И. Д. Троицкого. М.: Энергия, 1978. 152 с. Паншин Ю. А.. Малкевич С. Г., Дунаевская Ц. С. Фторопласты. Л.: Химия, 1978. 232 с. Фторуглеродные пластики. Каталог. М.: НИИТЭХИМ, 1978, 80 с.
§ 13.2 Листовые слоистые пластики 313 РАЗДЕЛ 13 СЛОИСТЫЕ ПЛАСТИКИ, ПРОФИЛЬНЫЕ СТЕКЛОПЛАСТИКИ И ПРЕПРЕГИ Е. Ф. Зинин, Г. М. Дулицкая, И. Д. Вайсфельд, В. В. Коновалов 13.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Слоистые пластики представляют собой ма- териалы, изготовленные посредством прессова- ния или намотки и термообработки волокнис- тых наполнителей (бумаг, тканей, нетканых рулонных материалов), предварительно пропи- танных или лакированных термореактивным связующим. Слоистые пластики в общем виде— это полимерные материалы, армированные па- раллельно расположенными слоями наполните- ля, что определяет анизотропию их свойств в направлениях параллельно и перпендикулярно расположению слоев наполнителя. В зависимо- сти от иазиачеиия производят слоистые плас- тики преимущественно конструкционного, элек- троизоляционного, декоративного назначения. В настоящем справочнике рассматривают- ся слоистые пластики преимущественно элек- троизоляционного назначения. Такие пластики обладают высоким уровнем физико-механиче- ских свойств в широком интервале температур, поэтому оии применяются' для изготовления (преимущественно механической обработкой) из листов деталей электроизоляционно-конструк- ционного назначения, которые находят широ- кое применение в электрических машинах, ап- паратах, трансформаторах, приборах. В зависимости от химической природы связующего и наполнителя электроизоляцион- ные слоистые пластики пригодны для длитель- ной (20 тыс. ч) работы при температуре до 180 °C и кратковременно прн более высоких температурах. Наиболее распространенными видами элек- троизоляционных слоистых пластиков являют- ся листовые материалы н намотанные изделия. В последние годы все более широкое зна- чение приобретают профильные стеклопласти- ки, изготавливаемые непрерывным способом с применением малотрудоемких наполнителей — стеклоровингов (жгутов) и составов без рас- творителей. По существу, такие материалы с заданным сечением являются полуфабрикатами высокой степени готовности, которые применя- ют взамен листовых слоистых пластиков, из- бавляя потребителей от трудоемкой, вредной для работающего персонала операции механи- ческой обработки листов, поэтому информацию о профильных пластиках решено поместить в разд. 13. Это будет способствовать лучшей ори- ентации потребителей на более широкое при- менение профильных пластиков вместо листо- вых, что целесообразно с точки зрения эконо- мии остродефицитных стекло- и хлопчатобу- мажных тканей. В разд. 13 включены также сведения о пре- прегах —• наполнителях листовых илн рулон- ных, пропитанных термореактивиым связую- щим в стадии В. Такого типа материалы ранее в основном использовались как полуфабрикаты для изготовления методом прессования листов, деталей нли для намотки изделий, представ- ляющих собой тела вращения. В последние годы препреги такого типа с несколько специфическими свойствами стали все более широко применяться в качестве тех- нологически удобных материалов при изоли- ровке, в частности для скрепления витков про- водников и стержней крупных электрических машин, в изоляции проводников трансформа- торов и других электротехнических изделий, их ремонте, значительно облегчающих труд изо- лировщиков. В настоящее время интенсивные работы в этом направлении проводятся как в СССР, так и за рубежом. Здесь дана краткая информация о выпус- каемых промышленностью препрегах, хотя, строго говоря, такие материалы не подходят под определение «слоистые пластики», однако изоляция из препрегов в большинстве случаев имеет слоистую структуру и является уже сло- истым пластиком. 13.2. ЛИСТОВЫЕ СЛОИСТЫЕ ПЛАСТИКИ К числу листовых слоистых пластиков ОТ- НОСЯТСЯ гетииакс и текстолит с разными напол- нителями и древеснослоистые пластики. Вы- пускаемые у нас гетинакс и текстолит в общем соответствуют стандарту ИСО на эти материа- лы № 1642-79. ГЕТИНАКС ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ Электротехнический гетинакс представляет собой листовой слоистый прессованный мате- риал, изготовленный из двух и более слоев бу- маги, пропитанной связующим — термореак- тивной смолой. Гетинакс изготовляют по ГОСТ 25500-82, по ГОСТ 2718-74 (из сульфатцеллю- лозной бумаги), по ТУ 16-503. 224-82 (из лав- сановой бумаги н с облицовкой из лавсановой бумаги). Классификация гетинакса представлена в табл. 13.1. Технологический процесс изготовления ге- тииакса состоит из следующих основных опе- раций. Бумагу пропитывают раствором смолы оп- ределенной концентрации и сушат при 100— 140 СС иа пропиточных машинах со скоростью 10—60 м/мин. На выходе из сушильных камер пропитанную бумагу нарезают на листы, кото- рые затем сортируют и укладывают в пачки в зависимости от требуемой толщины готовых листов. Прессование пачек производят в многоэтаж- ных гидравлических прессах при 150—160СС и давлении 6—10 МПа. Время выдержки прини- мают из расчета 2—5 мин на 1 мм толщины
314 Слоистые пластики, профильные- стеклопластики Разд. 13 Таблица 13.1. Классификация тетинакса Тип по гост 25500- 82 Марка КОД ОКП Связую - щее Диапа- зон тол- щин, мм Длитель- ная рабо- чая тем- пература, °C Назначение и отличительные свойства 111 1 (ГОСТ 2718-74) 34 9111 0100 Феноль- ное 0,2—50 От—65 до-f-120 Для работы иа воздухе в усло- виях нормальной относитель- ной влажности окружающей среды (ф“45-ь75 %, 15— 35 °C) и в трансформатор- ном масле при напряжении до 1000 В и частоте 50 Гц II (ГОСТ 2718-74) 34 9111 0300 0,4—50 То же То же, ио с расширенными до- пусками по толщине. Коробле- ние не нормируется III (ГОСТ 2718-74) 34 9111 0400 » 5,0—50 Для работы в корабельных ус- ловиях (<р<95 %, 20±2 °C) при напряжении до 1000 В и частоте 50 Гц 211 У(ГОСТ 2718-74) 34 9111 1300 Эпок- сидно диано- вое 1,0—50 Для работы на воздухе в ус- ловиях нормальной относитель- ной влажности (<р=45-т-75 %, 15—35 °C) и в трансформатор- ном масле при напряжении свыше 1000 В и частоте 50 Гц для толщин 5—50 мм и при напряжении до 1000 В и час- тоте 10s Гц для толщин 1— 4,5 мм 113 VI (ГОСТ 2718-74) 34 9111 0800 Феноль- ное 0,4—4,0 » » Для работы на воздухе в ус- ловиях нормальной относитель- ной влажности окружающей среды (<р=454-75 %, 15—35 °C) при напряжении до 1000 В н частоте 10s Гц; с поверхностью повышенной гладкости 113 VII (ГОСТ 2718-74) 34 9111 1000 0,4—4,0 » То же, пониженная стойкость к кратковременному нагрева- нию 112 Х(ГОСТ 2718-74) 34 9111 1400 0,2—2,5 Для работы на воздухе в усло- виях нормальной относитель- ной влажности окружающей среды (<р=454-75 %, 15— 35 °C) и в трансформаторном масле при напряжении до 100 В и частоте 50 Гц, повы- шенная штампуемость без по- догрева 251 ЛГ (ТУ 16. 503223-82) 34 9111 0900 Эпок- сидно- диано- вое 0,5—30 От—65 до+150 Для работы на воздухе в ус- ловиях нормальной относитель- ной влажности окружающей среды (ф=45-?-75 %, 15— 35°C), а также в условиях Ф=95±2 %, 40±2°С без до- полнительного влагозащитно- го лакового покрытия VIII-B (ТУ 16- 503. 223-82) 34 9111 1600 То же 0,5—1,0 От—65 до-}-120 Для изготовления резисторов, работающих в условиях <р= = 95±2 %, 40±2°С
§ 13.2 Л истовые слоистые пластики 315 прессуемого листа для гетииакса, изготавливае- мого на основе фенольных смол, и 7—10 мин на 1 мм — для гетииакса на основе эпоксид- ных смол. После окончания выдержки при вы- сокой температуре листы гетннакса охлажда- ют без снятия давления до комнатной темпе- ратуры, затем снимают давление, пачки выни- мают из пресса, разбирают листы материала, обрезают и упаковывают. В соответствии с ГОСТ 2718-74 гетинакс изготавливают в листах шириной от 450 до 1060 мм и длиной от 600 до 2480 мм и толщи- ной (в зависимости от марок) от 0,2 до 50 мм. Гетинакс марки I по ГОСТ 2718-74 (тип 111) и ГОСТ 25500-82 толщиной до 0,5 мм мо- жет быть изготовлен в виде рулонного мате- риала. Основные физико-механические и элек- трические показатели качества гетннакса при- водятся в табл. 13.2 и 13.3. Сравнительно новая марка гетннакса X имеет повышенную штампуемость. Из этого ге- тинакса можно получить разные детали штам- пованием без подогрева. В связи с этим он с успехом заменяет слоистый пластик марки ПГТ — текстогетииакс (код ОКП 34 9116 0606), разработанный в свое время специально для замены текстолита в производстве штампован- ных деталей, описанный во втором издании справочника по электротехническим материа- лам, т. I. В связи с изложенным ПГТ не вклю- чен в третье издание справочника. Гетинакс обладает неоднородностью свойств по площади листа, которая может быть вызвана как неоднородностью свойств применяемой бумаги (массы, впитываемости), так и недостатками технологического процесса изготовления гетииакса, такими как неравно- мерность содержания связующего, летучих продуктов, текучесть. В результате в листе возникают неодинаковые внутренние напряже- ния, вызывающие коробление. Коробление мо- жет возникнуть и в готовом пластике, если лис- ты будут увлажняться или подсыхать в неоди- наковой степени с разных сторон листа в про- цессе его хранения или эксплуатации. Сравнительно новым материалов является гетинакс марки ЛГ на основе лавсановой бу- маги и эпоксидной смолы. Бумагу из лавсано- вых (полиэтнлентерефталатиых) волокон мар- ки ЛЭ-120К изготавливают по ТУ 13-04.640-82. Отличительные особенности лавсанового гети- накса: высокие влагостойкость, механические и электрические свойства, повышенная способ- ность к штампованию, в частности без подогре- ва, и другим видам механической обработки. Технические требования на этот материал из- ложены в ГОСТ 25500-82 (тип 251) и в ТУ 16.503.224-82. Гетинакс Л Г успешно заменяет электротехнические текстолиты. Благодаря вы- сокому уровню электрических свойств в усло- виях повышенной влажности детали из него не требуют лакировки. Разработан и освоен в производстве так- же комбинированный влагостойкий гетинакс марки VIII-B (ТУ 16-503.223-82). Он представ- ляет собой гетинакс типа 211 (марка VIII), облицованный с обеих сторон слоем лавсано- вой бумаги пропитанной эпоксидной смолой. Известно, что гетинакс, изготовленный иа ос- нове целлюлозной бумаги, является невлаго- стойким листовым материалом. Защита поверх- ностей слоем пропитанной лавсановой бумаги повышает его влагостойкость, причем, чем тонь- ше лист гетннакса, тем эффективнее воздейст- вие защитного слоя. Стеклогетинакс. На основе стеклянной бу- маги изготовляют опытно-промышленные пар- тии стеклогетинакса различных марок в зави- симости от вида связующего. По электриче- ским свойствам, теплостойкости и влагостойко- сти стелогетииакс находится на уровне соот- ветствующих марок стеклотекстолита, а по механическим — на уровне гетииаксов, изготов- ленных на основе целлюлозной или синтетиче- ской бумаги. Некоторые показатели качества стеклогетинакса марок СГ и СГЭФ приведены в табл. 13.4. ТЕКСТОЛИТ Текстолит на основе хлопчатобумажных тканей представляет собой слоистый прессо- ванный материал, изготовленный из двух или более слоев хлопчатобумажной тканн, пропи- танной феиолоформальдегидной смолой. Тек- столит применяется в ряде случаев традицион- но как электроизоляционный материал для экс- плуатации при температуре от —60 до +105 °C в условиях нормальной относительной влажно- сти. Электротехнический текстолит выпускает- ся в соответствии с ГОСТ 25500-82 и ГОСТ 2910-74. Классификация текстолита представ- лена в табл. 13.5. Отличительной особенностью текстолита является повышенное сопротивление раскалы- ванию и истиранию. В связи с тем, что для изготовления этого материала идет натуральное сырье — хлопчато- бумажные ткани, сфера применения текстолита постепенно сокращается за счет использования других видов слоистых пластиков. Для изго- товления текстолита (кроме марки Вч—тип 173) применяют хлопчатобумажные ткаии (по ГОСТ 9821-71) ЭИ-2, типа бязи Ti и Т2 (парусина ЭТ, карманная суровая ткань) по заводским техническим условиям, а для марки Вч — ши- фон по ГОСТ 9310-75. В качестве связующего используются лаки иа основе феиолоформаль- дегидных смол. Технологический процесс изго- товления текстолита состоит в следующем. Ткань пропитывают раствором смолы и высушивают при 100—120 °C на вертикальной пропиточной машине. Пропитанную ткаиь на- резают на листы, которые сортируют и укла- дывают в пачки. Прессование листов произво- дят в гидравлических многоэтажных прессах при 150—160 °C и давлении 6 МПа. По исте- чении времени выдержки в прессе при повы- шенной температуре листы текстолита охлаж- дают, снимают давление, вынимают и обреза- ют. В зависимости от применяемого оборудо- вания текстолит изготавливают листами дли- ной от 600 до 2480 мм, шириной от 450 до 1060 мм, толщиной от 0,5 до 50 мм. Листы текстолита по тем же причинам, что и гетинакс, могут иметь коробление. Нормы коробления указаны в ГОСТ 25500-82. Поверх- ность листов текстолита должна быть ровной, гладкой, без воздушных и газовых включений. Основные физико-мехаиические и электриче- ские показатели качества текстолита, включая лавсановый, поиведены в табл. 13.6.
316 Слоистые пластики, профильные стеклопластики Разд. 13 Таблица 13.2. Показатели качества гетинакса Показатель Тип ш 112 113 211 251 Плотность, кг/м3 1350—1450 1250-1350 1300—1450 1280—1400 1250—1350 Разрушающее напряжение при статическом изгибе перпен- дикулярно слоям, МПа, ие менее: вдоль листа 150/125 80 140/115 140/125 80 поперек листа 135/105 80 120/95 120/105 60 Разрушающее напряжение при растяжении, МПа, не менее: вдоль листа 100 95 110/100 90 60 поперек листа 80 65 80—70 70 45 Ударная вязкость по Шарли параллельно слоям на образ- цах с надрезом, кДж/м2, не менее: вдоль листа 8 поперек листа — •— —- — 12 Сопротивление раскалыванию 120 80 100 100 120 для листов толщиной 10 мм и более, кН/м, не мепее Теплостойкость по Мартенсу, 150 150 150 150 130 °C, не менее Стойкость к нагреванию в те- 125 130 150 130 180 чеиие 24 ч, °C, ие меиее Маслостойкость в трансформа- 105 105 105 130 130 торном масле в течение 4 ч, °C, не менее Коэффициент теплопроводно- сти, Вт/(м-°С) ТК 1 при 20—100 °C, °C-1 Модуль упругости прн растя- жении, МПа р, Ом-м, после кондициониро- 2,04—2,44 2-10-s—3, 10 000—18 10’ для всех типе 5-10—6 для в 000 для всех 107 )В сех типов типов 107 вания в условиях 24 ч/23 °C/ /93 %, не менее для листов толщиной до 3,8 мм ps, Ом, после кондиционирова- 108 Ю8 109 10» 10Ю ния в условиях 24 ч/23°С/ /93 % не менее Сопротивление изоляции после 5-10 5-10 5-10 24 ч воздействия дистилли- рованной воды при 23 °C, МОм, не менее tg б при 50 Гц не более: после кондиционирования 0,4 0,4 0,35 0,05 0,05 в условиях 96 ч/105°С/ /20 % после кондициоинрования 1,0 1,0 0,08 0,1 0,1 в условиях 24 ч/23 °C/ /93 % ег при частоте 50 Гц после 5,5 5,5 5,5 5,5 4,5 кондиционирования в услови- ях 96 ч/105°С/20 % не бо- лее Пробивное напряжение па- 20/16 40/32 40 раллельно слоям при рассто- янии между осями электро- дов (0 5—5,6 мм) 25 мм (одноминутиое проверочное испытание) в условиях 90°С трансформаторное мас- ло/кВ, не менее
§ 13.2 Листовые слоистые пластики 317 Продолжение табл. 13.2 Показатель Тип 111 112 113 211 251 Электрическая прочность пер- пендикулярно слоям (одно- мииутиое проверочное испы- тание) в условиях 90 °C/ /трансформаторное масло/ МВ/м, не менее для листов толщиной от 0,4 до 3 мм Водопоглощение, мг, для лис- тов толщиной, мм: —- — 15,7—8,4 12,6—6,7 15,8—13 14,6—10,2 — 0,5 417 417 162 —— 150 1,0 450 450 170 180 162 5,0 650 650 235 342 220 10,0 920 920 320 550 300 Примечания: 1. % в условиях кондиционирования означает влажность воздуха (здесь и в других таблицах). Условия кондиционирования соответствуют ГОСТ 6433.1-71. 2. Первая категория качества отличается от высшей только по показателям, поставленным в знаменателе. 3. Водопоглощение, здесь и далее выраженное в мг, измеряется по ГОСТ 4650-80 (метод А) на образцах, торцевая часть которых защищена связующим. Таблица 13.3. Штампуемость гетииакса Тип 111 112 | 113 211 251 в условиях Номинальная толщина, мм -ч? о4- о О’- о 04 О о о .5—35 -75% о о О О о .5—35 -75% ? is i i М/1 45— 0,5 2,00 2,00 2,00 2,00 1,00 0,6 1,67 1,67 1,67 1,67 0,83 0,8 1,25 1,25 1,25 1,25 0,63 1,0 1,50 1,50 1,50 1,50 1,00 1,2 1,25 1,25 1,25 1,25 0,83 1,4 1,07 1,07 1,07 1,07 0,71 1,5 1,00 1,00 1,00 1,00 0,67 1,6 1,25 1,25 1,25 1,25 0,94 1,8 1,11 1,11 1,11 1,11 0,83 1,9 1,05 1,05 1,05 1,05 — 2,0 1,00 1,00 1,00 1,00 0,75 Примечание. Здесь и в других таблицах штампуемость оценивается по ГОСТ 24649-81. Таблица 13.4. Показатели стеклогетинаксов Показатель сг СГЭФ Разрушающее напряжение при статическом изгибе для лис- тов толщиной 10 мм, МПа, не меиее 90 130 р, Ом-м, не менее: в исходном состоянии 10» Ю1г после кондиционирования в условиях 24 ч/23 °C/ /93 % 101» юн Электрическая прочность пер- пендикулярно слоям для об- разцов толщиной 1 мм при 50 Гц на воздухе при 20 ± ±2 °C, МВ/м, не менее 15 25 Теплостойкость по Мартенсу, °C, не менее 180 250 Таблица 13.5. Классификация текстолита Тип по ГОСТ 25500-82 Марка Код ОКП Связую- щее Диапазон толщин, мм Длитель- ная рабо- чая тем- пература, СС Назначение и отличительные свойства 171 А (ГОСТ 2910-74) 34 9112 0100 Феноль- ное 0,5—50 От —65 до +105 Ограниченное применение. Для работы в трансформаторном масле и на воздухе в услови- ях нормальной относительной влажности окружающей среды (ср = 45-^75 %, 15—35 °C) при 5б Гц, с повышенными элект- рическими свойствами
318 Слоистые пластики, профильные стеклопластики Разд. 13 Продолжение табл. 13.5 Тип по ГОСТ 25500-82 Марка Код ОКП Связу- ющее Диапазон толщин* мм Длитель- ная рабо- чая тем- пература, °C Назначение и отличительные свойства 171 Г(ГОСТ 2910-74) 34 9112 0300 0,5—50 То же То же, но с расширенными до- пусками по толщине 172 Б (ГОСТ 2910-74) 34 9112 0200 0,5—50 Ограниченное применение. Для работы иа воздухе в условиях нормальной относительной влажности окружающей среды (<р=454-75 %, 15—35°C) при 50 Гц, с повышенными элект- рическими свойствами 173 Вч(ГОСТ 2910-74) 34 9112 0400 0,5—8,0 Ограниченное применение. Для работы иа воздухе в условиях нормальной окружающей сре- ды (<р=454-75 %, 15—35 °C) при 106 Гц 161 АСТ-А (ГОСТ 16360-70) 34 9114 0100 6,0—60 От —65 до -f-130 Общего назначения. Для рабо- ты на воздухе в условиях нор- мальной относительной влаж- ности АСТ-Б (ГОСТ 1636-70) 34 9114 0200 4,0—60 То же То же, но более мелкая струк- тура 241 ЛТ (ГОСТ 2910-74) 34 9112 0500 Эпоксид- ио-ди- аиовое 0,3—50 От —65 до -f-120 Для работы на воздухе в ус- ловиях повышенной относи- тельной влажности окружаю- щей среды (<р=93±2 %, 40± ±2 °C) Текстолит на основе лавсановой ткани (марка ЛТ, тип 241) выпускают в соответствии с ГОСТ 25500-82 и ГОСТ 2910-74 иа основе лавсановой ткани (ГОСТ 15978-78), пропитан- ной эпоксифенолоформальдегидной смолой. Текстолит предназначен для работы при повышенной влажности, включая условия влажного тропического климата. Размеры лис- тов аналогичны указанным для текстолита на основе хлопчатобумажных тканей. Отличительной особенностью текстолита ЛТ является очень высокая влагостойкость и вследствие этого высокая стабильность элек- трических свойств во влажной среде. Этот ма- териал хорошо зарекомендовал себя в качест- ве изоляции, работающей в среде элегаза (SF6). Текстолит ЛТ хорошо штампуется без предва- рительного подогрева, работает на истирание, выдерживает высокие ударные нагрузки. Асботекстолит изготавливают методом го- рячего прессования двух и более слоев асбесто- вой ткани, пропитанной феиолоформальдегид- ной смолой. Асботекстолит применяют как элек- троизоляционный, низковольтный материал для работы на воздухе при нормальных климати- ческих условиях (при 15—35 °C и относитель- ной влажности 45—75 %), в частности для из- готовления клиньев, распорок роторов турбо- генераторов. Асботекстолит выпускают в соответствии с требованиями ГОСТ 25500-82 и ГОСТ 16360-70. Асботекстолит типа 161 изготавливают марок АСТ-А и АСТ-Б. Марка Б отличается от А бо- лее мелкой структурой и повышенными меха- ническими свойствами. Для изготовления мар- ки АСТ-А применяют асботкаиь марки АТ-2, а для АСТ-Б — асботкань марки АТ-1. Для изготовления асботекстолита ткань пропитывают на вертикальных пропиточных ма- шинах, сушка пропитанной ткани происходит при 95—120 °C. Резку, сортировку и сборку па- кетов производят аналогично текстолиту: прес- суют в гидравлических прессах при 150—160 °C и давлении 6—8 МПа. Физико-механические и электрические показатели качества асботексто- лита приведены в табл. 13.7. Стеклотекстолит. Листовой стеклотекстолит представляет собой листовой слоистый прессо- ванный материал, изготовленный из двух и бо- лее слоев стеклянной ткани, пропитанной раз- личными термореактивными связующими. Стек- лотекстолиты разных марок выпускают соглас- но ГОСТ 25500-82 и ГОСТ 12652-74. Класси- фикация листового стеклотекстолита дана в табл. 13.8. Пропитку стеклянной ткани лаком произ- водят на вертикальной пропиточной машине при 95—120 °C в зависимости от вида связую- щего. Стеклянные ткани, применяемые для из- готовления электротехнического стеклотексто- лита толщиной от 0,1 до 0,25 мм, изготовлен- ные из нитей алюмоборосиликатного стекла, со- держащего не более 0,5 % окислов щелочных металлов, должны соответствовать ГОСТ 19907-74. Стеклянные ткани могут быть изго- товлены с использованием в качестве замасли- вателя парафиновой эмульсии или «прямых» за- масливателей: политерпенового, амино- и эпоксисиланового и др. Применяют также термохимобработанные стеклоткани. Свойства стеклотекстолитов, изготовленных из термохим- обработанной стеклоткани или ткани, содержа- щей «прямой» замасливатель, значительно пре- вышают свойства стеклотекстолитов, изготов-
§ 13.2 Листовые слоистые пластики 319 Таблица 13.6. Показатели текстолита Показатель Тип 171 172 173 241 Плотность, кг/м3 Разрушающее напряжение при статичес- ком изгибе перпендикулярно слоям, МПа, неменее 1300—1450 1300—1450 1300—1450 1250-1350 вдоль листа 105/90 115/110 115/110 120 поперек листа Разрушающее напряжение прн растяже- нии, МПа, не меиее: 90/80 100/90 100/90 НО вдоль листа 50 55 90 100 поперек листа Ударная вязкость по Шарли параллельно слоям на образцах с надрезом, кДж/м2, не меиее: 35 45 70/45 50 вдоль листа 9,4/8,4 9,4/8,4 10,6/9,6 8,9 поперек листа Ударная вязкость перпендикулярно слоям, кДж/м2, не менее: 7,8/6,8 7,8/6,8 8,8/7,8 6,9 вдоль листа 12 15 12 25 поперек листа 10 13 13 20 Сопротивление раскалыванию для листов толщиной 10 мм н более, кН/м, не менее 225 235 225 250 Модуль упругости при растяжении, МПа ТК 1, °C-1 4-10—6,5-103 для всех типов 2,4-10~5 для всех типов Теплостойкость по Мартенсу, °C, не менее Теплопроводность, Вт/(м-°С) 135 | 135 0,3—0,4 для всех типов 135 130 Маслостойкость в трансформаторном мас- ле в течение 4 ч, °C, не менее Водопоглощение, мг, для листов толщиной, мм: 130 130 130 130 0,8 133 201 201 18 1,5 144 218 218 19 5,0 175 275 275 25 10,0 р, Ом-м, не меиее: 209 319 319 34 после кондиционирования в условиях 24 ч/23 °С/93 % для листов толщиной 10е 10» 10’ — до 3,8 мм, после кондиционирования в условиях 96 ч/40 °С/93 % > Для листов толщиной до 8 мм — — — 5-10е Сопротивление изоляции после кондицио- нирования в условиях 24 ч/23 °C/дистил- лированная вода, МОм 10/0,5 10/0,5 — — Пробивное напряжение параллельно слоям (одноминутное проверочное испытание) в условиях 90 °C/ трансформаторное масло, кВ, не менее 15 15 15 40 Электрическая прочность перпендикулярно слоям (одноминутное проверочное испы- тание) в условиях 90 °C/трансформатор- ное масло, МВ/м, для листов толщиной от 0,4 до 3 мм — — — 16,9—11,5 13,5—9,0 Примечание. Первая категория качества отличается от высшей только по показателям, поставлен- ным в знаменателе. ленных из стеклянной ткаии, содержащей за- маслнватель парафиновая эмульсия. Содержание связующего в пропитанной стеклоткани для различных марок стеклотекс- толита колеблется в пределах 28—45 %. Коли- чество летучих продуктов от 0,3 до 6 %. Про- питка, сортировка и сборка навесок и пакетов для прессования производится, как и для дру- гих листовых пластиков. Прессование стекло- текстолита производят на гидравлических прес- сах при 160—250 °C, давлении 1—8 МПа и вы- держке в прессе от 3 до 20 мин на 1 мм тол- щины прессуемого материала в зависимости от типа и марки. Стеклотекстолиты иа основе эпоксидных смол могут быть применены в из- делиях с рабочим напряжением свыше 1000 В
320 Слоистые пластики, профильные стеклопластики Разд. 13 Таблица 13.7. Показатели асботекстолита Показатель АСТ-А АСТ-Б Плотность, кг/м3 1500— 1700 1500— 1700 Разрушающее напряжение при статическом изгибе, МПа, не менее Ударная вязкость перпендику- лярно слоям образцов, выре- занных вдоль основы ткани, кДж/м2, не менее: 95 ПО ДЛЯ листов толщиной до 8 мм 20 20 от 8 до 60 мм 20 24 Сопротивление раскалыванию для листов толщиной 10 мм, кН/м, не менее 233 233 Модуль упругости при растя- жении, ГПа 14 10 Стойкость к кратковременно- му нагреванию, °C, ие менее 155 155 Маслостойкость в трансформа- торном масле в течение 4 ч, °C, не менее Водопоглощение, %, не более: 105 105 для листов толщиной до 5,0 мм — 5,0 от 5 до 8 мм 3,5 3,5 р, Ом-м, не менее Электрическая прочность пер- пендикулярно слоям ДЛЯ лис- тов, толщиной до 3 мм на воздухе при 50 Гц, МВ/м, не меиее 10’ 10’ 1,5 1,6 Пробивное напряжение парал- лельно слоям для листов толщиной 8 мм и более при 50 Гц и 20±2°С в трансфор- маторном масле, кВ, не ме- иее 8 8 тропического исполнения при условии дополни- тельной проверки изделий на работу в тропи- ческих условиях. Основные физико-механнческие и электри- ческие показатели качества стеклотекстолитов приведены в табл. 13.9. Стеклопластики на основе нетканых стек- ловолокнистых наполнителей. С целью эконо- мии стеклотканей последние годы начали ис- пользовать в качестве наполнителей нетканые материалы, из которых наибольшее применение нашел вязально-прошивной стеклонаполнитель марки ВПЭ-04 на политерпеновом замаслива- теле по ТУ 6-11.286-73. Физико-механические и электрические показатели стеклопластиков на основе этого материала находятся на доста- точно высоком уровне, но по сравнению со стек- лотекстолитом, изготовленным с применением стеклоткани, имеют несколько больший раз- брос вследствие более грубой структуры напол- нителя. Стеклотекстолиты на основе вязально-про- шивиого материала ВПЭ-04 (типы 131 н 231) являются более экономичными вариантами стеклотекстолитов типов 121 и 221. Полупроводящий стеклотекстолит предна- значен для уплотнения статорных обмоток крупных электрических машин. Изготовляется ои в виде плоских (марка СТЭФ-П) и гофри- рованных (марка СТЭФ-ПВ) листов по ТУ 16-503.168-78. Размер листов: ширина 450— 980 мм, длина 600—1480 мм, толщина 0,35— 5,0 мм. Двойная амплитуда волны стеклотек- столита СТЭФ-ПВ для толщин 0,4 и 0,6 мм должна быть 4 или 5 мм, для толщин 0,8 и 1,0 мм — 4 мм. Шаг волны (расстояние меж- ду смежными гребнями) — 50 мм. В качестве связующего для полупроводящего стеклотек- столита применяют состав из эпоксиднофе- нолоформальдегидной смолы и коллоидного графита. Физико-механические и электрические показатели качества стеклотекстолита марок СТЭФ-П и СТЭФ-ПВ должны соответствовать нормам, указанным в табл. 13.10. Рулонный стеклотекстолит РЭМ выпуска- ют длиной не менее 10 м, шириной от 600 до 1000 мм и толщиной от 0,3 до 0,8 мм. Мате- риал представляет собой прессованный слои- стый пластик нз стеклоткани, пропитан- ной эпоксиднофенолоформальдегидной смолой. Его изготовляют путем намотки иа оправку пропитанной стеклоткани с разделительным слоем из триацетатной или другой пленки. В процессе намотки производится уплотне- ние. Материал получают в соответствии с ТУ 16-503.023-81. Поверхность рулонного стекло- текстолита должна быть без пузырей, трещин и посторонних включений. Материал должен допускать изгибание вокруг оправки без изло- ма, расслоения и растрескивания. Показатели стеклотекстолита РЭМ Плотность, кг/м3, не менее..........1400 Разрушающее напряжение при растяже- нии, МПа, ие менее: в продольном направлении . . . 255 в поперечном направлении . . . 200 Водопоглощение, %, не более .... 1 Стойкость к кратковременному нагрева- нию, °C, не меиее................. 200 Маслостойкость в трансформаторном масле при 130 °C, ч, не менее ... 4 р, Ом-м, не менее: в исходном состоянии............10г3 после кондиционирования в услови- ях 24 ч/23 °С/93 % ............. Ю1? Электрическая прочность перпендику- лярно слоям, МВ/м, на воздухе при частоте 50 Гц не менее............. 20 tg б при 50 Гц не более ...... 0,02 Стеклопластик рулонный марки СР-ПЭИ представляет собой однослойный электроизоля- ционный материал, изготавливаемый методом отверждения стеклоткани, пропитанной поли- эфиримидным связующим. Технология его изго- товления в целом аналогична технологии про- изводства стеклолакоткаией. Материал пред- назначен для использования в системах изоля- ции электрических машин и аппаратов, рабо- тающих при температуре от —65 до +155 °C. Стеклопластик изготавливают в соответствии с ТУ 16-503.226-82 в рулонах шириной от 700 до 1150 мм в виде непрерывного полотна тол- щиной 0,2—0,4 мм. Показатели качества стеклотекстолита СР- ПЭИ приведены в табл. 13.11.
§ 13.2 Листовые слоистые пластики 321 Таблица 13.8. Классификация стеклотекстолитов Тип по ГОСТ 25500-82 Марка Код ОКП Связу- ющее Наполнитель Диапазон толщин, мм Длитель- ная рабо- чая тем- пература, °C Назначение н отличи- тельные свойства СТ(гост 12652-74) 22 9611 0400 Фенольное Стеклян- ная ткань 1,5-30 От—65 до+130 Общего назначения Для работы иа воздухе при нормальной относи- тельной влажности (ф = =45-ь75 %, 15—35 °C) при напряжении 1000 В, час- тоте тока 50 Гц 121 СТ-1 (ГОСТ 12652-74) 22 9611 0500 > То же 0,5—30 То же То же, но с более мел- кой н однородной струк- турой СТ-П (ГОСТ 12652-74) 22 9611 0700 > 0,5—3.5 От—65 до +155 То же, но с повышенной жесткостью при рабочих температурах 131 ст-нт (ГОСТ 12652-74) 22 9611 2200 * Неткан- ный стек- ломатериал 3,0—50,0 От -65 до+130 То же, но с более грубой структурой 221 СТЭФ (ГОСТ 12652-74) 22 9611 1500 Эпоксид- но-диа- иовое Стеклян- ная ткань 1,5—50,0 От—65 до+155 Для работы на воздухе прн нормальной относи- тельной влажности (ф = = 45^-75 %, 15—35 °C) при напряжении свыше 1000 В, частоте 50 Гц. а так- же для работы в услови- ях повышенной влажно- сти (ф=93±2 % при 40± ±2 °C) при напряжении до 1000 В и частоте 50 Гц. Высокая механиче- ская прочность при ком- натной температуре. Ста- бильность электрических свойств при повышенной влажности 221 СТЭФ-1 (ГОСТ 12652-74) 22 9611 1600 То же То же 0,5—50,0 То же То же, но с более одно- родной мелкой структу- рой 222 СТЭД (ГОСТ 12652-74) 22 9611 2900 > > > > 0,5—50 От—65 до+130 То же, но с более высо- кими механическими и электрическими свойства- ми для работы в транс- форматорном масле 223 СТЭБ (ГОСТ 12652-74) 22 9611 3000 Эпоксид- ио-тетра- бр ом ди- ановое > > 1,5—50,0 От—65 до+140 То же, но с пониженной горючестью 224 СТЭН (ГОСТ 12652-74) 22 9611 2800 Эпоксино- волачиое > > 0,5—50,0 От—65 до+155 То же, но с повышенны- ми механическими свой- ствами прн рабочих тем- пературах 225 СТ-ЭТФ (ГОСТ 12652-74) 22 9611 2400 Эпокси- трнфе- нольное » > 0,35—50,0 От—65 до+180 То же, но с повышенной теплостойкостью 226 СТЭФ-НТ (ГОСТ 12652-74) 22 9611 2100 ЭпоксиД- ио-диаио- вое Нетка- ный стек- ломатери- ал 2,0—50,0 От—65 до+155 То же, но с более грубой структурой и худшей ме- ханической обрабатывае- мостью 321 СТК (ГОСТ 12652-74) 22 9611 1000 Кремннй- оргаиичес- кое Стеклян- ная ткань 0,5—30,0 От—65 до+180 Для работы на воздухе при ф = 45—75 %, 15—35 "С при напряжении свыше 1000 В, частоте 50 Гц. а также для работы на воздухе в условиях по- вышенной влажности (ф=93±2 %, 40±2°С). при напряжении свыше 1000 В и частоте 50 Гц 322 ствк (ГОСТ 12652-74) 22 9611 2700 То же Ткань из кремнезем- ного стек- ловолокна 0,35—30,0 То же То же, но с высокой ста- бильностью электричес- ких свойств прн повы- шенной влажности СТЭФ-П, СТЭФ-ПВ (ТУ 16- 503-168- 78) 22 9611 1800 Эпоксид- но-днано- вое Стеклян- ная ткань 0,4—5,0 От—65 до+155 Обладает полупроводя- щими свойствами, пред- назначен для уплотнения обмоток в пазах элект- рических машин РЭМ (ТУ 16-503- 167-78) 22 9625 0100 То же То же 0,3—0,8 То же Рулонный материал для работы на воздухе при нормальной относитель- ной влажности (ф = 45-н 75 %, 15—35’0
322 Слоистые пластики, профильные стеклопластики Разд. 13 Таблица 13.9. Показатели стеклотекстолита Показатель Тип 121 131 221 222 223 224 225 231 321 322 Плотность, кг/м’ Разрушающее напряжение при статическом изгибе перпендикулярно слоям, МПа, не менее: вдоль листа поперек листа Разрушающее напряжение при растяжении, МПа, не менее: вдоль листа поперек листа Ударная вязкость по Шарли параллельно слоям иа об- разцах с надрезом, кДж/м2, не меиее: вдоль листа поперек листа Ударная вязкость перпенди- кулярно слоям, кДж/м2, ие менее: вдоль листа поперек листа Сопротивление раскалыва- нию, кН/м, ие менее Теплостойкость по Мартен- су. °C, не менее Маслостойкость в трансфор- маторном масле в течение 4 ч, °C, не меиее р, ОМ‘М, не менее для лис- тов толщиной до 8 мм: после кондиционирова- ния в условиях 24 ч/ /23 °С/93 % после кондиционирова- ния в условиях 96 ч/40 °C/ 93% ps, Ом, не менее после кон- диционирования в услови- ях 24 ч/23 °С/93 % Сопротивление изоляции по- сле кондиционирования в условиях 24 ч/23 °С/дистил- лированная вода, МОм, не меиее tg б при 10е Гц после воз- действия дистиллирован- ной воды при 23 °C в те- чение 24 ч не более ег при 10е Гц после конди- ционирования в условиях 24 ч/23 °С/дистиллнрован- иая вода, не более Пробивное напряжение па- раллельно слоям (одноми- нутное проверочное испы- тание) в условиях 90 °C/ /трансформаторное масло/ кВ, не менее Электрическая прочность перпендикулярно слоям для листов толщиной от 0,4 до 3,0 мм (одноминут- ное проверочное испыта- ние) в условиях 90 °C/ /трансформаторное масло/ мВ/м, не мене Водопоглощение, мг, для листов толщиной, мм: 0,5 1,0 5,0 10.0 1600— 1850 160/125 140/95 90 70 27'11 25/9 20 15 85 185 130 108 10’ 102/1,0 20/13 10,2—6,5 8,2-5,1 НО 128 289 491 1600- 1850 140/105 140/105 90 90 20 15 85 185 130 10’ 10’ 20/9 ПО 128 289 491 1600- 1900 390/320 340/280 300 200 45/40 37/30 60 50 170 200 130 101’ 1012 5-10*/ 102 0,04 5,5 35/28 16,1—11,5 13,5—9,0 17 18 25 34 1600- 1900 400 400 300 200 45 37 60 50 170 180 130 5-Ю1" 10'2 5-10* 0,04 5,5 40 14,2 17 18 25 34 1750— 2050 390 340 300 200 45 37 60 50 170 180 130 5-Ю10 10*8 5-10* 0,04 5,5 35 14,2 17 18 25 34 1600— 1900 400 340 300 200 45 37 60 50 170 150 130 10“ 10'2 5-10* 0,04 5,5 35 14,2 17 18 25 34 1700— 2000 390 340 250 200 45 37 60 50 170 280 130 10“ 10'2 5-10' 0,04 5,5 35 14,2 17 18 25 34 1600— 1900 340/320 340/320 220 220 45/40 37/30 60 50 170 200 130 10“ 1012 5-10*/ Ю2 0,04 5,5 35/28 17 18 25 34 1600— 1800 140/70 120/60 ПО 90 30 25 20 15 54 300 130 10» 109 Ю2/ 0,05 0,07 6,0 25/20 29 32 60 75 1600— 1800 140 120/100 100 80 20 15 70 300 130 10» 1010 10э 0,04 6,0 25/20 7 9 17 27 Примечание. Первая категория качества отличается от высшей только по показателям, поставлен- ным в знаменателе.
§ 13.2 Листовые слоистые пластики 323 Таблица 13.10. Показатели полупроводящего стеклотекстолита Показатель СТЭФ-П СТЭФ-ПВ Плотность 1600— 1900 1600— 1900 Разрушающее напряже- ние при статическом изгибе образцов, вы- резанных вдоль утка ткани, МПа, не менее 225 Стойкость к кратковре- менному нагреванию, °C, не менее р, Ом-м: 180 180 перпендикулярно слоям 20—3000 20—9000 параллельно слоям 0,03—30 0,03—90 Сохранность волны пос- ле 24 ч в распрямлен- ном состоянии при 100°C, %, не менее 60 гидная смола резольного типа. Листы шпона пропитывают раствором фенолоформальдегид- ной смолы и после подсушки укладывают в па- кеты в соответствии с требуемым расположе- нием волокон. Прессование пластиков ведут на гидравлических прессах при давлении 15—* 17 МПа и 145—155 °C. Готовые доски обреза- ют по торцам. Древеснослоистые пластики из- готовляют прямоугольной формы в виде листов толщиной менее 15 мм и плит толщиной от 15 до 60 мм. Древеснослоистые пластики выпуска- ют длиной 700—5600 мм, шириной 750— 1500 мм, толщиной 15—60 мм для марки ДСП-Б-э и 1—60 мм для марки ДСП-В-э. Древеснослоистые пластики изготовляются двух типов: цельные, склеенные из целых по длине листов шпона; составные, склеенные из нескольких листов шпона по длине, уложенных внахлестку или встык. Основные физико-меха- нические показатели качества древеснослоис- тых плит приведены в табл. 13.12, а листов ДСП-В-э —в табл. 13.13. По электрическим свойствам листы и пли- ты древеснослоистых пластиков марок ДСП- Таблица 13.11. Параметры стеклопластика СР-ПЭИ Показатель Толщина материала, мм 0.2 0,3 0,4 Содержание связующего, % 50—58 50—58 45-52 Содержание растворимого связующего, %, не более 5 5 5 Разрывная нагрузка, Н/см, не менее 300 300 300 Сопротивление надрыву в угловой скобе, Н, не менее Жесткость, Н*: 60 100 100 в исходном состоянии и после кондиционирования в условиях 24 ч/23 °С/93 % Пробивное напряжение, кВ, не менее: 80—400 150—600 150—600 В исходном состоянии 6 6 6 после кондиционирования в условиях 24 ч/23 °С/93 % 4,5 4,5 4,5 после кондиционирования в условиях 24 ч/150°С/воздух 6 6 6 • Методика описана в ТУ 16-503.226-82, ДРЕВЕСНОСЛОИСТЫЕ ПЛАСТИКИ Электроизоляционные древеснослоистые пластики представляют собой листовой мате- риал, изготовленный из листов древесного шпо- на, склеенных бакелитовыми смолами и спрес- сованных при высоких давлении и температуре. В некоторых случаях они используются взамен более дорогостоящих слоистых пластиков. Электроизоляционные древеснослоистые пластики выпускаются по ГОСТ 13913-78 двух марок: ДСП-Б-Э — древеснослоистый пластик электротехнического назначения с чередовани- ем 8—12 слоев с параллельным направлением волокон н одного слоя, в котором направление волокон перпендикулярно направлениям их в смежных слоях; ДСП-В-Э — древеснослоистый пластик электротехнического назначения с взаимно пер- пендикулярным расположением волокон во всех смежных слоях. Для изготовления пластиков используется шпон толщиной до 0,5 мм и фенолоформальде- Б-Э и ДСП-В-Э должны соответствовать пока- зателям, приведенным ниже: Ps, Ом, ие менее: после 4 ч при 60±2°С.............10*1 с последующей выдержкой 24 ч при 15—35°C и <р=45ч-75 %: после 24 ч в дистиллированной во- де при 20 ±2 °C................... Ю8 р, Ом-м, не менее: после 4 ч прн 60 ±2 °C с последую- щей выдержкой 24 ч при 15—35 °C и ф=45ч-75 %...................... Ю9 после выдержки 24 ч в дистиллиро- ванной воде при 20±2 °C ... . 10е tg6 при частоте 50 Гц, напряжении 1 кВ на толщине 3 мм, не более .... 0,1 8г прн частоте 50 Гц, не более .... 8 Испытание напряжением в течение 5 мин в трансформаторном масле при часто- те 50 Гц, кВ, не менее, перпендикуляр- но слоям: толщина 3 мм при 20±2°С ... 25 при 90±2°С.......................Ю
324 Слоистые пластики, профильные стеклопластики Разд. 13 Продолжение Параллельно слоям при расстоянии между центрами электродов 15 мм, кВ, не менее при 20±2°С .....................16 при 90±2°С....................... 8 Испытание напряжением стержневых образцов квадратного, прямоугольно- го или круглого сечения между коль- цевыми электродами при расстоянии между ними 420 ±2 мм при 60 ±5 °C в течение 60 мин без нагрева, пере- крытия и пробоя, кВ, не менее . . . 140 То же при расстоянии между кольцевы- ми электродами 100 мм при 20±2°С в течение 5 мин без нагрева, перекры- тия и пробоя, кВ, не менее .... 40 Таблица 13.12. Физико-механические показатели древеснослоистых плит ДСП-Б-Э дсп-в-э Показатель цель- ные Сос- тавные цель- ные соста- вные Плотность, кг/м3, не менее Влажность, %, не более Водопоглошение за 24 ч, %, не более для плит толщиной: 15—20 мм 25—50 мм 55, 60 мм 1300 6 3 2 1 1300 6 3 2 1 Разрушающее на- пряжение при растяжении вдоль волокон, МПа, ие менее 265 216 137 108 Разрушающее на- пряжение при сжатии вдоль волокон, МПа, не менее 157 152 122 118 Разрушающее на- пряжение прн статическом из- гибе вдоль во- локон, МПа, не менее 274 255 176 147 Ударная вязкость по Шарпи вдоль волокон наруж- ного слоя, кДж/м2, не ме- нее 78 69 29 59 Разрушающее на- пряжение при скалывании по клеевому слою, МПа, не менее 7,8 6,9 6,9 5,9 Продолжение табл. 13.2. Показатель ДСП-Б-Э ДСП-В-Э цель- ные сос- тавные цель- ные Сос- тавные Твердость торце- вой поверхно- сти, МПа, не ме- нее 196 196 Стойкость к на- греванию при температуре воздуха 105± ±2°C, ч С 4 24 Маслостойкость при температу- ре трансформа- торного масла 105±2°С, ч 6 Примечание. На образцах после определения стойкости к нагреванию и маслостойкости не должно быть пузырей, на кромках образцов не должно быть трещин с проникновением в них щупа толщиной бо- лее 0,08 мм по ГОСТ 882-75 на глубину более 5 мм. Таблица 13.13. Физико-механические показатели древеснослоистых листов ДСП-В-Э Толщина листов, мм 1Л Показатель сч I 1 7 7 1Л 1 7 7 со «э 50 со <0 со цельные составные Плотность, 1280 1250 кг/м3, не ме- нее Влажности, % 3—8 Водопоглоще- 15 10 7 5 10 7 5 ние за 24 ч, %, не более Разрушающее напряжение при растя- жении не ме- нее, МПа: вдоль во- локон 157 147 147 147 137 поперек волокон — 132 132 132 108 под углом 45° — 78 78 78 69 ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ ПРЕПРЕГИ Препреги марок ПО (обмоточные) изготав- ливаются на основе стеклянной ткани; в зави- симости от толщины ткани выпускаются ПО-01 (стеклоткань толщиной 0,10 мм), ПО-0,06 (стеклоткань толщиной 0,062 мм), ПО-0,043 (стеклоткань толщиной 0,043) н ПО-0,04 (с) по ТУ 16-503.197-80. Препрег марок ПЭ и ПЭ-1 является про- кладочным (ТУ 16-503.216-81), изготавливается из лавсановой бумаги (ПЭ — из бумаги с мас- сой 120 г/м2, ПЭ-1 — 25 г/м2).
§ 13.3 Профильные стеклопластики 325 Таблица 13.14. Показатели препрегов Показатель по ПЭ ПЭ-1 Код ОКП 34 9134 2100 34 9154 0601 34 9154 0602 Масса 1 м2, г — 550+100 120+30 Содержание связующего, %' 56—70 60—80 60—80 Содержание растворимой смолы, %' 92—100 90—100 90—100 Текучесть связующего, %, не менее 20 40 40 Толщина после опрессовки, мм — 0,35±0,05 0,06±0,02 Электрическая прочность перпендикулярно слоям при частоте 50 Гц и 15—35 °C, МВ/м, не ме- нее* — 20 20 Водопоглощение, %, не более* — 3 3 Эластичность (огибание вокруг оправки — визу- альная оценка) по ГОСТ 6806-73 Срок хранения, мес, ие менее: Без поврежде- ний — — при положительной температуре 6 3 3 при отрицательной температуре 6 6 6 * Свойства даны для опрессованных образцов. Пр имечанне. Водопоглощение здесь н далее выраженное в % измеряется по ГОСТ 4650-80 (метод А) иа образцах, торцевая часть которых не защищена связующим. Связующее в препреге находится в неот- вержденном состоянии, поэтому по мере необ- ходимости он перерабатывается методом горя- чего прессования при температуре не менее 120 °C, давлении не менее 1,0 МПа, выдержке не менее 20 мин с последующим охлаждением до 35—60 °C. Препрег ПО поставляют в рулонах шири- ной не более 1200 мм нли в роликах шириной 20—40 мм. Препрег ПЭ поставляют в рулонах шири- ной не менее 900 мм или в листах шириной не менее 200 мм и длиной 700 мм. Показатели качества препрегов приведены в табл. 13.14. 13.3. ПРОФИЛЬНЫЕ СТЕКЛОПЛАСТИКИ И СТЕКЛОПЛАСТИКОВЫЕ ТРУБКИ Профильные стеклопластики изготовляют методом протяжки ровинга (жгута) из стек- лянных нитей, пропитанного термореактивным составом без растворителя через формующую фильеру. В качестве связующего могут ис- пользоваться полиэфирные (на рабочие темпе- ратуры до 130°C), эпоксидные (на рабочие температуры до 150 и 155°C), полиэфиримид- ные составы (на рабочие температуры до 180 °C). Профильные стеклопластики — сравнитель- но новый и весьма перспективный материал. Непрерывная технология производства, ис- пользование сравнительно дешевых и доступ- ных наполнителей, высокие скорости про- тяжки, применение составов без растворителей, достаточно высокий уровень механических и электрических свойств, отсутствие необходимо- сти в механической обработке—все это вы- зывает постоянно растущий к ним интерес. Од- нако они имеют свои специфические особенно- сти, с которыми приходится считаться. Строе- ние профильных стеклопластиков предопреде- ляет сильную анизотропию свойств. Обладая очень высоким разрушающим напряжением при растяжении, профильные стеклопластики имеют очень низкое значение электрической прочности в этом направлении. Это обстоятельство яви- лось сдерживающим фактором применения стеклопластнковых профильных стержней в ка- честве основы полимерных подвесных изолято- ров вместо фарфоровых на линиях электропе- редачи, хотя выгода от такой замены несомнен- на. В настоящее время проводятся интенсивные исследования по созданию профильных стекло- пластиков, имеющих электрическую прочность вдоль волокон 7—12 МВ/м, что позволит соз- давать легкие подвесные изоляторы достаточно высокой надежности. Обладая высокой проч- ностью при растяжении и изгибе, профильные стеклопластики имеют низкую прочность на срез при отрыве волокон друг от друга, так как в этом случае наполнитель не работает. Исходя нз вышеизложенного наибольшее при- менение нашли профильные стеклопластики для изготовления деталей, не работающих на срез, например статорные пазовые клинья, трансформаторные рейки, изолирующие штан- ги, колодки, шпильки и т. п. С целью повышения прочности на срез раз- работаны различные виды поперечной армиров- кн. В частности, для повышения прочности па- зовых клиньев на срез разработана специаль- ная технологии упрочнения боковых граней клиньев, которая позволила успешно применить такой стеклопластик (марка СПП-ЭУ) для ро- торных клиньев. Профильные стеклопластики по поперечно- му сечению разделяются на два вида: 1) со сплошным сечением разной формы (прямо- угольной, трапецеидальной, круглой, полукруг- лой, сегментной и др.); 2) с кольцеобразным сечением (трубки). Материалы первого вида — прутки разной длины, обычно 4500 мм; мате- риалы второго вида — трубки, длина которых оговаривается потребителем и изготовителем. Профильные стеклопластики сплошного се- чения. В завнснмости от вида связующего н на-
326 Слоистые пластики, профильные стеклопластики Разд. 13 Таблица 13.15. Показатели профильных стеклопластиков Показатель СПП-П спп-э СПП-ЭУ СПП-ЭА СПП-ЭП СПП-БИД Плотность, кг/м3 1850— 1900— 1900— 1800— 1900— 1900— 2110 2100 2100 2100 2100 2100 Разрушающее напряжение при статическом изгибе перпен- дикулярно волокнам, МПа, не менее 250 900 700 900 900 Разрушающее напряжение при растяжении, МПа, не ме- нее 200 320 — — 600 Ударная вязкость по Шарпи перпендикулярно волокнам, кДж/м2, не менее 140 200 300 250 350 250 Водопоглощение, %, не более 1,0 0,5 0,2 0,2 0,2 0,7 Стойкость к кратковременно- му нагреванию, °C, не менее 200 200 200 200 200 250 ps, Ом, не менее Ю32 1013 1012 1012 1012 1012 Пробивное напряжение вдоль волокон, кВ, не менее 20 15 — 25 — 25 Разрушающее напряжение на срез вдоль волокон при 140±2 °C, МПа, ие менее 50 Примечание. Коды ОКП 22 9642 0900, СПП-ЭП — 22 9642 1100, для марок: СПП-П — 22 9642 0400, СПП-БИД — 22 9642 0300. СПП-ЭУ — 22 9642 1200, СПП-ЭА — значения их выпускают следующих шести марок: Вид связующего Полиэфирное Эпоксндиое . Марка про- фильного стеклопластика ТУ Полнэфири- мидное СПП-П спп-э СПП-ЭП СПП-ЭА СПП-ЭУ СПП-БИД 16-503.049-78 16-503.152-76 16-503.179-78 16-503.139-75 16-503.180-78 16-503.170-78 Поверхность стеклопластика должна быть ровной, однотонной, без расслоений, трещин и посторонних включений. Стеклопластик должен допускать распиловку поперек волокон без рас- щепления концов и без отслаивания пучков стекловолокна. Показатели качества профиль- ных стеклопластиков сплошного сечения приве- дены в табл. 13.15. Стеклопластнковые трубки представляют собой изделия с кольцеобразным поперечным сечением, изготовленные путем протяжки стек- ложгутов, пропитанных эпоксидным связую- щим, через специальную фильеру; применяются в качестве электроизоляционного материала и предназначены для длительной работы прн температуре от —65 до +155 °C. Стеклопласти- ковые трубки марки ТСПЭ выпускают по ТУ 16-503.163-77. Изготовляют их с внутренним диаметром 10—60 мм, толщиной стенки 2—6 мм (для диаметров 10—30 мм) и 4—10 мм (для диаметров 32 и 60 мм). Длина трубок огова- ривается при поставке. По соглашению между потребителем и изготовителем могут постав- ляться трубки с иными диаметрами и тол- щиной. Для изготовления трубок применяют ро- винг из стеклянных нитей, эпоксидную диано- вую смолу, отвердитель и ускоритель. Ровинг с бобин поступает в ванну со связующим и за- тем тянущим устройством протягивается через специальную фильеру, где формуется трубка требуемого диаметра. Фильера снабжена элек- трообогревом, обеспечивающим за время про- хода материала через нее отверждение связу- ющего. По выходе из фильеры готовые трубки обрезают на заданную длину. Внутренняя и наружная поверхности тру- .бок должны быть гладкими, ровными, без пу- зырей и посторонних включений. Края трубок должны быть ровно обрезаны, не должно быть расслоений н трещин на торцах. Трубки до- пускают механическую обработку (распиловку, фрезерование, сверление, точение) без образо- вания трещин и сколов. Стрела прогиба тру- бок не должна превышать 0,8 °/о при толшине трубок от 2 до 3 мм, 0,6 % прн толщине свы- ше. 3 до 6 мм и 0,4 % при толщине свыше 6 мм. Показатели качества стекло- пластиковых трубок. Код ОКП........................ 22 9651 2500 Плотность, кг/м3 ............ 1800—2200 Разрушающее напряжение, МПа, не менее: при статическом изгибе . 300 при сжатии вдоль оси , 150 Стойкость к кратковременно- му нагреву, °C, не менее . 180 Маслостойкость в трансформа- торном масле при 130 °C, ч, не менее........................... 4 р, Ом-м, не менее: в исходном состоянии* . 5-1012 после 24 ч в камере влаж- ности** ........................ Ю10 Пробивное напряжение перпен- дикулярно слоям при испы- тании на воздухе при 155 °C
§ 13.4 Поведение в эксплуатации 327 П родолжение н 50 Гц, кВ не менее, для толщины стенки, мм: '2................................. 12 3 14 4 16 5.......................• . 18 6 20 7 22 8 24 9 26 10 28 • При 15—35 °C и ф-45-и75 %. • • При 20 °C и ф~95 %. 0 ¥0 80 ТПМ60°В Рис. 13.3. Зависимость разрушающего напря- жения при сжатии слоистых пластиков перпен- дикулярно слоям от температуры: 1 — стеклотекстолит СТ-ЭТФ; 2 — стеклотекстолит СТЭФ; 3 — стеклотекстолит СТ; 4 — текстолит А; 5 — гетинакс I 13.4. ПОВЕДЕНИЕ В ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛИСТОВЫХ И ПРОФИЛЬНЫХ ПЛАСТИКОВ К числу важнейших внешних факторов, оказывающих влияние на качество листовых слоистых пластиков при эксплуатации деталей, изготовленных из этих материалов, относятся нагревание, увлажнение и тепловое старение. Рис. 13.4. Зависимость разрушающего напря- жения при статистическом изгибе стеклотексто- литов от температуры: I — стеклотекстолит СТЭФ: 2 — стеклотекстолит СТ-ЭТФ Рис. 13.1. Зависимость разрушающего напря- жения при растяжении гетинакса и текстолита Рис. 13.2. Зависимость разрушающего напря- жения при статическом изгибе текстолита и гетинакса от температуры: 1 — текстолит А; 2 — гетинакс I Рис. 13.6. Зависимость tgS слоистых пластиков при 50 Гц от температуры: 1 — гетииакс I; 2 — стеклотекстолит СТ; 3 — гети- накс V; 4— стеклотекстолит СТЭФ; 5 — стеклотексто- лит СТ-ЭТФ; 6 — стеклотекстолит СТК Рис. 13.5. Температурная зависимость динами
328 Слоистые пластики, профильные стеклопластики Райд. 13 Рис. 13.7. Зависимость р слоистых пластиков от температуры: 1 — стеклотекстолит СТК; 2 — стеклотекстолит СТ-ЭТФ; 3— стеклотекстолит СТЭФ; 4 — стеклотек- столит СТ; 5 — гетииакс V Рис. 13.10. Зависимость р от времени увлаж- нения слоистых пластиков при относительной влажности воздуха 93 % и 23 °C: / — стеклотекстолит СТЭФ; 2 — стеклотекстолит СТК: 3 — стеклотекстолит СТ; 4-гетииакс 1; 5 — тексто- лит А Рис. 13.8. Зависимость сопротивления изоляции слоистых пластиков от температуры: / — стеклотекстолит СТЭФ; 2 — стеклотекстолит СТК; 3 — асбогетинакс А-2; 4— стеклотекстолит СТ; 5 — ге- тинакс I Рис. 13.9. Зависимость при 50 Гц от вре- мени увлажнения слоистых пластиков при от- носительной влажности воздуха 93 % и 40 СС: / — гетииакс I; 2 — стеклотекстолит СТ; 3 —гети- накс IV; 4 — стеклотекстолит СТЭФ; 5 — тексто- лит ЛТ Влияние температуры на физико-механиче- ские и электрические свойства слоистых пласти- ков показано на рис. 13.1—13.8. Из рисунков видно, что увеличение температуры приводит к ухудшению прочностных и электроизоляци- онных свойств материалов. Отрицательное влияние увлажнения на электрические свойства слоистых пластиков ил- люстрируется рис. 13.9—13.11. Для повышения влагостойкости материалов в ряде случаев ис- Рис. 13.11. Зависимость сопротивления изоля- ции от времени увлажнения слоистых пласти- ков при относительной влажности воздуха 93 % и 40 °C: / — гетииакс ЛГ: 2, 4 — текстолит А: 3. 5 — гети- накс VI (2, 3 — поверхность образцов обработана лаком УР-231) Рис. 13.12. Зависимость водопоглощения за 24 ч от толщины слоистых пластиков: / — гетииакс I; 2 — текстолит А; 3 — гетииакс III пользуется лакирование изделий. Исключение составляют изделия, изготовленные из лавсано- вого гетинакса марки ЛГ, которые не требуют лакировки.
§ 13.4 • Поведение в эксплуатации 329 Недели. Рис. 13.13. Зависимость водопоглощения от длительности выдержки слоистых пластиков в воде: 1 — гетинакс 1: 2 — гетинакс VI1: 3 — текстолит Б; 4 — асбстекстолит; 5 — стеклотекстолит СТ Рис. 13.16. Зависимость электрической прочно- сти перпендикулярно слоям от времени старе- ния материалов прн 160 °C (измерения при 23 °C): 1 — стеклотекстолит СТ; 2 — гетинакс I Рис. 13.14. Изменение разрушающего напря- жения при статическом изгибе от времени ста- рения материалов при 160 °C (измерения при 23 °C): 1 — стеклотекстолит СТ: 2 — гетинакс I Рис. 13.17. Зависимость разрушающего напря- жения при статическом изгибе от времени ста- рения стеклотестолита СТ-ЭТФ при различных температурах (измерения при 23 °C): 2 — 260 °C; 2 — 240°С; 3 — 220 °C; 4 — 200 °C Рис. 13.15. Зависимость ударной вязкости от времени старения материалов при 160 °C (из- мерения при 23 °C): / — стеклотекстолит СТ; 2—гетинакс 1 Рис. 13.18. Зависимость электрической прочно- сти перпендикулярно слоям от времени старе- ния стеклотекстолита СТ-ЭТФ при различных температурах (измерения при 23 °C): / — 260 °C; 2 —240°С; 3 — 220 °C; 4 — 200 °C На рис. 13.12, 13.13 приведены зависимости водопоглощения слоистых пластиков от толщи- ны материалов и от времени их выдержки в воде. Зависимости изменения механических и электрических свойств пластиков при теп- ловом старении представлены на рис. 13.14— 13.19. Приведенные данные свидетельствуют о том, что созданные в последиее время материа-
330 Слоистые пластики, профильные стеклопластики Разд. 13 Рис. 13.19. Зависимость температурного уровня длительной работы стеклопластика СПП-БИД от относительного снижения ударной вязкости, принятого за критерий выхода материала из строя: 1 — изменение температурного индекса материала при ресурсе 5000 ч; 2 — изменение температурного индекса материала при ресурсе 20 000 ч лы, такие как гетинакс Л Г, стеклотекстолит СТ-ЭТФ. профильный пластик СПП-БИД, об- ладают улучшенным комплексом свойств и по- вышенной стойкостью к воздействию внешних факторов. 13.5. НАМОТАННЫЕ ИЗДЕЛИЯ НАМОТАННЫЕ ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ БУМАГИ И ТКАНЕЙ Классификация намотанных изделий даиа в табл. 13.16. Бумажио-бакелитовые трубки представ- ляют собой изделия с кольцеобразным попереч- ным сечением, состоящие нз слоев целлюлозной бумаги, лакированной термореактивиым фено- лоформальдегидным лаком; применяются глав- ным образом в высоковольтном электротехни- ческом оборудовании и аппаратуре в качестве барьерного электроизоляционного материала. Бумажно-бакелитовые трубки выпускают- ся по ГОСТ 8726-80 и предназначены для ра- боты в трансформаторном масле и иа воздухе при относительной влажности воздуха 45— 75 %, 15—35°С и 50 Гц. Трубки выпускают в диапазоне внутренних диаметров от 6 до 1200 мм (ранее в ГОСТ трубки диаметром свыше 80 мм назывались цилиндрами). Бумажио-бакелитовые трубки с внутренним диаметром 6—30 мм изготавливают с толщи- ной стенок от 1,5 до 10 мм и длиной от 200 до 1000 мм. Трубки с внутренним диаметром 32— 1200 мм изготавливают с толщиной стенок от 2 до 25 мм и длиной от 200 до 2200 мм. По соглашению между потребителем и изготовите- лем могут выпускаться трубки с диаметрами и длинами, отличающимися от приведенных. ГОСТ 8726-80 регламентирует только трубки марки ТБ — Код ОКП 34 9118 2020. Для изготовления трубок используются специальная электроизоляционная намоточная бумага толщиной 50 и 70 мкм с низкой впи- тывающей способностью и спиртовые растворы фенолоформальдегидных смол, содержащих в своем составе не более 12 % летучих продук- тов. В последнее время начали применять бу- магу толщиной 85 и 100 мкм по ГОСТ 1931—80 и ТУ 81-12-22-79 соответственно. На лакировальной машине намоточная бу- мага равномерно покрывается с одной стороны фенолоформальдегндным лаком. Далее бумага с лаковым слоем при прохождении через шахту лакировальной машины подвергается интенсив- ной тепловой обработке, в процессе которой удаляется большая часть летучих продуктов и происходят структурные изменения в лако- вом слое. При этом лак на бумаге переходит в такое состояние, при котором его клеяшие свойства могут проявляться только при воз- действии повышенных температур. На выходе машины лакированная бумага охлаждается до 15—25 °C и наматывается в рулон. Трубки изготавливают путем иамотки ла- кированной бумаги на металлические оправки с диаметрами, соответствующими внутренним диаметрам трубок. Намотка производится на специальных намоточных станках с электро- обогревом опорных валов и под воздействием давления прижимного вала. В период сопри- косновения нелакированной стороны бумаги с передним опорным валом, нагретым до 120— 170 °C, связующее на поверхности бумаги рас- плавляется, а в момент намотки на оправку под давлением прижимного вала происходит приклейка к предыдущему намотанному на оп- равку слою бумаги. Намотка лакированной бу- маги ведется до достижения заданного наруж- ного диаметра трубки. Далее намотанные трубки для отверждения связующего подвер- гают окончательной тепловой обработке в ка- мерных печах в течение нескольких часов при 120—140 °C. После охлаждения из трубок из- влекают оправки, обрезают трубки на задан- ную длину, зачищают их поверхность и не- сколько раз лакируют фенолоформальдегндным лаком с промежуточной тепловой обработкой поверхностного лакового покрытия в камерных печах после каждой лакировки. В последние годы расширяется использо- вание прогрессивного метода одновременной намотки и тепловой обработки бумажно-баке- литовых изделий. Тепловая обработка по это- му способу осуществляется посредством ин- фракрасных излучателей, установленных не- посредственно на намоточном станке н обогре- вающих последовательно каждый приклеенный поверхностный слой лакированной бумаги. Та- ким образом, по окончании намотки связующее в изделии полностью отверждено, необходи- мость в тепловой обработке его в камерных печах отпадает и изделие сразу же после на- мотки снимают с оправки. Наружная и внутренняя поверхности тру- бок должны быть гладкими без механических включений, пузырей, вздутий, складок н цара- пин, нарушающих целостность лакового покры- тия. Края трубок должны быть ровно обрезан? ными н не иметь расслоений с торцов. Мате- риал трубок должен допускать механическую обработку и при соблюдении режимов обработ- ки не должен расслаиваться при распиловке, сверловке, обточке и фрезеровке. Бумажно-бакелитовые трубки имеют резко выраженное чередование бумажных и смоля- ных слоев, вследствие чего облегчается проник- новение влаги с торцевых поверхностей вдоль
§ 13.5 Намотанные изделия 331 Таблица 13.16. Классификация намотанных изделий Тип материала, ГОСТ или ТУ Связую- щее Наполнитель Длительная рабочая температура, °C Назначение н свойства Бумажно-бакелитовые трубки по ГОСТ 8726-80 Феноль- ное Бумага из сульфатной целлюлозы От —65 до +Ю5 Для электротехническо- го оборудования широ- кого применения Бумажно-бакелитовые цилиндры крупнога- баритные по ТУ 16-538.075-75 То же То же От —60 до +105 Для работы на воздухе при нормальных усло- виях и в трансформатор- ном масле Бумажно-бакелитовые цилиндры по ТУ 16-538.016-75 » в / От —60 до +105 Для барьерной изоляции в маслонаполненных вы- соковольтных вводах Радиоконтурные цилин- дры и трубки по !У 16-538.025-80 в » » От —40 до +105 Для каркасов высоко- частотных контуров и высоковольтного обору- дования. Повышенная влагостойкость Фибробакелитовые труб- ки по ТУ 16-538.069- 70 в Для бумажно- бакелитовой части бумага из сульфатной целлюлозы От —60 до +50 Трубчатые разрядники на напряжение 3— 110 кВ Текстолитовые цилинд- ры и трубки по ТУ 16-503.032-75 в Хлопчатобу- мажная ткань В трансформа- торном масле от —65 до +105, на воздухе от 15 до 35 °C при влаж- ности от 45 до 75 % Для высоковольтного оборудования и аппара- туры Стеклоэпоксифенольные цилиндры и трубки по ГОСТ 12 496-77 Эпоксид- но-фе- нольное Стеклянная ткань От —65 до +155 Для высоковольтного электротехнического оборудования, работа- ющего в условиях нор- мальной и повышенной влажности Стеклоэпоксиноволач- ные цилиндры по ТУ 16-503-203-80 Эпоксид- ноиово- лачное То же От —65 до +155. Кратковременно, суммарно до 50 тыс. ч допуска- ется до 170 Для разного электро- технического оборудо- вания. Имеют повышен- ные механические свой- ства при 155 °C Нагревостойкие цилин- дры и трубки по ТУ 16-538, 155-77 Крем- нийор- ганиче- ское » » От —65 до +180 Для оборудования, рабо- тающего при повышен- ной температуре Стеклопластиковые тру- бы по ТУ 16-503.140-79 марок ТСПВ, ТСПМ, ТСПО, ТСПС Эпо- ксидно- диано- вое Стеклоровинг ТСПВ и ТСПМ от —60 до +90; ТСПО и ТСПС от —60 до +155 ТСПВ для воздухово- дов и вводов высоко- вольтных воздушных вы- ключателей, для работы на воздухе и в масле; ТСПМ для масляных трансформаторов и вы- ключателей; ТСПО об- щего применения для работы в масле и на воздухе; ТСПС для су- хих трансформаторов Стеклопластиковые ци- линдры по ТУ 16-503.219-81 То же В В трансформа- торном масле от —60 до +90 °C, на воздухе прн относительной влажности до 97 % и 35 °C Для работы в масле и на воздухе Стеклопластиковые ци- линдры для воздуш- ных выключателей по ТУ 16-538,150-78 В » Могут приме- няться от —60 до + 155 Для деталей воздушных выключателей
332 Слоистые пластики, профильные стеклопластики Разд, -13 Продолжение табл. 13.16 Тип материала, ГОСТ или ТУ Связую- щее Наполнитель Длительная рабочая температура, °C Назначение и свойства Стеклобандажные коль- ца для турбогенерато- ров по ТУ 16-503.164- 77 Эпоксид- но-диа- новое Стеклоровинг От —60 до +120 Крепление лобовых час- тей обмоток турбогене- раторов Стеклопластиковые на- жимные кольца для трансформаторов по ТУ 16-503.127-74 То же В трансформа- торном масле от —60 до +95; на воздухе от —60 до +155 Для осевой стяжки об- моток трансформаторов Стеклопластиковые трубки по ТУ 16-503.163-77 От —65 до +155 Для разного электротех- нического оборудования Конденсаторные втулки для высоковольтной аппаратуры по ТУ 16-538.070-76 Феноль- ное Бумага из сульфатной целлюлозы От —60 до +90 Для высоковольтных вводов Остовы для высоковольт- ных вводов по ТУ 16-538.325-78 Эпок- сидно- каучу - ковое То же От —40 до +95 Для высоковольтных вводов трансформатор- ного типа Намотанные прессован- ные текстолитовые стержни по ГОСТ 5385-74 Феноль- ное Хлопчатобу- мажная ткань От —65 до +120 Для работы в трансфор- маторном масле и на воздухе при нормальных условиях влажности слоев бумаги. Поверхностный лаковый слой на трубках не предотвращает внутреннее увлаж- нение, а лишь кратковременно задерживает его. Поэтому бумажно-бакелитовые трубки облада- ют более низкой влагостойкостью, чем гети- накс. При повышении рабочей температуры про- исходит заметное увеличение tg 6. При 90 °C его значение для бумажно-бакелитовых трубок достигает 0,05. ег трубок не превышает 5,0. Показатели качества трубок по ГОСТ 8726-80 приведены в табл. 13.17. Бумажно-бакелитовые крупногабаритные цилиндры изготовляют по технологии, полно- стью аналогичной технологии производства бумажно-бакелитовых трубок, и выпускают по ТУ 16-538.075-75. Цилиндры изготавливают внутренним диаметром от 405 до 1400 мм, тол- щиной стенки не менее 6 мм и длиной от 800 до 2000 мм. В отличие от бумажно-бакелито- вых трубок бумажно-бакелитовые крупногаба- ритные цилиндры имеют более высокие макси- мальные значения внутренних диаметров и расширенные допуски на размеры для этих диаметров. Код ОКП 34 91182010. Бумажно-бакелитовые цилиндры для вы- соковольтных маслонаполненных вводов явля- ются разновидностью бумажно-бакелитовых трубок и выпускаются по ТУ 16-538.016-75. Изготовляют их путем намотки на оправку или токоведущую трубу лакированной бумаги с фольговой обкладкой или без нее или с обмот- кой нелакированной бумаги с фольговой об- кладкой; применяют в качестве барьерного электроизоляционного материала в маслонапол- ненных высоковольтных вводах для длительной работы при температуре от —65 до +105 °C. Код ОКП 34 9118 3040. Цилиндры выпускают следующих марок: ЦБФ — цилиндр бумажно-бакелитовый с фоль- говой обкладкой внутри намотки; ЦБФО —ци- линдр бумажно-бакелитовый с фольговой об- кладкой на поверхности и последующей обмот- кой нелакированной бумагой поверх обкладки; ЦБФО/С —то же, что цилиндр марки ЦБФО, но составной; ЦБТ — цилиндр бумажно-баке- литовый, намотанный на токоведущей трубке; ЦБС — цилиндр бумажно-бакелитовый состав- ной (без токо веду щей трубы и фольговых об- кладок) . Размеры цилиндров указываются потреби- телем н не должны превышать: для марки ЦБФ — диаметр не более 250 мм, длина не более 1500 мм, для марки ЦБФО —диаметр 45—300 мм, длина не более 2100 мм, для марки ЦБФО/С — диаметр не более 420 мм, длина не более 2500 мм, для марки ЦБТ — диаметр 45—100 мм, длина не более 1500 мм, для марки ЦБС — диаметр не более 420 мм, длина не более 4000 мм. Технология изготовления цилиндров для маслонаполненных вводов аналогична техноло- гии производства бумажно-бакелитовых трубок с той лишь разницей, что намотка может вес- тись вместо оправки на токоведущую трубу н по ходу намотки на требуемом диаметре за- кладывается обкладка из медной или алюми- ниевой фольги. Составные цилиндры собира- ются из готовых на внутренних манжетах, так- же изготавливаемых из цилиндров соответству- ющих диаметров. Места соединений проклеи- ваются клеем БФ. Цилиндры всех марок по- ставляются с нелакированной поверхностью, вследствие этого увлажнение цилиндров проис-
§~«3$ Намотанные изделия 333 Таблица 13.17. Показатели бумажно-бакелитовых трубок Показатель Нормы ГОСТ для трубок внутренним диаметром, мм от 6 до 10 евыше 10 до 100 свыше 100 Плотность, кг/м3, не менее 1030 1050 1100 Разрушающее напряжение, МПа, не менее; при статическом изгибе — 80 — при сжатии вдоль оси — 40 — при скалывании — — 2 Маслостойкость в трансформаторном масле при 130 °C, ч, не 4 4 4 менее Стойкость к воздействию температуры в течение 24 ч, °C* 120 120 120 Ps, Ом, ие меиее: в исходном состоянии** 5-Ю11 5-10й 5-1011 после пребывания 24 ч в камере влажности*** 5-Ю9 5-10° 5-Ю8 tg 6 при 50 Гц** не более — 0,025 0,025 Пробивное напряжение перпендикулярно слоям при 50 Гц в трансформаторном масле при 90 °C, кВ, не менее для тол- щины стенок, мм: 1,5 25 22 — 2,0 27 26 27(28) 2,5 30 28 30(31) 3,0 34 30 34(35) 4,0 38 34 39(40) 5,0 41 38 42(43) 6,0 43 42 44(45) 7,0 — 45 45(46) 8,0 и более — 47 46(47) Пробивное напряжение параллельно слоям (для трубок с тол- — 27 29(30) щиной стенок свыше 8 мм) при 50 Гц в трансформаторном масле при 90 °C, кВ, не менее Испытание напряжением на поверхностный разряд в воздухе — 12 12 после 24 ч в камере влажности***, кВ, не менее * По отсутствию визуально обнаруживаемых вспучиваний и пузырей. •* В условиях ф=45ч-75 % при 15—35 °C. В условиях ф—95 % при 20 °C. Примечания: 1. Пробивное напряжение в трансформаторном масле при 90°C перпендикулярно слоям для трубок толщиной свыше 8 мм не проверяется. 2. Значения показателей пробивного напряжения в трансформаторном масле перпендикулярно и парал- лельно слоям прн 90 °C, указанные в скобках, установлены для трубок внутренним диаметром от 105 до 300 мм. ходит быстро и соответственно их физико-ме- ханические и электрические свойства несколько ниже, чем приведенные для бумажно-бакели- товых трубок. Так, разрушающее напряжение при скалывании составляет не менее 1,5 МПа, tg 6 ие превышает 0,03 (для бумажно-бакели- товых трубок соответственно 2,0 и 0,025). Фибробакелитовые трубки марки ТФБ так- же являются разновидностью бумажно-бакели- товых трубок и выпускаются по ТУ 16-538. 069-76; изготавливаются путем иамотки лаки- рованной бумаги на фибровую трубку с за- кладкой электрода из фольги или без него. При диаметре фибровой трубки от 8 до 20 мм наружный диаметр фибро-бакелитовых трубок составляет 33—72 мм, а длина — 283— 1080 мм. Технология изготовления фибробакелито- вых трубок аналогична технологии производст- ва бумажно-бакелитовых трубок. При намотке иа требуемом диаметре в случае необходимо- сти закладывается электрод из медной или алю- миниевой фольги. Трубки выпускаются с не- лакированной поверхностью. Стрела прогиба трубок не должна превы- шать 0,3 мм на длине 1 м. Плотность не ме- нее 1050 кг/м3, предел прочности на скалыва- ние не менее 1,5 МПа, испытательное напряже- ние на разряд по поверхности в воздухе не ме- нее 4 МВ/м. Код ОКП 34 9118 2040. Радиоконтурные цилиндры и трубки при- меняются главным образом для каркасов высо- кочастотных контуров и в высоковольтном электротехническом оборудовании и аппарату- ре как материал, обладающий повышенной влагостойкостью по сравнению с бумажно-ба- келитовыми трубками. Радиоконтурные цилиндры и трубки вы- пускают по ТУ 16-538.025-80 двух марок: ТР — трубки радиоконтурные и ЦР — цилинд- ры радиоконтурные. Они предназначены для работы преимущественно на воздухе при от- носительной влажности 45—75 % и 15—35 °C. Радиоконтурные трубки выпускают диаметром от 10 до 80 мм, толщиной стенки от 2 до 10 мм и длиной не менее 300 мм. Цилиндры вы- пускают диаметром от 82 до 150 мм, толщи- ной от 2,5 до 15 мм и длиной не менее 300 мм.
334 Слоистые пластики, профильные стеклопластики Разд. 13 Таблица 13.18. Показатели радиоконтуриых трубок и цилиндров Показатель ТР ЦР Код ОКП 34 9118 2090 34 9118 ЗОЮ Плотность, кг/м3, ие менее: для диамет- 1050 ров 10— 30 мм для днамет- 1070 ров 32— 80 мм для диамет- 1100 ров 82— 150 мм Водопоглощение 3 3 при 20°С после пребы- вания 24 ч в дистиллиро- ванной воде, %, не более ps, Ом, не менее: в исходном 101» 101» состоянии* после 24 ч в 10» 10» камере влаж- ности** р, Ом-м, ие менее: в исходном 101» 101» состоянии* после 24 ч в 107 Ю7 камере влаж- ности** tg 6 при 10» Гц не более: в исходном 0,05 0,05 состоянии* после 24 ч в 0,07 0,07 камере влаж- ности** Ег при 10» Гц не 9,0 9,0 более Пробивное напря- жение перпен- дикулярно сло- ям при 50 Гц в трансформатор- ном масле при 20 °C, кВ, ие ме- нее для толщи- ны стенок, мм: 2,0 16 2,5 18 18 3,0 22 22 4,0 26 26 5,0 30 30 6,0 34 34 7,0 38 38 8,0 40 40 9,0 42 42 10,0 44 44 Свыше 10,0 45 45 * В условиях Ф-45-75 % при 15—35 °C. ’* В условиях ф=95 % при 20 °C. Длину цилиндров и трубок и ее максимальное значение устанавливают по соглашению между потребителем н изготовителем. Также по со- глашению между ними могут выпускаться ци- линдры и трубки с внутренним диаметром и толщиной стенок, отличающимися от приве- денных. При изготовлении радиоконтуриых цилинд- ров и трубок используют электроизоляцион- ную пропиточную бумагу и спиртовые раство- ры фенолоформальдегидных смол. Пропитка бумаги производится на горизонтальных или вертикальных пропиточных машинах. Бумага после прохождения через ванну с лаком по- падает в сушильную шахту, где происходит удаление растворителя и летучих продуктов, выделяемых в начальной части реакции поли- конденсации. На выходе машины пропитанная бумага охлаждается до окружающей темпера- туры и наматывается в рулон. При этом лак теряет свои клеящие свойства и проявляет их только в условиях повышенных температур. Намотку трубок диаметром до 30 мм на оправку производят вручную, а затем их ука- тывают на намоточном станке без обогрева ва- лов и завершают процесс намотки на этом же стайке, но с включенным обогревом валов. На- мотку трубок с большим внутренним диамет- ром и цилиндров ведут на намоточных станках при температуре переднего вала 60—80 °C. Ко- нечная тепловая обработка производится в ка- мерных печах при 120—140 °C в течение не- скольких часов. После охлаждения трубок и цилиндров из них извлекают оправки, обреза- ют на заданную длину и зачищают торцы, внутреннюю и наружную поверхности. Трубки и цилиндры должны иметь ровно обрезанные края без расслоений и трещин с торцов. На их поверхности не должно быть вмятин, выкрашиваний смолы, складок и сле- дов срезанных пузырей. Изделия с толщиной стенок не менее 2,5 мм должны допускать об- точку, фрезерование, шлифование и нарезку метрической резьбы с шагом 0,5 мм без рас- слаивания и выкрашиваний. Стрела прогиба (кривизна) трубок не должна превышать 1 мм на длине 500 мм. Показатели качества радиокоптурных тру- бок и цилиндров приведены в табл. 13.18. В отличие от трубок по ГОСТ 8726-80 ра- диоконтурные трубки и цилиндры имеют менее резко выраженное чередование бумажных и смоляных слоев за счет глубокой пропитки бу- маги связующим и поэтому у них более низкое водопоглощение (на уровне гетинакса). Радио- контурные цилиндры и трубки вследствие та- кой структуры материала допускают также нарезку более мелких резьб без выкрашивания. Пониженное водопоглощение по отноше- нию к бумажно-бакелитовым трубкам делает более предпочтительным применение радио- контурных трубок и цилиндров для работы в электротехническом оборудовании, на воздухе, в помещениях. Текстолитовые цилиндры и трубки пред- ставляют собой изделия с кольцеобразным по- перечным сечением, состоящие из слоев хлоп- чатобумажной ткани, пропитанной термореак- тивным фенолоформальдегидным лаком; при- меняются главным образом в высоковольтном электротехническом оборудовании и аппарату- ре в качестве барьерного электроизоляционного
§ 13.5 Намотанные изделия 335 материала с повышенными физико-механиче- скими характеристиками. Текстолитовые цилиндры и трубки выпус- кают по ТУ 16-503.032-75. Код ОКП 34 9118 3070. Текстолитовые трубки выпускают диамет- ром 10—80 мм, с толщиной стенки 2,5—10 мм и длиной 630 и 830 мм. Цилиндры изготавли- вают диаметром 85—400 мм, толщиной 4— 20 мм и длиной 630 и 830 мм. По соглашению между потребителем и изготовителем могут выпускаться цилиндры и трубки с иными диа- метрами,- толщиной стенок и длиной. Производятся три марки текстолитовых трубок и цилиндров: ТХ — трубки иа основе хлопчатобумажной ткани, ЦХ1—цилиндры на основе хлопчатобумажной ткани массой не бо- лее 120 г/м2, ЦХ2 — цилиндры на основе хлоп- чатобумажной ткани массой более 120 г/м2. Цилиндры марки ЦХ1 изготовляют только диаметром 85—200 мм, а цилиндры марки ЦХ2 — диаметром 210—400 мм и длиной толь- ко 630 мм; трубки марки ТХ изготовляют диа- метром 6—80 мм, длиной до 1000 мм. Для изготовления трубок и цилиндров ма- рок ТХ и ЦХ1 используется шифон или хлоп- чатобумажная ткань марки ЭИ, а для произ- водства цилиндров марки ЦХ2 — хлопчатобу- мажные ткани марок Т1 и Т2. Для пропитки применяется спиртовой раствор фенолофор- мальдегндной смолы. Пропитку ткани и намотку трубок и ци- линдров производят аналогично технологии из- готовления радиоконтурных цилиндров и тру- бок. Текстолитовые цилиндры и трубки не дол- жны иметь на внутренней и наружной поверх- ностях вмятин, выкрашиваний, складок и сле- дов срезанных пузырей. На торцах не должно быть расслоений и трещин. Цилиндры и трубки допускают механическую обработку (фрезеро- вание, сверление и обточку) без образования трещин и сколов. Стрела прогиба трубок не должна превышать 0,8 %. Показатели качества текстолитовых цилин- дров и трубок приведены в табл. 13.19. В целях экономии натуральных тканей в настоящее время производство текстолитовых цилиндров и трубок планомерно сокращается. Во вновь создаваемом электротехническом обо- рудовании и аппаратуре целесообразно исполь- зовать различные виды стеклопластиковых ци- линдров и трубок, а также вновь разрабаты- ваемые намотанные изделия на основе рулон- ных синтетических волокнистых материалов. НАМОТАННЫЕ ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ СТЕКЛОНАПОЛ ИНТЕЛ Ей Стеклоэпоксифенольные цилиндры и трубки представляют собой изделия с кольцеобразным поперечным сечением, состоящие из слоев стек- лянной ткани, пропитанной эпоксифенолофор- мальдегидным лаком. Стеклоэпоксифенольные цилиндры и трубки выпускают по ГОСТ 12496-77 и подразделяют на три марки: ТСЭФ — трубки стеклотекстолитовые эпокси- фенольные, ЦСЭФ — цилиндры стеклотексто- литовые эпоксифенольные, ЦСЭФВ — цилинд- ры стеклотекстолитовые эпоксифенольные для малообъемных масляных выключателей. Трубки и цилиндры марок ТСЭФ и ЦСЭФ цреимуществеино предназначены для работы в Таблица 13.19. Показатели текстолитовых трубок и цилиндров Показатель Нормы ТУ ТХ ЦХ1 ЦХ2 Плотность, кг/м3, не ме- нее для диаметров, мм: 10—30 1050 32—80 1080 — — 85—400 —— 1150 1080 Разрушающее напря- жение, МПа, не ме- нее: при статическом изги- 70 бе трубок внутренним диаметром до 50 мм при сжатии вдоль оси 60 на скалывание — 2,5 1,5 Водопоглощение при 20 СС после 24 ч в ди- стиллированной воде, %, не более для тол- щины стенок, мм: до 3 6 свыше 3 до 5 5 5 5 свыше 5 до 10 4 4 4 свыше 10 — 3 3 Маслостойкость в тран- 130 130 130 сформаторном масле в течение 4 ч, °C, не ме- нее Пробивное напряжение перпендикулярно слоям при 50 Гц в трансфор- маторном масле 90 °C, кВ, не менее для тол- щины стенок, мм: 2,5 6,5 3,0 7,0 — — 4,0 9,0 9,0 8,5 5,0 11,0 11,0 10,5 6,0—8,0 13,0 13,0 12,5 9,0—10,0 15,0 15,0 14,5 свыше 10 — 17,0 16,5 трансформаторном масле и на воздухе в усло- виях нормальной относительной влажности ок- ружающей среды (относительная влажность 45—75 % при 15—35°C), а также для работы на воздухе в условиях повышенной влажности (относительная влажность 95 °/о при 20 °C) и при 50 Гц. Цилиндры марки ЦСЭФВ, кроме того, допускают работу при относительной влажности 95 °/о и 35 °C. Трубки марки ТСЭФ выпускают с внутрен- ним диаметром 10—100 мм, толщиной 2— 10 мм, (для трубок диаметром 10—80 мм) и 3—20 мм (для трубок диаметром 85—100 мм), длиной 650, 750, 850 и 950 мм. Цилиндры марки ТСЭФ выпускают внут- ренним диаметром 105—600 мм, толщиной 3—20 мм и длиной 650, 750, 850 и 950 мм. Цилиндры марки ЦСЭФВ выпускают внут- ренним диаметром 90—140 мм, толщиной 10— 20 мм и длиной 275, 300, 320, 420, 640 и 840 мм. По соглашению между потребителем и изгото- вителем могут поставляться трубки и цилинд- ры другими диаметром, толщиной и длиной.
336 Слоистые пластики, профильные стеклопластики Разд, 13 Для изготовления цилиндров и трубок в качестве наполнителя применяют электроизо- ляционную стеклянную ткань ЭЗ и конструк- ционную Т-13, а в качестве связующего — эпоксидную смолу, отверждаемую фенолофор- мальдегидной смолой резольного типа. Пропит- ку стеклоткани производят на вертикальных пропиточных машинах при прохождении ее че- рез ванну с раствором связующего. В дальней- шем в шахте машины при 80—100 °C происхо- дит сушка пропитанного материала. На выходе машины пропитанная стеклоткань охлаждает- ся до окружающей температуры и наматыва- ется в рулон. Намотку трубок и цилиндров на металли- ческие оправки с диаметром, соответствующим внутреннему диаметру изделия, осуществляют на специальных намоточных станках с электро- обогревом переднего опорного вала до 60— 90 °C. В этих условиях происходят размягчение связующего и под давлением прижимного ва- ла — склейка слоев материала между собой. По достижении заданного наружного диаметра оп- равку с заготовкой снимают со станка и поме- щают в камерную печь, где при 140—150 °C в течение нескольких часов производят оконча- тельную тепловую обработку. Затем! трубки и цилиндры снимают с оправок, обрезают на за- данную длину, зачищают их поверхность и при необходимости несколько раз лакируют эпок- сифенолоформальдегидным лаком с промежу- точной тепловой обработкой поверхностного покрытия в камерных печах после каждой ла- кировки. Наружная и внутренняя поверхности тру- бок и цилиндров должны быть ровными, без пузырей и посторонних включений, торцы — ровно обрезанными, на иих не допускаются тре- щины и расслоения. Цилиндры и трубки всех марок должны допускать механическую обра- ботку резанием без образования трещин и ско- лов. Цилиндры марки ЦСЭФВ поставляются только лакированными и в соответствии с ут- вержденным эталоном. Стрела прогиба трубок не должна превы- шать 0,8 °/о длины при толщине от 2 до 3 мм, 0,6 % при толщине от 3 до 5 мм и 0,4 % при толщине свыше 5 мм. Параметры стеклоэпок- сифенольных трубок и цилиндров приведены в табл. 13.20. Таблица 13.20. Показатели стеклоэпоксифенольных цилиндров и трубок Показатель Нормы ГОСТ ТСЭФ 1 ЦСЭФ 1 ЦСЭФВ Код ОКП 22 9651 0200 22 9651 0600 22 9651 0800 Плотность, кг/м3, не менее Разрушающее напряжение, МПа, не менее*: 1450 1500 1550 при статическом изгибе 200 — — при сжатии вдоль оси 80 — 100 иа скалывание Испытательное гидравлическое давление в течение 1 мин, МПа*, не менее при толщине стенки, мм: — 8,5 10 10—12,5 —— — 156 h/d*** 13—15 — — 130 hid*** 15,5—20 — — 100 hid*** Стойкость к кратковременному нагреву, °C, ие менее 165 165 165 Маслостойкость в трансформаторном масле при 130 °C, ч, не менее р, Ом-м, не менее: 4 4 4 в исходном состоянии* 5-Ю1» 5-Ю10 5-1010 после 24 ч в камере влажности** 10» 10» 10» tg 6 при 50 Гц* не более Пробивное напряжение перпендикулярно слоям при 50 Гц на воздухе при 155 °C, кВ, не менее для толщины, мм: — 0,025 0,01 2 9,0 10,0 — 3 н,о 12,0 — 4 13,0 14,0 — 5 14,0 15,0 — Пробивное напряжение параллельно слоям (для изде- лий с толщиной свыше 5 мм) при 50 Гц в трансфор- маторном масле при 90 °C, кВ, не менее 18 18 — Испытание импульсным напряжением перпендикулярно слоям на 1 мм толщины стенки, кВ* Испытание напряжением вдоль слоев после 48 ч в каме- ре влажности при 40 °C н относительной влажности 95 %, кВ*, не менее при длине, мм: 235—290 3,1 — — 60 300—350 — — 75 * В условиих ф = 45—75 % при 15—35 °C. ** В условиях ф™ 95 % при 23 °C. *** h — толщина стенки цилиндра; d — внутренний диаметр цилиндра.
§ 13.5 Намотанные изделия 337 Стеклоэпоксииоволачиые цилиндры анало- гичны стеклоэпоксифенольным, но изготовля- ются на другом связующем. Выпускаются они по ТУ 16-503.203-80; имеют повышенные меха- нические свойства прн 155 °C; применяются в качестве электроизоляционного материала при изготовлении электротехнического оборудова- ния, работающего при — 65->+ 155°C. Допус- кают кратковременное превышение температу- ры до 170 °C, суммарно не более 50 тыс. ч. Вы- пускают цилиндры только марки ЦСЭН внут- ренним диаметром 95—600 мм, толщиной сте- нок 3—20 ММ' и длиной 650, 750, 850 и 950 мм. По согласованию между потребителем и изго- товителем цилиндры могут производиться другими диаметром, толщиной и длиной. При изготовлении цилиндров марки ЦСЭН (в отли- чие от цилиндров стеклоэпоксифенольных) при- меняется полифункциональиая эпоксиноволач- иая смола, отверждаемая феиолоформальде- гидной новолачной смолой. Цилиндры марки ЦСЭН (Код ОКП 22 9651 3000) должны иметь следующие пока- затели: Разрушающее напряжение при статичес- ком изгибе, МПа, не менее: в исходном состоянии ............ 250 при 150 °C...................... 125 Стойкость к кратковременному нагреву, °C, не менее ....................... 200 Остальные параметры цилиндров марки ЦСЭН должны быть такими же, как для сте- клоэпоксифенольных цилиндров марки ЦСЭФ. Нагревостойкие цилиндры и трубки пред- ставляют собой изделия с кольцеобразным по- перечным сечением, состоящие из слоев стек- лянной ткани, пропитанной кремнийорганиче- ским лаком. Нагревостойкие цилиндры и трубки выпускаются двух марок: ЦСК — цилиндры стеклотекстолитовые кремнийоргаиические, ТСК — трубки стеклотекстолитовые кремннй- органические. Трубки марки ТСК изготовляют внутрен- ним диаметром 10—100 мм, толщиной стенок 2—10 мм и длиной 650 и 750 мм. Цилиндры производят внутренним диамет- ром 105—400 мм, толщиной стенки 4—10 мм и длиной 650, 750, 850 и 950 мм. По соглаше- нию между потребителем и изготовителем труб- ки и цилиндры могут выпускаться и с иными размерами. В качестве наполнителя для изготовления цилиндров и трубок применяют электроизоля- ционную стеклянную ткань типа ЭЗ, а в каче- стве связующего — кремнийорганический лак марки КО-926. Процессы пропитки, намотки н тепловой обработки нагревостойких трубок и цилиндров аналогичны технологии изготовле- ния стеклоэпоксифенольных цилиндров и тру- бок с той лишь разницей, что сушка пропитан- ной стеклянной ткани ведется при температуре шахты пропиточной машины 99—НО °C, намот- ка — при температуре переднего вала намо- точного станка 130—150 °C, а тепловая обра- ботка в камерных печах — по ступенчатому режиму с максимальной температурой 200 °C. Готовые трубки и цилиндры дважды покрывают кремнийорганической эмалью марки КО-911 с тепловой обработкой после каждой лакировки. Виутреиняя и внешняя поверхности трубок 12—232 Таблица 13.21. Показатели нагревостойких цилиндров и трубок Показатель ТСК ЦСК Код ОКП 22 9651 1600 22 9651 1700 Плотность, кг/м3, 1400 1500 не менее р, Ом*м, не менее: в исходном 10П 1011 состоянии* после 24 ч в 10» 10» камере влаж- ности** tg 6 прн 50 Гц не более: в исходном 0,03 СОСТОЯНИИ* при 180 °C — 0,20 Испытание напря- жением частотой 50 Гц перпен- дикулярно сло- ям в течение 1 мин в исход- ном состоянии, кВ, не менее для толщины стенок, мм: 2,0 4 3,о 9 — 4,0 11 17 5,0 12 18 6,0 13 19 от 7—10 20 20 * При 15—35 °C и <р=45~75 %. ** Пр>1 20 °C и <р=95 % и цилиндров не должны иметь следов срезан- ных пузырей, складок и вздутий. Торцы долж- ны быть ровно обрезаны и не иметь расслоений и трещин. Стрела прогиба трубок не должна превышать 2 мм на длине 500 мм. Изделия до- пускают механическую обработку (фрезерова- ние, распиловку и сверление) без расслоений. Показатели качества нагревостойких ци- линдров и трубок приведены в табл. 13.21. Намотанные стеклопластиковые изделия за последние годы получают все большее распрост- ранение и как новый вид намотанных изделий повышенной готовности, и как цилиндры и труб- ки, заменяющие стеклотекстолитовые изделия. Изготовленные методом пропитки стеклоровин- га (жгута, состоящего из определенного коли- чества стеклонитей) эпоксидным связующим с одновременной намоткой, стеклопластиковые изделия позволяют не только обеспечить эко- номию трудоемкой в производстве стеклоткани, но и получить материал с повышенными свой- ствами в заданном направлении. В отличие от стеклотекстолитовых цилинд- ров и трубок, длина которых зависит от шири- ны стеклоткани и обычно не превышает 1 м, стеклопластиковые изделия могут быть изго- товлены длиной несколько метров (до 6—10 м). При их производстве на поверхности изделия могут формоваться заданной конфигурации
338 Слоистые пластики, профильные стеклопластики Разд. 13 бортики, резьбы и т. п. В зависимости от диа- метра элементарного стекловолокна, вида свя- зующего и отвердителя, угла и метода намот- ки и других факторов существенно меняются физико-механические и электрические свойства стеклопластиковых намотанных изделий. Стеклопластиковые трубы представляют со- бой изделия с кольцеобразным поперечным се- чением, изготовленные путем намотки иа оправ- ку стеклонитей или ровинга, пропитываемых в процессе намотки эпоксидным связующим; при- меняются главным образом в высоковольтном оборудовании и аппаратуре в условиях нормальной и повышенной относительной влаж- ности воздуха; выпускаются по ТУ-503.140-79 нескольких марок. Трубы марки ТСПВ применяют для возду- ховодов и вводов высоковольтных воздушных выключателей при относительной влажности до 97 %, а также для работы в трансформатор- ном масле. Рабочая температура от —60 до +90 °C. Трубы этой марки выпускаются диа- метром 38—100 мм, толщиной стеики 4—10 мм н длиной до 6000 мм. Трубы марки ТСПМ применяют для узлов и деталей масляных трансформаторов и выклю- чателей для работы в трансформаторном мас- ле и на воздухе при относительной влажности до 97 % и + 35 °C. Рабочая температура от —60 до +90 °C. Трубы выпускают внутренним диаметром 90—140 мм, толщиной стенки 10— 20 мм и длиной до 1200 мм. Трубы марки ТСПО применяют как узлы или детали общего применения, работающие в трансформаторном масле при температуре от —60 до +90 °C или иа воздухе при относи- тельной влажности До 97 °/о и рабочей темпе- ратуре от —60 до +115 °C; выпускают внут- ренним диаметром от 38 до 400 мм, толщиной стенки от 4 до 40 мм и длиной до 6000 мм. Трубы марки ТСПС применяют Для узлов и деталей сухих трансформаторов, работающих на воздухе при относительной влажности до 97 % н температуре от —60 до +155 °C; вы- пускают внутренним диаметром 200—580 мм, толщиной стенки от 4—20 мм и длиной до 2000 мм. По согласованию между потребителем и изготовителем трубы всех марок могут изготов- ляться с иными размерами по диаметру н тол- щине. Для изготовления труб применяют стеклян- ные комплексные нити нли ровинг из стеклян- ных нитей, эпоксидио-диановую смолу, отвер- дитель или ускоритель. Нити с бобин, собира- емые в жгут (ровинг), поступают в пропиточ- ную ванну, где пропитываются связующим. Из- лишки связующего отжимаются обратно в ван- ну, а пропитанный жгут (ровинг) поступает на перемещающийся вдоль оправки укладчик и далее по установленному закону распределения укладывается на вращающуюся в опорах оп- равку. После намотки иа заданный размер про- изводят термообработку изделия на вращаю- щейся оправке до его полного отверждения, а затем снимают с оправки и обрезают на задан- ную длину. Внутренняя и наружная поверхности труб должны быть ровными, без пузырей и посто- ронних включений; торцы должны быть ровно обрезаны и не иметь расслоений. Допуск про- филя продольного сечеиия трубы 5 мм иа дли- не 1000 мм. Изделия допускают механическую обработку (фрезерование, точение, сверление) без образования трещин н сколов. Показатели качества стеклопластиковых труб приведены в табл. 13.22. Стеклопластиковые цилиндры аналогичны стеклопластиковым трубам по технологии, но отличаются от них размерами. Их выпускают по ТУ 16-503.219-81, и предназначаются они преимущественно для маломасляных выключа- телей на напряжение 10 кВ промышленной ча- стоты; имеют одну марку: ЦСПМ. Код ОКП 22 9651 0100; выпускаются по чертежу потре- бителя и имеют минимальные размеры: внут- ренний диаметр 90 мм; наружный 110 мм и дли- ну 630 мм. Цилиндры имеют на внутренней по- верхности бортик и уменьшенную толщину со стороны внутренней поверхности на краях ци- линдра. Требования к поверхности и механи- ческой обработке цилиндров такие же, как для стеклопластиковых труб. По плотности, разру- шающему напряжению при сжатии вдоль оси и на скалывание, стойкости к кратковременно- му нагреву, маслостойкости, удельному поверх- ностному сопротивлению, tg6, испытанию им- пульсом напряжения перпендикулярно слоям и водопоглощению нормы показателей должны быть такими же, как для стеклопластиковых труб марки ТСПМ. При испытании на разрыв гидравлическим давлением трубы должны вы- держивать 6 МПа. р в исходном состоянии должно быть не менее 5-Ю9 Ом-м, а после вы- держки 24 ч в камере с относительной влажно- стью 95 % и при 20°C — ие менее 1-107 Ом-м. Испытательное напряжение при 50 Гц вдоль слоев после 48 ч пребывания в камере влажно- сти при 40 °C н относительной влажности 95 % должно составлять 45 кВ на длине цилиндра 210—-275 мм. Испытательное напряжение для других длин цилиндра должно быть таким же, как для стеклопластиковых труб марки ТСПМ. Стеклопластиковые цилиндры для воздуш- ных выключателей являются такими же изде- лиями, как стеклопластиковые трубы, и изго- товляются по аналогичной технологии. Выпу- скают их по ТУ 16-538.150-78; предназначены для изоляции вводов, опорной изоляции и изо- ляции резисторов дугогасительиых модулей воздушных выключателей типа ВНВ иа напря- жение НО—1150 кВ частотой 50 Гц. Выпускают четыре марки цилиндров: ЦВ — цилиндры для вводов, ЦОМ — цилиндры опорные модуль- ные, ЦОМ-Д — цилиндры опорные модульные длинные, ЦОР — цилиндры опорные резистор- ные. Цилиндры изготовляются с установленной по чертежу потребителя конфигурацией наруж- ной и внутренней поверхностей и имеют основ- ные габаритные размеры: ЦВ — внутренний диаметр 266 мм, наруж- ный 390 мм н длина 1465 мм; ЦОМ —- внутренний диаметр 100 мм, на- ружный 155 мм и длина 1240 мм; ЦОМ-Д — внутренний диаметр 120 мм, наружный 155 мм н длина 2630 мм; ЦОР — внутренний диаметр 100 мм, на- ружный 155 мм и длина 615 мм. Внутренняя и наружная поверхности долж- ны быть ровными, гладкими; торцы цилиндров должны быть ровными, без расслоений и тре- щин. Поверхности цилиндров должны быть по- крыты эпоксифенольиым лаком (для цилиндров
§ 13.5 Намотанные изделия '339 Таблица 13.22. Показатели стеклопластиковых труб Показатель тспв тспм тспо тспс Код ОКП 22 9642 0500 22 9642 0700 22 9642 0800 22 9642 0600 Плотность, кг/м3 Разрушающее напряжение, МПа, не менее: 1800—2000 1800—2000 1800—2000 1800—2000 при статическом изгибе — — 250 при сжатии вдоль оси 150 150 150 150 на скалывание — 9 —• 10 Давление воздуха при испытании на герметичность, МПа 4,0 — —• — Испытание на разрыв гидравлическим давлением, МПа —— 200 — — Испытание импульсом сжатого воз- духа, МПа 3,2 — —• — Испытательная напряженность час- тотой 50 Гц по поверхности, МВ/м 0,265 — — — Стойкость к кратковременному нагре- ву, °C, не менее р, Ом-м, не меиее: 165 165 165 в исходном состоянии* 5-Ю11 5-1011 5-10“ 5-10“ после 24 ч в камере влажности** ps, Ом не менее: 10» 109 10» 10е в исходном состоянии* 10“ 1014 10“ — после 24 ч в камере влажности** юн 10й 10“ — tg 6 при 50 Гц не более Пробивное напряжение перпендику- лярно слоям при 50 Гц и 155 °C, кВ, не менее для толщины стенок, мм: 0,015 0,015 4,0 — —- 13 14 5,0 — — 14 15 6,0 — — 16 16 7,0 — — 18 18 8,0 — — 20 20 9,0 —— — 22 22 10,0 — — 24 24 Электрическая прочность параллель- но слоям в трансформаторном мас- ле при 90 °C, МВ/м, не менее — — 0,5 — Испытание импульсом напряжения перпендикулярно слоям на 1 мм толщины, кВ — 3,5 — Испытание напряжением на разряд по поверхности после 24.ч в камере влажности, кВ, не меиее** Испытательное напряжение при 50 Гц вдоль слоев после выдержки 48 ч в камере влажности при 40 °C и от- носительной влажности 95%, кВ, ие менее при длине, мм: 12 275—290 75 60 —— 25 300—350 — 75 — 360—400 — 90 —— — 410—500 — 100 — 500 и более — 120 — —- Водопоглощение при 20 °C после вы- держки в дистиллированной воде, %, не более 0,5 0,6 0,6 —- • При 15—35 °C и <р»45ч-75 %. ** После выдержки при 20 °C и ф = 95 %. 12*
340 Слоистые пластики, профильные стеклопластики Разд. 13 Таблица 13.23. Показатели стеклопластиковых цилиндров для воздушных выключателей Показатель цв цом цом-д ЦОР Код ОКП 22 9651 1100 22 9651 1200 22 9651 1300 22 9651 1400 Испытательное внутреннее давление, МПа 12 12 12 — Давление воздуха при испытании на герметичность, МПа 6 6 6 — Разрушающее внутреннее давление, МПа, не менее 25 25 25 — Водопоглощение после выдержки 24 ч в дистиллированной воде при 23 °C, не более 0,4 0,4 0,4 0,4 tg 6 при 50 Гц не более* Электрическая прочность параллель- но слоям при 50 Гц, МВ/м, не ме- иее: 0,05 0,05 0,05 0,10 в исходном состоянии* 2,0 2,0 2,0 4,0 при 155 °C — — —. 3,0 Испытательное напряжение, кВ: промышленной частотой в течение 5 мии 300 265 490 300 полным грозовым импульсом 625 600 1190 625 • При 15—35 °C и ф=45~75 %. марки ЦОР — лаком, МЛ-92). Цилиндры долж- ны выдерживать без снижения механических и электрических свойств три цикла изменения температуры от —60 до + 60 °C с выдержкой при каждой из указанных температур в тече- ние 5 ч. Показатели качества цилиндров для воздушных выключателей приведены в табл. 13.23. Стеклопластиковые кольца представляют собой изделия с кольцеобразным поперечным сечением, изготовленные путем намотки иа оп- равку стекложгута с пропиткой в процессе на- мотки эпоксидным связующим. Стеклопласти- ковые кольца изготавливаются с применением основных материалов и по технологии, анало- гичным производству стеклопластиковых труб. Промышленностью выпускаются два типа стек- лопластиковых колец: бандажные для турбо- генераторов и нажимные для трансформаторов. Стеклопластиковые бандажные кольца для турбогенераторов изготавливаются одной мар- ки КСБ по ТУ-503764-77. Стеклопластиковые бандажные кольца из- готовляют по чертежу потребителя в пределах значений наружных диаметров от 1400 до 3950 мм и высотой от 50 до 850 мм. По со- гласованию между потребителем и изготовите- лем, могут изготовляться кольца других разме- ров и конфигураций. Внутренняя и боковая поверхности колец должны быть ровными, гладкими, без пузырей и трещин. Ребра колец с внутренней и наруж- ной поверхностью должны быть зачищены. Показатели стеклопластиковых бандажных колец: Код ОКП...................... 22 9651 2000 Плотность, кг/м3 ............ 1700—2000 Содержание неполимеризован- иой смолы, °/о, не более . 10 Разрушающее напряжение при сжатии поперек волокон, МПа Продолжение не менее: в исходном состоянии* , 70 при 120 °C.............. 30 Разрушающее напряжение при статическом изгибе, МПа, не менее: в исходном состоянии* . 700 при 120 °C..................... 155 Модуль упругости при изгибе, МПа, не меиее............... 2,8-101 р перпендикулярно плоскости кольца в исходном состоянии.*, Ом-м, не менее.............. 109 ps перпендикулярно плоскости кольца в исходном состоя- нии*, Ом, ие менее .... 10й Электрическая прочность пер- пендикулярна плоскости коль- ца при 50 Гц в трансформа- торном масле, МВ/м, ие ме- иее ............................ - 8 * При 15—35 °C и ф-=45л75 %. Стеклопластиковые нажимные кольца для трансформаторов выпускаются только одной марки КСН по ТУ 16-503.127-74. Стеклопластиковые нажимные кольца из- готовляют внутренним диаметром 125—700 мм, внешним диаметром, 190—1000 мм и высотой от 6—80 мм. По согласованию между потреби- телем и изготовителем могут изготовляться на- жимные кольца с иными размерами. Требования к качеству поверхности нажим- ных колец такие же, как к бандажным коль- цам. Нажимные кольца должны допускать ме- ханическую обработку (обточку, фрезерование и сверление) без образования трещин и сколов.
§ 13.6 Конденсаторные втулки и основы для вводов 341 Показатели качества стеклопластиковых нажимных колец Код ОКП..................... 22 3651 7000 Плотность кг/см3 ........... 1900—2100 Содержание неполимеризован- ной смолы, %, не более . . 10 Разрушающее напряжение при статическом изгибе перпенди- кулярно плоскости кольца, МПА, не менее...................... 560 Ударная вязкость, кДж/м2, ие меиее.............................. 196 ps Ом, не менее.................... Ю1? Испытательное напряжение пер- пендикулярно плоскостям кольца при 50 Гц и 90 °C в трансформаторном масле иа 1 мм высоты кольца, кВ, не менее......................... 3,0 tg 6 при 50 Гц в исходном со- стоянии* не более .... 0,03 Содержание связующего, % 20—30 ♦ При 15—35 °C и <р — 45-^-75 %. 13.6. КОНДЕНСАТОРНЫЕ ВТУЛКИ И ОСТОВЫ ДЛЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ВВОДОВ Конденсаторные втулки (см. табл. 13.16) представляют собой изделия с кольцеобразным поперечным сечением, изготовленные методом намотки на медные или латунные трубки или стержни бумаги, лакированной термореактив- ным фенолоформальдегидным лаком с проклад- кой в процессе намотки на расчетных диамет- рах в соответствии с чертежом алюминиевых фольговых прокладок. Конденсаторные втулки изготовляют на напряжение 35 кВ; оии пред- назначены для работы в аппаратах высокого напряжения наружной установки; подразделя- ются на марки: ВТИ-Т — втулки с твердой изоляцией на трубке; ВТИ-С — втулки с твер- дой изоляцией на стержне. Втулки марки ВТИ-Т выпускают со следую- щими размерами изоляционной части: внутрен- ний диаметр (наружный диаметр медной или латунной трубки) 32 мм, внешний диаметр 82 мм н длина 920 мм. Код ОКП 34 9118 1020. Втулки марки ВТИ-С выпускают 13 типораз- меров в пределах: внутренних диаметров (на- ружных диаметров медного стержня) 22 — 60 мм, наружных диаметров 82—118 мм и длин 920—1154 мм. Код ОКП 34 9118 1010. Втулки обеих марок в соответствии с чертежом имеют концевые конусные части. Для изготовления конденсаторных втулок применяют те же материалы (намоточная бу- мага и лак), что и в производстве бумажно- бакелитовых трубок. Технология лакировки бу- маги, намотки изделия и его тепловой обработ- ки также аналогичны с той лишь разницей, что в процессе намотки на заданных диаметрах в тело наматываемой втулки закладывают алю- миниевые прокладки, служащие обкладками ци- линдрического конденсатора. Количество обкла- док обычно составляет 9—11. Медные трубки или стержни, на которые наматываются втулки, после термической обработки изделий не из- влекаются из них и служат при эксплуатации токопроводниками. После термообработки втулки протачивают на конусы с обеих сторон, а в средней части протачивается канавка, в ко- торую плотно укладывается бандаж из медной проволоки, электрически соединяемый с послед- ней заземляемой обкладкой. Готовые втулки лакируют по поверхности и торцам фенолофор- мальдегидным и затем масляным лаком типа МЛ-92 с последующей тепловой обработкой после каждого покрытия. Конденсаторные втулки должны иметь ров- ную, без пузырей и вздутий поверхность. Мед- ная (латунная) 'рубка или стержень должны сидеть в теле втулки плотно, не проворачиваясь и не сдвигаясь вдоль оси. Втулка должна иметь плотную иамотку слоев бумаги и обкладок по всему сечению. Осевое и радиальное располо- жение обкладок должно соответствовать чер- тежу. Показатели качества конденсаторных втулок: Плотность образцов, вырезанных из втулки (без фольги), кг/м3, не менее 1050 Испытательное напряжение частотой 50 Гц, кВ, не менее................ 105 tg6 прн 10 кВ и 50 Гц не более . . 0,015 Маслостойкость в трансформаторном масле при 105 °C, ч, ие менее . . 6 Испытательное импульсное напряже- ние, кВ, не менее: полной волной 1,2/50 мкс ... 195 срезанной волной 2—5 мкс , 240 Остовы для высоковольтных вводов (см. табл. 13.16) представляют собой изделия с кольцеобразным поперечным сечением, изготов- ленные методом намотки на медные или латун- ные трубы бумаги, лакированной крезолофор- мальдегидным или композиционным эпоксид- ным лаком, с нанесением в процессе намоткн печатным способом уравнительных обкладок из полупроводящего состава. Остовы с твердой изоляцией предназначаются для высоковольт- ных вводов трансформаторного типа иа напря- жение НО кВ, работающих при температуре окружающего воздуха от —40 до +55 °C н температуре масла в трансформаторах до +95 °C; имеют укороченную нижнюю часть, устанавливаемую в трансформаторы без фар- форовой рубашки, что позволяет существенно сократить габариты трансформаторов; выпу- скаются по ТУ 16-538.325-78 и поставляются по чертежам потребителя; имеют следующие ори- ентировочные габаритные размеры: внутренний диаметр 40—60 мм, наружный — 140—180 мм и длину 1400—1800 мм. Код ОКП 34 9118 1030. Для изготовления остовов применяют на- моточную электроизоляционную бумагу, кре- золоформальдегидный или композиционный эпоксидный лак. Лакировка бумаги иа горизон- тальной лакировальной машине и намотка ос- това на специальном намоточном станке, снаб- женном устройством для печатания обкладок, производятся по технологии, аналогичной про- цессу производства бумажно-бакелитовых тру- бок, но с повышенными температурными режи- мами лакировки и намотки. В процессе намот- ки остова на медную трубу электронный тол- щиномер по заданной программе включает механизм печатающего устройства намоточного станка и на бумагу с нелакированной стороны перед ее поступлением на намоточные валы,
342 Слоистые пластики, профильные стеклопластики Разд. ГЗ без остановки движения, наносится полупрово- дящнй печатный раствор. Ширина и длина на- несенного слоя строго регламентированы для каждого номера обкладки. Количество обкла- док составляет 30—50. Затем остовы подверга- ют тепловой обработке для отверждения свя- зующего и механической обработке в соответ- ствии с чертежом. Поверхность готового остова лакируют эпоксидным компаундом холодного отверждения. Остовы должны иметь гладкую лакирован- ную поверхность, без трещин и пузырей. Верх- ний и нижний концы должны быть залиты эпоксидным компаундом. На цилиндрической части должно быть отверстие до медной плас- тины, наложенной на последнюю заземляемую обкладку. Токоведущая труба в остове не дол- жна проворачиваться и смещаться вдоль осн. Электрические показатели остовов с твердой изоляцией на 110 кВ: tg6 при 50 Гц н напряжении 37 кВ, %, не более....................... 0,009 Прирост tg 6 при изменении напряже- ния от 37 до 148 кВ, ие более . . 0,25 Испытательное напряжение частотой 50 Гц, кВ, одиоминутиое .... 265 Испытание напряжением при плавном подъеме, кВ......................... 295 Импульсное испытательное напряже- ние, кВ: полной волной 1,2/50 мкс . . . 480 срезанной волной 2—5 мкс . . 600 Остовы должны быть стойкими к теплово- му пробою прн погружении нижней части в трансформаторное масло с температурой 90 °C при температуре окружающего воздуха 15— 35 °C. После нагрева остова в течение не ме- нее 10 ч до стабилизации tg6 и емкости с по- следующим приложением напряжения 98 кВ в течение не менее 3 ч tg 6 и емкость должны оставаться неизменными и величина тангенса угла диэлектрических потерь не должна быть более 0,019. Остовы должны быть герметичными при 15—35 °C и давлении воздуха 0,14 МПа в те- чение 15 мин. При этом не должно быть при- знаков прохождения воздуха вдоль слоев изо- ляции н в местах заливки компаундом у трубы. 13.7. НАМОТАННЫЕ ПРЕССОВАННЫЕ ТЕКСТОЛИТОВЫЕ СТЕРЖНИ Стержни представляют собой слоистый ма- териал с круговым поперечным сечением, изго- товленный путем намотки и прессования хлоп- чатобумажной ткани, пропитанной фенолофор- мальдегидной смолой, применяются в качестве электроизоляционного материала в электротех- нической аппаратуре. Код ОКП 34 9113 0200. Текстолитовые стержни изготавливают сле- дующих диаметров: 8, 13, 18, 25, 40, 50 и 60 мм. Длина стержней 350, 500 и 550 мм. По соглашению между потребителем и изготови- телем могут выпускаться стержни других диа- метров и длин. Для изготовления стержней применяют хлопчатобумажные ткани марок ЭИ-2, ЭТ и Т н фенолоформальдегидный лак. Пропитка хлоп- чатобумажной ткаии производится на верти- кальных пропиточных машинах, после тепло- вой обработки в машине связующее на ткани переходит в состояние, при котором его клея- Таблнца 13.24. Показатели намотанных прессованных текстолитовых стержней Показатель Нормы для стержней диаметром, мм 8 13 18 25 40 50 60 Плотность, кг/м3 1300— 1280— 1250— 1250— 1250— 1250— 1250— 1400 1400 1380 1380 1380 1380 1380 Разрушающее напряжение при статическом изгибе, МПа, не ме- нее* —- — — 120 100 100 100 Разрушающее напряжение при рас- тяжении, МПа, не меиее* 90 80 50 50 40 40 40 Водопоглощение после 24 ч в ди- стиллированной воде при 20 °C, %, не более 0,9 0,9 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Стойкость к кратковременному на- греву, °C, не менее 130 130 130 130 130 130 130 Маслостойкость в трансформатор- ном масле после 4 ч при темпера- туре, °C, не меиее 120 120 120 120 120 120 120 р$ в исходном состоянии, Ом, не менее* 10“ 10“ 5-10» 5-Ю9 5-Ю9 5-Ю9 Внутреннее электрическое сопро- тивление в исходном состоянии, Ом, не менее* — 109 5-Ю8 5-Ю8 108 108 Ю8 Пробивное напряжение параллель- но слоям в трансформаторном масле прн 20 °C, кВ, не менее — 12 11 11 10 10 10 При 15—35 °C и <р-*45ч-75 %.
§ 13.8 Механическая обработка 348 щие свойства проявляются только при воздей- ствии повышенных температур. Затем предва- рительно нарезанная по массе пропитанная ткань закатывается вручную на горячей плите и далее заготовка уплотняется на специальном закаточном стайке с нагретым барабаном. Уплотненные заготовки укладывают в пресс- формы и прессуют иа гидравлическом прессе при давлении 110—115 МПа и 150—160 °C. Торцы готовых стержней обрезают иа дисковой пиле и зачищают. Поверхность текстолитовых стержней дол- жна быть гладкой, с зачищенными швами и ровно обрезанными краями, без расслоений и трещин на торцах. Стержни должны допускать механическую обработку: точение, сверление, фрезерование и нарезание резьбы. Показатели качества стержней приведены в табл. 13.24. В последние годы с целью экономии хлоп- чатобумажных тканей производство текстоли- товых стержней сокращается. Для вновь соз- даваемой электротехнической аппаратуры, а также для замены в действующей аппаратуре целесообразно использовать новые виды стек- лопластиковых профильных изделий, описанных выше, а также вновь разрабатываемые про- мышленностью стержни на основе синтетиче- ских рулонных материалов. 13.8. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА Слоистые пластики могут подвергаться всем видам механической обработки, которые применяются для изготовления деталей из ме- таллов. Одиако в силу особенностей этого вида материалов режимы резания и геометрия режу- щего инструмента отличаются от применяемых для изготовления деталей из металлов. В отличие от металлов слоистые пластики обладают меньшей теплопроводностью (в 200— 1500 раз меньшей, чем сталь или медь), в связи с этим следует учитывать, что при неправиль- ных режимах резания может происходить под- горание пластмасс с поверхности или возник- новение в результате перегрева процессов де- струкции, приводящих к ухудшению физико- механических и электрических свойств мате- риала. Эффективным методом охлаждения может быть подача струи холодного газа, а для вла- гостойких слоистых пластиков, например стек- лотекстолита разных марок и лавсанового ге- тииакса, охлаждающей жидкости к месту кон- такта режущего инструмента и материала. Более эффективным средством для отвода тепла, когда уменьшается контактная площадь со- прикосновения режущего инструмента с поверх- ностью пластмассы, является применение тако- го инструмента, у которого главные и вспомо- гательные задние углы максимально увеличены. Одновременно меньшая механическая проч- ность и твердость слоистых пластиков требуют меньших усилий резания (в 6—20 раз меньше, чем у металлов). Это позволяет делать режу- щую часть инструмента заостренной, без опа- сения потерь ее прочности. Слоистые пластики, особенно стеклотексто- литы, оказывают большое влияние иа износ ре- жущего инструмента, поэтому приходится ис- пользовать алмазный инструмент. Некоторого уменьшения износа режущего инструмента можно достигнуть путем интен- сивного удаления стружки и пыли, которые мо- гут способствовать преждевременному износу режущего инструмента. Поэтому оборудование, применяемое для обработки, должно быть снаб- жено надежным отсасывающим устройством. Разрезка и распиливание. Тонкие листовые слоистые пластики могут разрезаться на нож- ницах гильотинного типа. Однако удовлетво- рительная кромка в этом случае получается только прн толщинах, обычно ие превышающих 2—3 мм. Для ровной обрезки листы материала должны быть хорошо прижаты к столу гильо- тинных ножниц в местах, непосредственно при- легающих к нижнему лезвию. Угол между ре- жущими кромками обычно берут равными 6—8°. Гетинакс, текстолит и древесиослоистый пластик толщиной 3—25 мм распиливают цир- кулярными пилами, выше 25 мм — ленточными пилами. Поверхность разреза тем чище, чем меньше выступает диск пилы над поверхностью распиливаемого материала. Вместе с тем это приводит к более быстрому затуплению зубьев и уменьшению производительности пилы вслед- ствие необходимости уменьшения подачи во из- бежание подгорания материала. Поэтому высо- ту установки дисковой пилы в зависимости от требуемой чистоты разрезаемой поверхности подбирают практически. Дисковые пилы могут быть с разведенны- ми нли неразведенными зубьями. В последнем случае диск пилы должен иметь вспомогатель- ный угол в плане ие менее 1—2°. Дисковые пилы должны быть из быстрорежущей стали твердостью Rc, равной 62—64, с хорошо от- шлифованной поверхностью. При этом скорость резания должна находиться на уровне 2000— 3000 м/мин. Подача материала прн обрезке ко- леблется в зависимости от толщины от 12 м/мии (для толщины 4 мм) до 2 м/мни (для толщи- ны 20 мм). При условии необходимости полу- чения чистой поверхности величина подачи должна быть уменьшена. Ленточные пилы не дают достаточно чис- той поверхности. Однако с их помощью можно разрезать гетинакс или текстолит толщиной да- же до 250 мм. Полотна ленточных пил должны иметь развод зубьев в половину толщины лен- ты пилы в каждую сторону. Число зубьев 2—3 на 10 мм. Скорость полотна пилы 1200— 1500 м/мин. Подача колеблется от 2 (для тол- щины 20 мм) до 0,4 м/мии (для толщины 100 мм). Применение вышеупомянутого инструмен- та для разрезки стеклотекстолита вследствие быстрого износа режущего инструмента оказы- вается неэффективным. Для разрезки стекло- текстолита следует применять абразивные, луч- ше алмазные круги. Однако и при применении абразивных кругов наблюдается нх большой износ, приводящий к тому, что их приходится менять почти каждую смену. В этом отноше- нии алмазные круги типа АСМ или АСБ ока- зываются в 25—30 раз более стойкими, чем аб- разивные. Сверление. Для сверления отверстий с ма- лым диаметром глубиной до 6 мм можно при- менять перовые сверла. Для сверления отвер- стий диаметром 10 мм и глубиной до 10 мм применяют спиральные сверла. Для сверления
344 Слоистые пластики, профильные стеклопластики Разд. 13 отверстий диаметром 10—25 мм можно реко- мендовать сверла с режущими кромками из твердого сплава. Перовые и спиральные свер- ла должны быть изготовлены из быстрорежу- щих сталей Р-9 и Р-18. Твердосплавные режу- щие кромки должны изготовляться из твердых сплавов ВК-6, ВК-8 или ВК-ЗМ. Твердость ра- бочей части сверла после закалки и многократ- ного отпуска должна находиться на уровне Rc, равном 62—64. Угол заострения резца для тек- столита должен составлять 55—60°, гетннакса 100—110°. Задний угол на периферии следует принимать равным 10—15°. Скорость резания при работе со спиральными сверлами из быст- рорежущей стали зависит от диаметра отвер- стий и не должна превышать 60 м/мин (во из- бежание подгорания стенок материала). Пода- ча должна быть не свыше 0,3 мм/оборот, но не менее 0,05 мм/оборот. При сверлении отверстий сверлами с ре- жущей частью из твердых сплавов скорость резания можно увеличивать в 2—2,5 раза. Во избежание расслоения слоистых пластиков не- обходимо соблюдать следующие условия: хо- рошее крепление обрабатываемого материала, плотное прилегание его к опорной поверхности, применение подкладок, хороший отвод струж- ки. Во всех случаях следует учитывать, что благодаря спружиниванию материала слоисто- го пластика диаметр отверстия получается иа 0,01—0,05 мм меньше, чем диаметр сверла. Нарезание резьбы. Для нарезания наруж- ной резьбы применяют резьбонарезные головки с круглыми гребенками. Для получения внут- ренней резьбы пользуются метчиками. Инстру- мент должен быть изготовлен из быстрорежу- щей стали с широким и круглым профилем зу- ба и углом заточки 60°. Для отвода стружки метчики должны быть с тремя канавками. Перо не должно быть широким во избежание увели- чения трения и опасности забивания канавки стружкой. Углы режущей кромки: передней у=15°, задней а = 54-8°. При нарезании резь- бы производится смазка резьбового инструмен- та маслом, пчелиным воском; тальком и т. п. Обтачивание. Для токарной обработки текстолита и гетннакса применяют резцы из быстрорежущей стали Р-9 и Р-18 твердостью Rc, равной 62—64, или резцы с наконечниками из твердого сплава ВК-ЗМ. Применение послед- них позволяет увеличивать скорость резания до 3000 м/мин для гетннакса и текстолита и до 150 м/мин для стеклотекстолита. Подача зависит от требуемой чистоты об- работки и колеблется для гетннакса и тексто- лита от 0,1 до 0,5 мм/оборот, а для стеклотек- столита — от 0,05 до 0,25 мм/оборот. Резцы имеют передний угол 10—15°, зад- ний— 8—10° для быстрорежущей стали; 1 —15° для переднего угла и до 34° для заднего угла при условии применения наконечника из твер- дых сплавов. Строгание. При строгании применяют рез- цы из быстрорежущей стали или с наконечни- ком из твердого сплава той же марки, что и для обтачивания. Передний угол резца 15°, задний — 10° с углом наклона режущей кром- ки 6°. Подача 0,2—0,6 мм. Скорость резания для резцов из быстрорежущей стали 15— 20 м/мин, для резцов с наконечником из твер- дого сплава 30—40 м/мин. Фрезерование. В качестве режущего ин- струмента применяются стандартные фрезы из быстрорежущей стали для гетииакса и тексто- лита и из твердого сплава (ВК-ЗМ) для стек- лотекстолита. Углы резания: передний 8°, угол Ф=45°, задний угол а = 20ч-25°. Подача 0,05— 0,025 мм/зуб. Скорость резания резцами из бы- строрежущей стали для текстолита и гетинак- са 100—200 м/мин и 80—90 м/мин для стекло- текстолита. При применении твердых сплавов эти скорости могут быть повышены в 1,5— 2 раза. Штампование — вырубка и пробивание. Для успешного осуществления этих операций необходимо применение штампов с плотным прижимом листа и изделия в рабочий момент. Режущие кромки пуансона и матрицы должны быть острыми, а зазор между пуансоном и от- верстием матрицы не превышать 10—15 % тол- щины листа (лучшие результаты получаются, когда этот зазор не превышает 0,025—0,05 мм). Конусность пуансона для его выемки во из- бежание образования отрыва материала («оре- олы») рекомендуется выдерживать в 5° (зад- ний угол). Материал штампа — углеродистая сталь У-9, имеющая твердость после закалки и отпуска Rc=54-^56. При вырубке прямоуголь- ных отверстий необходимо закруглить острые углы радиусом не менее 0,5 мм. Диаметр штам- пуемого отверстия, как правило, не должен быть меньше толщины материала. Расстояние вырубаемого отверстия от края, а также рас- стояние между вырубаемыми отверстиями дол- жно не меиее чем в 2—3 раза превышать тол- щину штампуемого материала. Способность к штампованию слоистых пла- стиков находится в прямой зависимости от от- носительного удлинения, к которому способен материал при мгновенном его разрыве. В этом отношении слоистые пластики элек- тротехнического назначения могут быть распо- ложены по степени штампуемости в порядке убывания в следующем порядке: текстолит ЛТ, гетинакс Л Г, текстолит А и Б, стеклотекстолит, гетинакс. Для каждого вида слоистых пласти- ков существует свой предел толщины, выше ко- торого не удается получать детали удовлетво- рительного качества. Эта предельная толщина колеблется от 2 до 3—4 мм (начиная с гетинак- са и кончая текстолитом ЛГ). Лучшие резуль- таты получаются при подогреве слоистых пла- стиков до 60—70 °C. Однако такие материалы, как текстолит ЛТ, гетинаксы ЛГ и X и тексто- лит А и Б, можно штамповать без подогрева. При подогреве материалов перед штамповани- ем, следует учитывать усадку, которая связана с температурным коэффициентом линейного расширения слоистых пластиков, лежащим в пределах от 1,7-10~5 до 3,5-10~5 °C-1. Одновременно следует учитывать способ- ность слоистых пластиков к спружиниванию, которое колеблется в пределах 0,02—0,13 мм (для стеклотекстолита, гетннакса и текстоли- та). Оценку степени штампуемости производят согласно ГОСТ 24649-81. Список литературы Барановский В. В., Дулицкая Г. М. Слоистые пластики электротехнического назначения. М.: Энер- гия, 1976. 288 с.
§ 14.1 Общие сведения 345 Бобылев О. В., Кудрявцев В. В., Левин Б. И. Производство электроизоляционных материалов. М.: Высшая школа, 1982. 279 с. Андрианов К. А. Высокомолекулярные соедине- ния для электрической изоляции. М. Госэиергоиздат, 1961. 328 с. Бахман А., Мйэллер К. Фенопласты. М.: Химия, 1978. 288 с. Шалун Г. Б., Суржеико Е. М. Слоистые пласти- ки. Л.: Химия, 1978. 232 с. Тихомиров Р. А., Николаев В. И. Механическая обработка пластмасс. Л.: Машиностроение, 1975. 208 с. Семко М. Ф., Сустан Г. К., Дрожжин В. И. Об- работка резанием электроизоляционных материалов. М.; Энергия, 1974. 176 с. РАЗДЕЛ 14 БАЗИСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ А. В. Васильев, В. И. Смирнова, Д. И. Житомирская, Н. И. Лазарева 14.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Базисные материалы применяют для изго- товления печатных плат в производстве низ- ковольтной аппаратуры, радиотехнической ап- паратуры, в вычислительной технике, приборо- строении, электронике, телефонии и во многих других отраслях народного хозяйства. Раньше базисными материалами для про- изводства печатных плат были фольгированные материалы, представляющие собой слоистые электроизоляционные пластики или синтетиче- ские пленки, облицованные с одной или двух сторон металлической фольгой толщиной 35 мкм и более. В настоящее время наряду с традиционным методом изготовления печатных плат — субтрактивным (селективное удаление металлического покрытия) применяются полу- аддитивиый и аддитивный методы изготовле- ния (гальваническое осаждение меди на участ- ках согласно заданной схемы). Для полуаддитивного и аддитивного ме- тодов изготовления печатных плат используют электроизоляционные материалы, облицованные с одной или двух сторон металлической фоль- гой толщиной 5 мкм или не облицованные фольгой. Появление новых материалов вызвало из- менение названия данного раздела по сравне- нию с разд. 12 второго издания справочника. Печатные платы, изготавливаемые на осно- ве базисных материалов, могут быть одно- или двусторонними. В производстве одно- и дву- сторонних печатных плат наибольшее распро- странение получили три основных метода изго- товления: метод травления фольги (химический); метод химического или гальванического осаждения (электрохимический); комбинированный метод (негативный или позитивный). Миниатюризация радиоэлектронной аппа- ратуры привела к созданию многослойных пе- чатных плат (МПП). В производстве МПП наибольшее распро- странение получили следующие методы изго- товления: открытых контактных площадок, вы- ступающих выводов, попарного прессования, послойного наращивания, металлизации сквоз- ных отверстий и различные комбинации этих методов. При изготовлении МПП методом металли- зации сквозных отверстий необходима очистка отверстий перед металлизацией. Наибольшее распространение получил способ очистки сте- нок отверстий химическим подтравливанием диэлектрика в смеси серной и плавиковой кис- лот. Для изготовления МПП данным методом были созданы травящиеся фольгированные ди- электрики. Аддитивная технология изготовления МПП подразделяется на две группы методов: химические, в которых нанесение провод- ников осуществляется путем химического вос- становления ионов металла; химико-гальванические (полуаддитивные), в которых наряду с химическим наращиванием производится электрохимическое формирова- ние проводников. Для облицовки изоляционного основания фольгированных материалов применяется мед- ная электролитическая фольга. Для склеивания фольги с основанием при- меняют различные клеи и адгезивы. Клеи и ад- гезивы наносят на фольгу на специальных клее- наносных машинах с последующей подсушкой. Толщина клеевого слоя иа фольге находится в пределах 40—50 мкм. Все базисные материалы с обеих сторон должны иметь ровную гладкую поверхность без пузырей и посторонних включений. На качест- во поверхности листов со стороны фольги и ди- электрика утверждаются эталоны. В табл. 14.1 представлены общие сведения о базисных материалах для производства пе- чатных плат и их классификация. Определение электрических и физнко-меха- нических свойств (прочности иа отслаивание после воздействия различных факторов, стой- кости к воздействию припоя и т. д.) базисных материалов проводят по методикам, содержа- щимся в ГОСТ 10316-78 «Гетииакс и стеклотек- столит фольгированные. Общие технические ус- ловия» и в соответствующих технических усло- виях на материалы. Условия кондиционирова- ния соответствуют ГОСТ 6433.1-71.
346 Материалы для печатных плат Разд. 14 Таблица 14.1. Классификация базисных материалов для изготовления печатные плат по преимущественному применению Наименование материала Марка ГОСТ, ТУ Код ОКП Преимущественное применение Гетинакс фольгированный галь- ваиостойкий ГФ-1-35Г ГФ-2-35Г ГФ-1-50Г ГФ-2-50Г ГОСТ 10316-78 34 9119 0200 34 9119 0600 34 9119 0900 34 9119 0800 Изготовление печат- ных плат для радио- электронной аппара- туры широкого при- менения Гетинакс фольгированный семо- затухающий гальваностойкий ГФС-1-35Г ТУ 16-503.193-79 34 9119 0400 То же Гетинакс фольгированный обще- го назначения гальваностой- кий ГОФ-1-35Г ГОФ-2-35Г ТУ 16-503.195-83 34 9119 1100 34 9119 1200 » » Гетинакс фольгированный обще- го назначения влагостойкий гальваностойкий ГОФВМ-1-35Г . ГОФВМ-2-35Г ТУ 16-503.195-83 34 9119 1300 34 9119 1400 » » Стеклотекстолит фольгирован- ный гальваностойкий СФ-1-35Г СФ-2-35Г СФ-1-50Г СФ-2-50Г ГОСТ 10316-78 22 9613 0700 22 9613 0900 22 9613 0800 22 9613 1000 Изготовление печат- ных плат с повышен- ными диэлектричес- кими свойствами Стеклотекстолит фольгирован- ный нагревостойкнй и гальва- ностойкий СФ-1Н-35Г СФ-2Н-35Г СФ-1Н-50Г СФ-2Н-50Г ГОСТ 10316-78 22 9613 7900 22 9613 8000 22 9613 1100 22 9613 1200 Изготовление печат- ных плат с повышен- ными диэлектричес- кими свойствами, до- пускающих воздейст- вие повышенной тем- пературы Стеклотекстолит общего назна- чения негорючий фольгирован- ный СОНФ-1 СОНФ-2 ТУ 16-503.204-80 22 9613 8600 22 9613 8700 Изготовление печат- ных плат для радио- аппаратуры Диэлектрик фольгированный гальваностойкий ФДГ-1 ФДГ-2 ТУ 16-503.141-78 22 9613 6002 22 9613 6102 Изготовление печат- ных переключателей с гальваническим по- крытием (серебрени- ем, палладировани- ем) Диэлектрик фольгированный гальваностойкий и теплостой- кий СФГ-230-1-35 СФГ-230-2-35 СФГ-230-1-50 СФГ-230-2-50 ТУ 16-503.120-78 22 9613 4900 22 9613 5000 22 9613 5100 22 9613 5200 Изготовление печат- ных плат, в том чис- ле многослойных, до- пускающих воздейст- вие повышенной тем- пературы Диэлектрик фольгированный тонкий (иетравящийся) ФДМ-1 ФДМ-2 ФДМЭ-1 ФДМЭ-2 ТУ 16-503.084-77 22 9613 4501 22 9613 4602 22 9613 4401 22 9613 4601 Изготовление много- слойных печатных плат и микроэлект- ронных устройств Стеклотекстолит фольгирован- ный (травящийся) ФТС-1-20 ФТС-2-20 ФТС-1-35 ФТС-2-35 ТУ 16-503.154-76 22 9613 1510 22 9613 1600 22 9613 1900 22 9613 2000 Изготовление много- слойных печатных плат методом метал- лизации сквозных отверстий Стеклотекстолит теплостойкий фольгированный (травящийся) СТФ-1 СТФ-2 ТУ 16-503.161-83 22 9613 3200 22 9613 3300 Изготовление обыч- ных н многослойных печатных плат мето- дом металлизации сквозных отверстий нли другими метода- Стеклотекстолит теплостойкий негорючий фольгированный (травящийся) стнф-1 СТНФ-2 ТУ 16-503.161-83 22 9613 7300 22 9613 7400 ми То же Диэлектрин фольгированный общего назначения (травящий- ся) Диэлектрик фольгированный самозатухающий (травящийся) ДФО-1 ДФО-2 ДФС-1 ДФС-2 ТУ 16-503.202-80 ТУ 16-503.202-80 22 9613 6500 22 9613 6600 22 9613 6700 22 9713 6800 Изготовление обыч- ных и многослойных печатных плат мето- дом металлизации сквозных отверстий То же Стеклотекстолит теплостойкий (для полуадднтивиой техноло- гии) Стеклотекстолит лиетовой с ад- гезивным слоем СТПА-5-1 СТПА-5-2 СТЭК ТУ 16-503.200-80 ТУ 16-503.201-80 22 9613 7600 22 9613 7500 22 9611 3500 Изготовление печат- ных плат, в том чис- ле и многослойных с увеличенной плотно- стью монтажа, по полуаддитивной тех- нологии Изготовление печат- ных плат по аддитив- ной технологии
§ 14.2 Высокочастотные материалы для печатных плат 347 Продолжение табл. 14.1 Наименование материала Марка ГОСТ, ТУ Код ОКП Преимущественное применение Лавсан фольгированный ЛФ-1 ТУ 16-503.196-80 22 9613 7700 Изготовление гибких печатных плат, кабе- лей и шлейфов Полиимид фольгированный ПФ-1 ПФ-2 ТУ 16-50Э.20а-<1 22 9613 1401 22 9613 6900 Изготовление гибких печатных плат, в том числе многослойных кабелей и шлейфов Диэлектрик фольгированный (арилокс) ФЛАН ТУ 16-803.148-80 22 9613 4800 Изготовление полос- ковых печатных плат Диэлектрик фольгированный (поликарбонат) ПКТ ТУ 16-503.156-77 22 9613 2200 То же Примечание. В указанной таблице после буквенного обозначения марок материала цифра 1 обозна- чает, что материал облицован с одной стороны фольгой, а цифра 2 — что материал облицован с двух сторон фольгой. Следующие затем цифры 20, 35, 50 обозначают толщину фольги в микронах. В материалах, где не указана толщина фольги, применяется фольга толщиной 35 мкм. Буква Г, следующая за цифрой толщины фольги, обозначает, что применяется гальваиостойкая фольга. Для марки СТПА цифра 5 указывает толщину фольги, а следующая за ней цифра I или 2 обозначает, что материал облицован фольгой с одной или двух сторон. Все марки, кроме ФЛАН и ПКТ, преимущественно применяются при частотах до 10’ Гц. ФЛАН и ПКТ. — до 1010 Гц. Наименования материалов даны в соответствии с принятыми в ГОСТ или ТУ. 14.2. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ БАЗИСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ Фольгированные гетииакс и стеклотексто- лит. Фольгированный гетииакс представляет собой слоистый прессованный материал, изго- товленный на основе бумаги, пропитанной тер- мореактивиым связующим, и облицованный с одной или двух сторон медной электролитиче- ской оксидированной или гальваиостойкой фольгой. Фольгированные гетинаксы изготавливают листами размером не меиее 800X900 мм н тол- щиной 1,0—3,0 мм. Показатели качества фольгированных ге- тинаксов даны в табл. 14.2. Фольгированный стеклотекстолит представ- ляет собой слоистый прессованный материал, изготовленный иа основе ткани из стеклянного волокна, пропитанной термореактивным свя- зующим!, и облицованный с одной или двух сто- рон медной электролитической оксидированной или гальваностойкой фольгой. Фольгированные стеклотекстолиты изготов- ляют листами следующих номинальных разме- ров: стеклотекстолит всех марок толщиной до 1,0 мм включительно — не менее 400X600 мм; стеклотекстолит всех марок толщиной 1,5 мм и более — не менее 600X700 мм. Фольгированный диэлектрик марки СФГ-230 изготовляют листами размером ие меиее 400X600 мм и толщиной от 0,13 до 2,5 мм. Фольгированный диэлектрик марки ФДГ изготовляют листами размером ие меиее 200 X Х250 мм и толщиной 1,5 и 2,0 мм. Стеклотекстолит марки СОНФ изготавли- вают листами размером ие меиее 400X 600 мм и толщиной от 0,8 до 3,0 мм. Показатели качества фольгированных стек- лотекстолитов марок СФ и СОНФ даны в табл. 14.3, марок СФГ-230 и ФДГ — в табл. 14.4. Стеклотекстолит марки ФДМЭ изготавли- вают листами размером не менее 400x600 мм и толщиной от 0,10 до 0,15 мм, марки ФДМ — листами того же размера и толщиной от 0,20 до 0,35 мм. Показатели качества стеклотекстолитов марок ФДМ и ФДМЭ даны в табл. 14.5. Травящиеся фольгированные стеклотексто- литы выпускаются марок: ФТС-1, ФТС-2, СТФ-1, СТФ-2, СТНФ-1, СТНФ-2, ДФО-1, ДФО-2, ДФС-1, ДФС-2. Фольгированные стеклотекстолиты указан- ных марок, кроме марки ФТС, выпускаются листами размером 1050X1250 мм и толщиной от 0,060 до 3,0 мм. Стеклотекстолит марки ФТС выпускают листами размером не менее 400X600 мм и толщиной 0,08—0,5 мм. Показатели качества травящихся фольги- рованных стеклотекстолитов приведены в табл. 14.6. Стеклотекстолиты для полуаддитивной и аддитивной технологии изготовления печатных плат. Стеклотекстолит теплостойкий марок СТПА-5-1 и СТПА-5-2 представляет собой слои- стый прессованный материал, изготовленный из стеклоткани, пропитанной связующим, и обли- цованный с одной или двух сторон медной электролитической фольгой толщиной 5 мкм, с гальваностойким покрытием, защищенный сна- ружи медной или алюминиевой фольгой (про- тектором;) толщиной 50—70 мкм. Стеклотекстолит марок СТПА-5-1 и СТПА- 5-2 изготовляют листами размером не менее 400X600 мм; н толщиной от 0,1 до 2,0 мм (тол- щина без протектора). Стеклотекстолит листовой марки СТЭК изготовляют без фольги с двусторонним адге- зивным слоем. Стеклотекстолит марки СТЭК изготовляют листами размером не менее 400X600 мм и толщиной от 1,0 до 2,0 мм. Показатели качества стеклотекстолитов для полуаддитивной и аддитивной технологии из- готовления печатных плат приведены в табл. 14.7.
348 Материалы для печатных плат Разд. 14 Таблица 14.2. Показатели фольгированных гетинаксов ГФ, ГФС, ГОФ, ГОФВМ Показатель ГФ-1-35Г, ГФ-2-35Г, ГФ-1-50Г, ГФ-2-50Г ГФС-1-35Г ГОФ-1-35Г, ГСФ-2-35Г ГОФВМ-1-35Г ГОФВМ-2-35Г Поверхностное электрическое сопротивле- ние после кондиционирования в условиях 96 ч/40 °С/93 %, Ом, не менее 109/108 — 10е Ю9 р после кондиционирования в условиях 96 ч/40°С/93 %, Ом-м, не менее 5-108/10« 10е 5-Ю9 1010 Сопротивление изоляции на электродах-гре- бенках, Ом, не менее — 109 — — tg6 (10е Гц) после кондиционирования в условиях 96 ч/40 °С/93 % не более 0,05/0,085 0,05 0,05 0,05 8г (10б Гц) после кондиционирования в ус- ловиях 96 ч/40 °С/93 % не более Прочность иа отслаивание на полосках 3 мм, Н, не менее: 5,5/7,0 5,5 5,5 5,5 в исходном состоянии 3,75/2,7 3,8 4,0 4,0 после кондиционирования в парах три- хлорэтилена в условиях 2 мин /84—90 °C/ 3,75/2,7 3,5 3,8 3,8 после кондиционирования в гальвани- ческом растворе в условиях 20 мин/ /70 °C/ 1,8/1,8 1,8 2,0 3,4 после воздействия теплового удара в условиях 10 с/260°С/ Водопоглощение после кондиционирования в условиях 24 ч/23°С/, мг, не более при толщине, мм 3,75/2,7 3,8 3,8 0,5—0,8 30/— — — 0,8—1,5 40/120 — 100 40 1,5—3,0 65/180 — 150 65 Стойкость к воздействию припоя в условиях 260+5 °C, с, не менее Горючесть: 5/- 10 5 10 время горения, с, не более •— 15 15 15 длина сгоревшего участка, мм, не более Степень штампуемости не более в условиях 60—70°С/<20 % для толщины, мм: 25 25 25 0,5—1,0 2,0/2,0 2,5 — 1,5 1,3/1,3 2,0 — 2,0 То же в условиях 15—35°С/<45—75 % для толщины, мм: 1,5/1,5 2,0 — '— 0,5—0,8 — — — — 1,0 — — 1,5 1,5 1,5 — — 1,и 1,0 2,0 — — 1,0 1,0 Примечания: 1. Для марок ГФ числитель дроби относится к материалу высшей категории качества, знаменатель — к материалу первой категории качества. 2. Для марок ГФС и ГОФ нормы соответствуют первой категории качества. 3. Для марок ГОФВМ нормы соответствуют высшей категории качества. Фольгированные диэлектрики для изготов- ления гибких печатных плат. Фольгированный лавсан марки ЛФ-1 представляет собой гиб- кий материал на основе полиэтилентерефталат- ной пленки, облицованной с одной стороны медной электролитической гальваностойкой фольгой толщиной 35 мкм. Изготавливают материал марки ЛФ-1 ли- стами размером не менее 400x650 мм или в рулонах шириной не менее 400 мм. Фольгированный полиимид марок ПФ-1 и ПФ-2 представляет собой гибкий материал на основе полиимидной пленки, облицованной с одной или двух сторон медной электролитиче-
§ 14.2 Высокочастотные материалы для печатных плат 349 Таблица 14.3. Показатели фольгированных стеклотекстолитов СФ, СОНФ Показатель СФ-1-35Г, СФ-2-35Г, СФ-1-50Г, СФ-2-50Г СФ-1Н-35Г, СФ-2Н-35Г, СФ-1Н-50Г, СФ-2Н-50Г СОНФ-1. СОНФ-2 Поверхностное электрическое сопротивление после кондиционирования в условиях 96 ч/40°С/93 %, Ом ие менее б-Ю^/Ю1® 5-101®/101® 10Ю р после кондиционирования в условиях 96 ч/40 °C/ /93 %, Ом-м, ие меиее 5-10е/5-108 5-109/5-108 101® tg6 (10е Гц) после кондиционирования в условиях 96 ч/40 °С/93 % не более 0,035/0,04 0,035/0,055 0,035 8г (10е Гц) после кондиционирования в условиях 96 ч/40 ° С/93 % не более Водопоглощение после кондиционирования в усло- виях 24 ч/23°С/мг, не более при толщине, мм: 5,5/6,0 5,5/6,0 5,5 0,5—1,5 20/35 20/— 20 2,0—3,0 Прочность на отслаивание на полосках 3 мм, Н, не менее: 25/45 25/— 25 В исходном состоянии 4,5/3,0 4,5/4,2 4,4 после кондиционирования в парах трихлорэтиле- на в условиях 2 мии/84—90 °C/ 4,5/3,0 4,5/4,2 4,2 после кондиционирования в гальваническом раство- ре в условиях 20 мии/70 °C/ 3,6/2,5 3,6/3,3 4,0 после воздействия теплового удара в условиях 10 с/260 °C/ Горючесть: 4,5/3,0 4,5/4,2 4,3 время горения, с —— — 10 длина сгоревшего участка, мм, не более Степень штампуемости не более в условиях 60—70 °C/ /<20 %, для толщины, мм: 25 0,5 2,0/2,0 2,0/2,0 0,8 2,0/2,0 2,0/2,0 1,25 1,0 1,5/1,5 1,5/1,5 1,5 1,5 1,0/1,0 1,0/1,0 1,0 2,0 1,3/1,3 1,3/1,3 1,0 Примечания: 1. Для марок СФ числитель дроби относится к материалу высшей категории качества, знаменатель — к материалу первой категории качества. 2. Для марок СОНФ нормы соответствуют высшей категории качества. Таблица 14.4. Показатели фольгированных стеклотекстолитов СФГ-230 и ФДГ Показатель СФГ-230-1-35, СФГ-230-2-35, СФГ-230-1-50, СФГ-230-2-50 ФДГ-1, ФДГ-2 ps после кондиционирования в условиях 96 ч/40 °С/93 %, Ом, ие менее 5-1011/101® 100* р после кондиционирования в условиях 96 ч/40 °С/93 %, Ом м, ие менее tg6 (10е Гц) ие более: 5-1010/101» в исходном состоянии — — после кондиционирования в условиях: 48 ч/40 °С/93 % — 0,04 96 ч/40 “С/93 % 8г (10е Гц) не более: 0,026/0,035 — в исходном состоянии 5,4/6,0 — после кондиционирования в условиях 96 ч/40 °С/93 % — 6,0 Приведена норма поверхностного сопротивления образца, соответствующего Ту.
850 Материалы для печатных плат Разд. 14 Продолжение табл. 14.4 Показатель СФГ-230-1-35. СФГ-230-2-35, СФГ-230-1-50. СФГ-230-2-50 ФДГ-1, ФДГ-2 Сопротивление изоляции на электродах-гребенках, Ом, не менее: в исходном состоянии 1010/1010 после кондиционирования в условиях 96 ч/40 °С/93 % 10»/108 — Прочность на отслаивание на полосках 3 мм, Н, не менее: в исходном состоянии: фольга 35 мкм 3,5/2,5 2,3 фольга 50 мкм 3,5/3,0 — после воздействия 1 ч температуры 230 °C для толщины; мм: 0,13—0,25 2,4/1,5 0,5—0,8 2,7/1,9 — 1,0—2,5 3,6/3,0 — после кондиционирования в условиях 48 ч/40 °С/93 % Для толщины, мм: 0,13—0,25 2,4/1,9 0,5—0,8 2,7/2,4 — 1,0—2,5 3,6/3,0 — после кондиционирования в условиях 20 с/260°С/для тол- щины, мм 0,13—0,25 3,3/1,9 0,5—0,8 3,3/2,4 — 1.0—2,5 4,2/3,0 — после воздействия 10 ч температуры 150±5°С — 2,3 Примечания: I. Для марок СФГ числитель дроби соответствует материалу высшей категории каче- ства, знаменатель — материалу первой категории качества. 2. Для марок ФДГ нормы соответствуют первой категории качества. Таблица 14.5. Показатели фольгированных диэлектриков ФДМ и ФДМЭ Показатель ФДМ-1. ФДМ-2, ФДМЭ-1, ФДМЭ-2 Поверхностное электрическое сопротивление, Ом, не менее: Ю^/Ю1® В исходном состоянии после кондиционирования в условиях 96 ч/40 °С/93 % р, Ом-м, не менее: 5-10»/5-10s в исходном состоянии ion/юн после кондиционирования в условиях 96 ч/40 °С/93 % tg6 (10б Гц) ие более: 5-1ОЮ/Ю8 в исходном состоянии 0,03/0,03 после кондицнонировани я в условиях 96 ч/40°С/93 % 0,035/0,05 Sr (10б Гц) в исходном состоя- нии ие более Сопротивление изоляции на электродах-гребенках, Ом, не менее: 5,4/5,4 в исходном состоянии lO^/lOi» после кондиционирования в условиях 96 ч/40 °С/93 % 10»/10» Епр на воздухе перпендикуляр- но слоям в исходном состо- янии, МВ/м, не менее 35/15 Продолжение Показатель ФДМ-1, ФДМ-2, ФДМЭ-1, ФДМЭ-2 Прочность на отслаивание на полосках 3 мм, Н, не менее: в исходном состоянии 4,5/3,0 после 15 ч при 120±2°С 4,5/3,0 после кондиционирования в 4,2/2,5 условиях 96 ч/40°С/93 % после кондиционирования 4,0/— в гальваническом растворе 20 мии/70 °C после кондиционирования 4,5/3,6 в расплавленном припое в условиях: 2 раза по 10 с/ /5с/260 °C Водопоглощение после конди- ционирования в условиях 24 ч/23°С/, мг, не более при толщине., мм: 0,1 и 0,13 7/10 от 0,15 до 0,25 12/17 от 0,3 до 0,35 15/20 Изменение линейных размеров после травления, %, не бо- лее: при толщине 0,1 и 0,13 мм 0,1/0,1 для остальных толщин 0,05/0,1 Примечание, Числитель дроби соответству- ет материалу высшей категории качества, знамена- тель дроби — материалу первой категории качества.
§ 14.2 Высокочастотные материалы для печатных плат 361 Таблица 14.6. Показатели фольгированных стеклотекстолитов ФТС, СТФ, СТНФ, ДФО, ДФС Показатель ФТС СТФ-1. СТНФ-1 СТФ-2, СТНФ-2 ДФО-1. ДФО-2, ДФС-1, ДФС-2 Толщина, мм Толщина, мм Толщина, мм Толщина, мм 0,08-0,15 0,18—0,5 0, OS- О.35 0,5— 3,0 0,18— 0,35 0,5— 3.0 0,06— 0,08 0,1— 0,4 0,5— 2,0 Поверхностное элект- 5-1010/1Q9 5-10Ю/10» 5-10Ю 5-10Ю 5-101° 5-101° 10U 1011 1011 рическое сопротив- ление после конди- ционирования в ус- ловиях 96 ч/40 °C/ /93 % Ом, не ме- нее р, Ом*м, не менее: в исходном сос- 5-10И/10Ю 5-1011/101» тоянии после кондицио- 10Ю/109 1010/10» 10Ю 10Ю 10Ю 10Ю 10Ю 10Ю 101° нирования в условиях 96 ч/ /40°С/93% tgfi (10е Гц) не более: в исходном сос- 0,025/0,025 0,025/0,025 тоянии после конднцио- 0,035/0,05 0,035/0,05 0,035 0,03 0,035 0,03 0,025 0,025 0,025 нировання в усло- виях 96 ч/40 °C/ /93% ег (Ю« Гц) не более: в исходном сос- 5,5/5,5 5,5/5,5 ТОЯНИИ после коидициони- 5,5/5,7 5,5/5,7 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 5,5 ровавия в условиях 96 ч/ /40°С/93 % Сопротивление изоля- ции иа электродах- гребенках, Ом, не не менее: в исходном сос- 1011/10Н 1011/10П тоянии после кондицио- 10»/10» Ю»/109 — — — — —- — — ннрования в ус- ловиях 24 ч/40 °C/ 93% Прочность на отслаи- вание на полосках ' 3 мм, Н, не менее: в исходном сос- тоянии: фольга 18 мкм з,1/2,1 3,2/2,1 3,2 3,6 3,2 3,6 3,2 фольга 35 мкм 3,8/3,0 4,0/3,0 4,0 4,5 4,0 4,5 — 4,0 4,5 после воздействия 15 ч температуры 4-120 °C: фольга 18 мкм 3,1/2,1 3,1/2,1 фольга 35 мкм 3,6/3,0 3,6/3,0 — — —• — —• —
352 Материалы для печатных плат Разд.' 14 Продолжение табл. 14.6 Показатель ФТС СТФ-1, СТНФ-1 СТФ-2, СТНФ-2 ДФО-1, ДФО-2, ДФС-1, ДФС-2 Толщина, мм Толщина, мм ТолЩииа, мм Толщина, мм 0.08—0,15 0.18—0,5 0.08— 0,35 0,5— 3,0 0,18— 0,35 0,5— 3.0 0,06— 0,08 0,1— 0.4 0,5— 2,0 после +180 °C в течение 16 ч: фольга 18 мкм 3,0 3,2 3,0 3,2 фольга 35 мкм — — 3,8 4,0 3,8 4,0 —• — —. после —60 °C в течение 16 ч (для ФТС —6 ч): фольга 18 мкм 3,0/2,1 3,0/2,1 3,0 3,4 3,0 3,4 3,о фольга 35 мкм 3,6/3,0 3,6/3,0 3,8 4,3 3,8 4,3 — 3,8 4,3 после кондицио- нирования в ус- ловиях 96 ч/40 °C/ /93%: фольга 18 мкм 2,1/1,9 2,1/1,9 фольга 35 мкм 2,6/2,1 2,6/2,1 — — — — — — — после воздействия теплового удара в условиях 30 с/ /260 °C: фольга 18 мкм 3,0/2,4 3,0/2,4 3,0 3,4 3,0 3,4 3,0 фольга 35 мкм 3,8/3,0 3,8/3,0 3,8 4,3 3,8 4,3 — 3,8 4,3 после кондицио- нирования в рас- плавленном при- пое в условиях 260 °C: фольга 2,5/2,0 2,5/2,0 18 мкм — 15 с фольга 3,6/2,9 3,6/2,9 — — — — — — 35 мкм — 25 с после кондицио- нирования в гальваническом растворе в ус- ловиях 20 мни/ 70 °C/: фольга 18 мкм 2,6/1,8 3,0/2,0 3,0 3,2 3,0 3,2 3,0 фольга 35 мкм 3,0/2,7 3,8/3,0 3,8 4,0 3,8 4,0 —• 3,9 4,0 после кондицио- нирования в па- рах трихлорэтиле- на в условиях 2 мин/88 °C: фольга 18 мкм 2,4 3,6 2,4 3,6 2,4 фольга 35 мкм — — 3,2 4,5 3,2 4,5 3,0 — — Водопоглощение пос- ле кондициониро- вания в условиях 24 ч/23 °C/, мг, не более: фольга 18 мкм 8/10 8/10 20 20 20 20 20 фольга 35 мкм 8/10 8/10 — 25 — 25 20 20 20 Изменение линейных 0,05/0,09 0,04/0,09 0,04 — 0,04 — 0,05 0,03 0,03 размеров после травления, %, не более
§ 14.2 Высокочастотные материалы для печатных плат 353 Продолжение табл. 14.6 ФТС СТФ-1. СТНФ-1 СТФ-2. СТНФ-2 ДФО-1, ДФО-2, ДФС-1, ДФС-2 Показатель Толщина, мм Толщина, мм Толщина, мм Толщина, мм 0,08—0,15 0,18—0,5 0,08— 0.35 0,5— 3,0 0,18— 0,35 0,5— 3,0 0,06— 0,08 0.1— 0,4 0.5— 2.0 Горючесть: время горения, с длина сгоревшего — — 10* 25 10* 25 10* 25 10* 25 15*** 300 15*** 300 10*** 25 участка, мм, не более Стойкость к кипяче- 1,5** 1,5** 1,5** 1,5** нию в воде, ч, не менее * Только для марок СТНФ-1 и СТНФ-2. •* Только для марок СТФ-1 и СТФ-2. *** Только для марок ДФС-1 и ДФС-2. Примечания: 1. Для марок ФТС числитель соответствует материалу высшей категории качества, знаменатель дроби — материалу первой категории качества. 2. Для остальных марок нормы соответствуют высшей категории качества. 3. Значения водопог лощения после кондиционирования в условиях 24 ч/23 °C/, мг для СТФ-1 и СТНФ-1 тол- щиной 0,08—0,35 мм и СТФ-2 и СТНФ-2 толщиной 0,08—0,35 мм находятся в стадии пересмотра. . Таблица 14.7. Показатели стеклотекстолитов для аддитивной и полуаддитивиой технологии изготовления печатных плат СТПА-5-1 СТПА-5-2 СТЭК Показатель Толщина, мм 0,1—0,8 1,0—2,0 0,1—0.8 1,0—2,0 1.0; 1,5; 2.0 Поверхностное электрическое сопротивление, Ом, не менее: после кондиционирования в условиях 96 ч/40 °С/93 % 5-Ю11 5- Юн 5-1011 5- 10И — р, Ом • м, не менее: после кондиционирования в условиях 96 ч/40 °С/93 % юн 1QU 10П юн 5-108 tg6 (10s Гц) не более: после кондиционирования в условиях 96 ч/40 °С/93 % 0,025 0,025 0,025 0,025 0,04 ег (10е Гц) не более: после кондиционирования в условиях 96 ч/40°С/93% 5,4 5,4 5,4 5,4 6,0 Прочность на отслаивание на полосках 3 мм, Н, не менее: после гальванической ме- 3,2 3,2 3,2 3,2 4,0 таллизации после воздействия 18 ч 2,9 2,9 2,9 2,9 — температуры —60 °C после воздействия 125 ч температуры +125 °C после кондиционирования в расплавленном припое в 2,9 2,9 2,9 2,9 — условиях: 30 с/260 °C/ 2,9 2,9 2,9 2,9 — 10 с/260 °C/ — — — — 3,0
354 Материалы для печатных плат Разд. 14 Продолжение табл. 14.7 СТПА-5-1 СТПА-5-2 СТЭК Показатель Толщина, мм 0.1—0.8 1.0—2,0 0.1—0,8 1,0—2,0 1,0; 1,6; 2.0 после кондиционирования в парах трихлорэтилена в условиях 2 мин/84—90 °C/ 2,7 2,7 2,7 2,7 — после кондиционирования в гальваническом растворе в условиях 20 мнн/70 °C/ 2,9 2,9 2,9 2,9 — после трехкратного цикли- ческого воздействия темпе- ратур —60-т- +100 °C по 1 ч —* — — — 3,0 Сопротивление изоляции на электродах-гребенках, Ом, не менее: — — — — 10» после кондиционирования в условиях 24 ч/40 °С/93 % пои 100±2 °C — — — — 2-10’ Изменение линейных размеров после травления, %, не бо- лее 0,04 0,04 — — Водопоглощение после конди- ционирования в условиях 24 ч/ /23 °C, мг не более 20 20 20 20 — Примечания: Для марок СТПА в СТЭК значения соответствуют высшей категории качества. Таблица 14.8. Показатели гибких фольгированных материалов ЛФ и ПФ Показатель ЛФ-1 ПФ-1-35-0,1 ПФ-2-35-0,16 р, Ом-м, не менее; в исходном состоя- нии 1012 1012 101’ после кондициониро- вания в условиях 96 ч/40 °С/93 % Поверхностное электри- ческое сопротивление, Ом, не менее: 101° юн 1011 в исходном состоя- нии 1011 101? 10» после кондициониро- вания в условиях 96 ч/40 °С/93 % tg 6 106 Гц не более: 10s юн 10й в исходном состоя- нии 0,03 0,025 0,035 после кондициони- рования в условиях 96 ч/40 °С/93 % 8Г 10е Гц не более: 0,035 0,035 0,035 в исходном состоя- нии 3,5 3,5 4,0 после кондициони- рования в условиях 96 ч/40®С/93% 4,0 4,0 4,0 Продолжение табл. 14.8 Показатель ЛФ-1 ПФ-1-35-0,1 ПФ-2-35-0,16 Водопоглощение после кондиционирования в ус- ловиях 24 ч/23 °C/, мг, не более Прочность на отслаива- ние на полосках 3 мм, Н, не менее: — 9,0 10,0 в исходном состоя- нии 2,4 2,4 2,4 после кондициониро- вания в условиях 96 ч/40 °С/93 % после кондициониро- вания в расплавлен- ном припое в усло- виях 2,2 2,2 30 с/280 °C/ — 2,4 2,4 после кондициониро- вания в гальваничес- ком растворе в усло- виях 20 мнн/70 °C/ 2,0 2,2 2,2 Изменение линейных раз- меров после травления, %, не более 0,5 0,25 0,25 Стойкость к многократ- ным перегибам 400 600 125 Примечание. Для всех материалов нормы соответствуют высшей категории качества.
§ 14-3 Фольгированные еверхвысокочастотные материалы 355 Таблица 14.9. Показатели фольгированных сверхчастотных материалов Показатель ФЛАН-2,8 ФЛАН-3,8 ФЛАН-5,0 ФЛАН-7,2 Ф ЛАН-10 ФЛАН-16 ПКТ-Зф & Е ПКТ-10* 8r (IO'» Гц): В исходном состоянии 2,8±0,1 3,8+0,1 5*0,2 7,2±0,3 10±0,8 16*0,8 3*0,15 5*0,25 10*0,5 после кондициониро- вания в условиях 30 сут/40 °С/93 % tg б <1010 Гц) не более: 2,8±0,2 3,8±0,2 5±0,4 7,2±0.5 10*0,8 16±1,0 3±0,2 5*0.3 10*0,8 в исходном состоянии 1,5-10—3 1,2-10—3 1,5-10—3 1,5-10—3 1,5-10—3 1,5-10—3 5-10—3 4,8-10~3 4,5 -10—3 после кондициониро- вания в условиях 30 сут/40 °С/93 % Прочность на отслаива- ние на полосках 3 мм, Н, не менее:. 4-10—3 4-10—3 4-10—? 4-10—3 4,5-10—3 5-10—3 8-10—3 8.10—3 8.10—3 в исходном состоянии 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2.4 2,4 2,4 после кондициониро- вания в условиях 30 сут/40 "С/93 % 1,8 1,8 1.8 1,8 1,8 1,8 1,8 1.8 1,8 после выдержки 10 с в расплавленном при- пое при 260±5°С 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 — — Разрушающее напряже- ние при статическом нзгнбе, МПа, не меиее 80 80 80 80 80 80 80 60 50 Температура размягчения по Вика, °C, не менее 190 200 200 200 200 200 — —* Примечания: 1. Для всех марок нормы соответствуют первой категории качества. 2. Цифры в обозначениях марок ФЛАН соответствуют значениям £г. ской гальваностойкой фольгой толщиной 35 мкм. Изготавливают фольгированный полиимид листами размером: не менее 480X1220 мм. Показатели качества гибких фольгирован- ных диэлектриков на основе пленочных мате- риалов приведены в табл. 14.8. Прокладочные стеклянные ткаии. Для склеивания отдельных слоев многослойных пе- чатных плат методом прессования предназначе- на стеклянная ткань прокладочная (СП). Она представляет собой стеклянную ткань, пропи- танную термореактивным связующим. Прокла- дочную стеклянную ткань выпускают шести марок. На ткань марки СП-1, СП-2 и СПТ-3 действуют ТУ 16-503.085-75, марки СТП-4 — ТУ 16-503.215-81, марок СПО и СПС — ТУ 16-503.230-82. 14.3. ФОЛЬГИРОВАННЫЕ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ Фольгированный диэлектрик ФЛАН пред- ставляет собой листовой материал, изготовлен- ный на основе наполненного арилокса, облицо- ванный с двух сторон медной электролитиче- ской гальваностойкой фольгой толщиной 35 мкм. Материал ФЛАН выпускают в листах раз- мером 260X340 мм и толщиной 1 и 2 мм. Фольгированный диэлектрик ПКТ пред- ставляет собой листовой материал, изготовлен- ный на основе наполненного поликарбоната, облицованный с двух сторон медной электро- литической фольгой толщиной 35 мкм. Материал ПКТ выпускают в листах раз- мером 250X340 мм или 200X300 мм и толщи- ной 1, 2 и 3 мм. Сверхвысокочастотные материалы изготов- ляют прессованием в специальных пресс-фор- мах. Показатели качества сверхвысокочастотных материалов приведены в табл. 14.9. Список литературы 14.1. Смельинцкий Ф. С., Горелов Н. В., Конова- лов П. Г. Фольгированные слоистые пластики для печатных плат. М.: Энергия. 1969. 176 с. 14.2. Шалун Г. Б. Фольгированные диэлектрики для печатных плат. Л.: ЛДНТП, 1965. 232 с. 14.3. Конструирование и технология печатных плат/А. Т. Жигалов, Е. П. Котлов, К. Н. Шихаев. Б. А. Хохлов. М.: Высшая школа, 1973. 216 с. 14.4. Федулова А. А., Котлов В. П., Явич Э. Р. Многослойные печатные платы. М.: Советское радио, 1977 . 247 с. 14.5. Медведев А. М. Контроль и испытания плат печатного монтажа. М.: Энергия, 1975. 152 е. 14.6. Лунд П. Прецизионные печатные платы: конструирование н производство/Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1983. 360 с.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ А АГД (автоматическое гелеобразование под дав- лением) 176 Адсорбент 84 Азот 27, 45, 74 Алкиды 125 — глифталевые 127 — пентафталевые 127 Алкилбензолы 89 Алмаз 27 Алюминий 39 — оксидированный 61, 69 Аммиак 27 Антиокислители 72 Антнокислительные присадки 86 Аргон 44, 74 Асбест природный 265 ---амфиболовый 265 --- серпентнновый 265 — синтетический 265 Асбодин 267 Асботекстолит 318, 320 Асботкань 318 Асфальты 146 Ацетилен 74 Ацетилцеллюлоза 144 Ацетон 149, 150 Б Бакелит —см. Полимеры фенолформальдегид- ные БДМА (бензилметиламин) 132 Бензилцеллюлоза 144 Бензин-растворитель 148, 150 Бензол 27 Биоразложение (биодеградация) 72 Битумы 39, 146 — нефтяные 146 — природные 146 Бумага: адсорбентная 216 арамидная 232 ацетилированная 230 бакелизированная 271 борированная 217 длинноволокнистая 232 для электролитических конденсаторов 229 из модифицированной целлюлозы 230 кабельная 213, 224 — полупроводящая 225 конденсаторная 212, 215, 222 крепированная 229, 230 лавсановая 232 микалентная 228 намоточная 227 полиэфирная 233 пропиточная 227 стабилизированная 231 стеклянная 262 телефонная 225 трансформаторная 226 целлюлозная 39 цианэтилированная 230 Бута и 74 Бутнлацетат 149, 150 Бязн 247, 249 В Вазелин 209 Взрывоопасность жидких диэлектриков 69 Виксинты 193 Вискозиметры 42 Влагопоглощаемость 40 Влагопроницаемость 41 Влажность материала 40 относительная 40, 41 равновесная 41 ВМС (высокомолекулярные соединения) 92 Водопоглощаем ость 41 Водопроницаемость 42 Водород 27, 44, 74 Воздух 39, 42, 44, 45, 54, 55, 58, 74 Волновое сопротивление 26 Волокна магннйалюмосиликатные 263 — синтетические 231 — стеклянные 251, 253, 261 ---непрерывные 251, 252 ---однонаправленные 251 ---полупроводящие 252, 255 ---токопроводящие 255 ---цветные 255 ---штапельные 251 — термопластичные 231 — филаментные 247 Вольфрам 61 Воски 206 Втулки конденсаторные 331, 332, 341 Высокомолекулярные соединения 92 Вязкость 42, 65 — динамическая 42 — жидких диэлектриков 71 — кинематическая 42 — условная 42 Г Газообразные диэлектрики 43 Газостойкость 77 — жидких диэлектриков 68 Газы инертные 64 Гарпиус — см. Канифоль Гексагидрофталевый ангидрид 132, 134 Гексаметнленднамин 132 Гексафторбутироннтрил 49 Гексафторид серы (элегаз) 44, 49 Гексафторцнклобутан 49 Гексафторэтан 44 Гексол 82, 84 Гелий 27, 44 Германий 39 Гетинакс 39, 313, 314, 343, 346, 348 — фольгированный 347 Гигроскопичность 40 Глет 27 Гомополимеризацня 94 Горючесть жидких диэлектриков 69
Предметный указатель 357 Градирование изоляции 25 Графит 39 Грунтовка эпоксидная 78 д Давление критическое в газах 53 Двуокись титана 39 Дезактиваторы металлов 76 Декафторциклопентан 49 Депрессаторы 73 Диарилалкаи 91 Дибутнлпаракрезол 76 Днкрезол каменноугольный 149, 150 Диметакрилат триэтнленгликоля 128 Днметилсилоксан 91 Дисалицилиденпропилендиамин 76 Дисалнцилиденэтилендиамин 76 Дифенилы 89 — полихлорированные 65, 82—85, 91 Дифтордихлоометан (хладон) 44, 49, 88, 112—114 Дихлордифторметан 44 Дихлортетрафторэтан 44 Дихлорэтан 149 Дициандиамид 132 Диэлектрики активные управляемые 17 — гетерополярные 17 — гомеополярные 17 — изотропные 18 — однородные 18 — на основе фторорганическнх соединений 89 -------хлорфторорганических соединений 89 — нелинейные 24 — неполярные 17, 27 твердые 28 — полярные 17, 28 — технические жидкие 65, 72 — фольгированные 346, 349, 350, 355 Диэлектрическая восприимчивость: абсолютная 24 относительная 24 Диэлектрическая проницаемость 26, 27 ---абсолютная 22, 26 — — относительная 22, 45 Диэлектрические потери 30, 45, 65 Добротность изоляции 31 Додецилбензол 91 Доски асбоцементные 270 Древесина 214 Дугогасящая способность газа 63 Ж Железо 39 Жидкости: алкилароматические 91 кремнийорганнческие 91 иа основе фторооганических соединений (ФОСЖ) 88, 89 — хлорфтооорганических соединений (ХФОСЖ) 88, 89 перфторированные 88 полиметилсилоксановые (ПМСЖ) 85—87 полиметилфенилсилоксановые (ПМФСЖ) 85—87 полнорганосилоксановые (ПОСЖ) 84, 85 полихлор(фтор)органосилоксановые (ПХ(Ф)ОСЖ) 85—87 полиэтиленсилоксановые (ПЭСЖ) 85—87 полярные 69 углеводородные 69 фторуглеводородные (ФУЖ) 88, 89 хлорфторуглеводородные 88 3 Закон: — Вальдена 67 — Генри 41 — Пашена 47 — Стокса 42 Захват диссоциативный 50 — радиационный 50 — со стабилизацией в соударении с третьим телом 50 Зикеевская земля 78 И Изододеценилянтарный ангидрид 132 Изометнлтетрагндрофталевый ангидрид (изо- МТГФА) 132 Инвар 61 Ингибиторы 78 — естественные 75 Ионизация диссоциативная 50 — электронным ударом 50 Ионол 76 Испаряемость жидких диэлектриков 71 К Кабель бумажио-масляный 63 Каландрирование 274 Кальцит 27 Канифоль (гарпиус) 144 Капоон — см. поли-е-капроамид Картоны 212, 234—236, 238, 239—242 Катализаторы 75 Кварц кристаллический 39 — плавленый 39 Керосин осветительный 149 Кетоны 149 Кислород 27, 44, 74 Кислота антраниловая 76 Кислотное число 40, 69, 76 Классы нагоевостойкости 37 Клеи 197—203 резиновые 197 термопластичные 197 термореактивные 197 электроизоляционного назначения 145 эпоксидные 205 Коллоксилин 144 Кольца стеклопластиковые 332, 340, 341 Компаунды 128, 145, 179—196 битумные 195, 196 герметики 188, 193 для напыленной изоляции 181 заливочные 174, 187, 188, 197 кремнийорганнческие 193 метакриловые 191 на основе синтетических полимеров 174 полиуретановые 195, 196 полиэфирные 191, 192 порошкообразные 176, 185 пропиточные 174, 187 — горячего отверждения 183, 185 — холодного отверждения 183, 185 тиксотропные 191 эпоксидные 176 Кордиерит 33 Коэффициент адсорбции 70 — влагопроницаемости 41 — влагорастворимости 41
358 Предметный указатель • — внутреннего трения 42 - i~ диффузии 42 — диэлектрических потерь tg 6 31 — кратности обмена 63 — неоднородности поля 25 — температуропроводности 39 Краевой угол смачивания 42 Кремний 39 Кривая газостойкости 76 — Пашена 60 Критерий LDjo 72 Ксилол 149, 150 Л Лавсан фольгированный 347 Лаки: алкидно-фенольные 151 бакелитовые 151 битумно-масляные 151, 152 водно-эмульсионные 151 для обмоточных проводов 171 — эмалирования проводов 173 клеящие 168, 169 — кремнийорганические 171 — масляио-алкидные 170 — масляно-бнтумные 170 — полиэфирные 170 — эпоксидные 170 кремнийорганические 152, 155, 158 маслосодержащне 145 масляно-канифольные 151 масляно-фенольные 151 покрывные 159—162 — масляно-битумные 164 — масляно-каннфольиые 164 — полиуретановые 164 — эпоксидные 164, 167 полиуретановые 154 полнэфнрноэпоксидные 151 полиэфирные 151 пропиточные 152—159 алкндно-меламиновые 152 — водно-эмульсиониые 156 — масляно-алкидные 151, 152 — маслосодержащие 156 — полиэфирноизоциаиуратиые 154 — полиэфирноэпоксидные 154, 155 — термореактнвные 156 — фенолоалкидные 152 синтетические 171 электроизоляционные 145 Лакобумаги 271, 294, 295 Лакоткани 39, 247, 250, 271, 273—283,289,293 липкие 271 масляные 273, 278 резиностеклолакоткани 271, 293 самосклеивающиеся 271 хопчатобумажные 273 шелковые 273, 277 Ленты асбестовые 267—269 — кремнеземные 264 — лавсановые батистовые 250 -----миткалевые 250 -----тафтяные 250 — липкие прорезиненные 294, 295 — смоляные 295 — стеклянные 256, 259—261 — хлопчатобумажные батистовые 247 -----киперные 247 -----миткалевые 247 -----тафтяные 247 -------разреженные 247 Летучесть жидких диэлектриков 71 М Магнитная постоянная 26 — проницаемость абсолютная 26 Малеиновый ангидрид (МА) 132, 134, 135 Масла нефтяные 72—81 — растительные 146 — трансформаторные 74, 79 Масса молекулярная 72, 92 Материалы нетканые из стекловолокна 251 — тканые из стекловолокна 251 Медь 39, 61 Метан 44, 74 Метафенилендиамии 132 Метнлгексагидрофталевый ангидрид (МГГФА) 132, 134 Метилметакрилат (ММА) НО М-метил-2-пирролидои 149, 150 Метилтетрагидрофталевый ангидрид (МТГФА) 132, 134, 135 Метилэндикангидрид (МЭА) 132 Метилэтилкетон 149, 150 Молибден 61 Мономеры 92 Монохлорбенэол 27 Муллит 33 Н Нагревостойкость 37, 38 Наполнители: армирующие 175 неволокнистые 175 специальные 175 Напряжение перекрытия в газах 54, 57 Нити асбестовые 266 — кварцевые 263 — стеклянные 258, 259 Нитроцеллюлоза 144 Новолакн 123 О Окись алюминия 39 — бериллия 39 — магния 39 — углерода 74 Октафторциклобутан 44 Октафторциклопентан 49 Октол 90 Олеовакс 210 Олигомеры 92 — глифталевые 125 — диэпоксидные 130 Олнгоэфиракрилаты — см. Полиэфиракрилаты Олигоэфиры ненасыщенные — см. Полиэфиры ненасыщенные Отвердители 130, 133, 148, 168 — электроизоляционных лаков 147 эпоксидных смол 132 П Парафин 21, 27, 208 Пассиваторы металлов 76 Пентон 129, 131 Перфторбутилтетрагидрофуран 49 Перфторпропан 44, 74 Печатные платы 245 ---многослойные (МПП) 245 Пигменты 150 — для электроизоляционных эмалей 148 Пироксилин 144 Пластики древеснослоистые 313, 323, 343
Предметный указатель 359 — слоистые 92, 313, 343 ---листовые 327 Полиакрилаты (ПАК) 102, 117, 118, 126, 127 Полиакрилонитрил (ПАКН) 119 Полнамидокислоты (ПАК) 138 Полиамиды (ПА) 96, 101, 102, 136, 137 — ароматические 137 — однокомпонентные 137 — смешанные 137 Полиамидимиды (ПАИ) 139 Полиангидриды 96 Полиацетали 102 Полиацетаты 96 Полибензимидазолы 97, 139 Полибензоксазолы 97, 139 Полибутены 89, 90 Полибутилены Поливинилацетали (ПВАЦЛ) 117 Поливинилацетат (ПВАЦ) 117 Поливннилбутнраль (ПВБ) 117 Полнвинилбутнральфурфураль (ПВБФ) 117 Поливинилиденфторид’ (ПВДФ) 102, 112, 118 Поливинилиденхлорид (ПВДХ) 111 Поливинилкарбазол (ПВК) 121 Поливинилкеталь (ПВКТ) 117 Поливинилтолуол 121 Поливинилформаль (ПВФМ) 117 Поливинилформальэтилаль (ПВФЭ) 117 Поливинилфторид (ПВФ) 102, 112 Поливинилхлорид (ПВХ) 42, 92, 101, 102; 107—109, 111 Полигексаметнленадипамид 137 Полнгидантоины 140 Полиднсперсность 92 Полидихлорстнрол 122 Полнизобутилены 89 Полнизопрен 101 . Полиимиды (ПИ) 97, 101, 102, 138 Полн-е-капроамнд 137 Поликарбонаты (ПК) 101, 102, 126, 128 Поликонденсация 94, 95, 97 Поликоордннация 94 Полимераналогичные превращения 98 Полимеризация 94 — блочная 95 — в газовой фазе 95 — в растворе 95 — ионная 95 — радикальная 95 — стереоспецифическая 95 — суспензионная 95 — твердофазная 95 — эмульсионная 95 Полимеры 91, 98 анилнноформальдегидные 134 атактические 92 виниловые с циклическими заместителями 119 гетероцепные синтетические органические 125 гомоцепные 94 индивидуальные (гомополимеры) 92 карбоцепные 94 кремнийоргаиическне (КО) 91, 141 линейные 92 неорганические 94 неполярные 101 органические 91, 94 перхлорвиниловые ПО, 111 полярные 101 синдиотактические 92 синтетические 94 стеклообразные 101 стереорегулярные 92 . сшитые 92 термопластичные 99 термореактивные 99 фенолоформальдегидные 124, 125 элементоорганическне 94 эпоксидные 135 Полиметакрнлаты (ПМА) 118 Полиметаллоорганосилоксаны 143 Полиметилендифеиилокснды 129 Полиметилстирол 122 Полиметилфеиилсилоксан 85 Полимочевины 96 Полиоксадназолы 97, 140 Полиолефины 102, 103 Полиорганосилазаны 143 Полиорганосилоксаиы (ПОС) 84, 141—143 Полипараксилилен 124, 125 Полипропилен (ПП) 89, 102, 107 Полнрекомбинация 94 Полисилоксаны 97, 102 Полнсоединения 94 Полистирол (ПС) 27, 92, 102, 119 — ударопрочный 121 Полисульфоны 140 — ароматические 96 Политетрафторэтилен (ПТФЭ) 42, 101, 102, 114—116 Политрнфтоохлорэтилен (ПТФХЭ) 42, 102, 113, 114 Полиуглеводороды 96 Поли-ш-ундеканамид (ундекан) 137 Полиуретаны (ПУР) 96, 102, 138 Полифениленоксид 101, 129, 131 Полиформальдегид (ПФ) 129, 131 Полихлордифенил 82 Полихлорстирол 121, 122 Полиэтилен 92, 101—106 Полиэтиленполиамины 132 Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) 125—127 Полиэфиры 96, 98 — ненасыщенные (ПН) 102, 128 — простые 129 — сложные (ПЭФ) 125 Полиэфиракрнлаты (ПЭАК) 126, 128 Полиэфирбензимидазолы 125 Полиэфиримиды (ПЭИ) 125, 139 Полиэфирмаленнаты 126 Полиэфируретаны 125 Поли-<о-энантоамид (энант) 137 Полиэфирэпоксиды 125, 134 полупроводниковые материалы 17 Поляризация 21 — дипольная 27, 44 — ионная 26, 44 — электронная 26, 44 Поляризованиость 23 Потенциалы ионизации газов 47 Предельно допустимая концентрация (ПДК) Пробивное напряжение 35 ---газов 47, 51, 54, 59, 61 ---жидких диэлектриков 65, 79, 86 --- лакотканей 277 --- стеклолакоткаией 282 Пробой электрохимический 36 — ионизационный 36 — поверхностный (перекрытие) 36 — электрический 36 — электромеханический 36 — электротепловой 36
360 Предметный указатель Проводимость изоляции: объемная 17 поверхностная 17 Пропан 74 Пропилдифенил 91 Пропилен 74 Профиль нагревостойкости 38 Пряжа: асбестовая 266 хлопчатобумажная 247, 248 — гребенного кручения 248 ------- мерсеризованная 248 — крученая кордная 248 Пьезодиэлектрики 17 Р Разрядное напряжение в газах 54, 61 Распределение Вейбулла 65 Растворимость 40 — газа 70 Растворители 148 Растворяемость 40 Регенерация масел 80 Резиностеклолакоткани 284—289 Резит 123 Резитолы 123 Резолы 123 Рутил 27 С Световоды волоконные 251 Сегнетоэлектрики 17 Сера 27 Сиккативы 146, 168 — линолеатные 146 — резинатные 146 Сквозной ток проводимости 32 Скипидар живичный 149, 150 Смачиваемость 65 Смолы алифатические 134 — амидоальдегидные 135 — аминоформальдегидные 102, 124 — карбамидоформальдегидные (КФ) 96, 136 — кумароно-инденовые (КИС) 122, 123 — меламиноформальдегидные (МФ) 97, 124, 136 — мочевиноформальдегидные 124 — новолачные 123 — природные 143 — резольные 123 — фенолоальдегндные 96, 123 — фенолоформальдегндные ФФ 102, 123, 124 — эпоксидные 101, 102, 130 ---азотсодержащие 130, ---алифатические 130 ---галогенсодержащие 130 --- диановые 132 ---циклоалифатические 130 — эпоксиноволачиые 134 Совтол 70, 82 Сольвент 149, 150 Сополимеризация 94 Сополимеоы (СПЛ) 92, 98, 109—111, 114—116, 141 — виннлиденфторида 102 — винилиденхлорида 102 — винилиденхлорида с акрилонитрилом 111 — винилхлорида (ВХ) 111 ---с винилацетатом 111 ------- бутилакрилатом 111 ------- внннлиденхлоридом 111 ---— метилакрилатом ПО — дненов 102 — привитые 92 — пропилена 102 — статические 92 — стирола 121 — тетрафторэтилена 102, 114 — трифторхлорэтнлена (СТФХЭ) 102, 114 --- с виннлиденфторидом 114 ------- гексафторпропнленом 115 ---— перфторалкилперфторвиниловыми эфи- рами 116 -------этиленом 114, 115 — чередующиеся 92 — этилена 102, 106 Сопротивление изоляции 17, 21 --- объемное 18 ------- удельное 18 — — поверхностное 18, 19 Спирты: изобутиловые 149, 150 изопропиловые 149, 150 многоатомные 149 одноатомные 149 поливиниловые (ПВСП) 116 Сталь нержавеющая 61 Старение изоляции термическое (тепловое) 37 — термоокислительное 70, 77 Стеатит 39 Стекловолокно алюмобороснликатное 283 Стеклогетннакс 315 Стеклолакоткани 271, 278, 281, 287, 289 Стекломиканит 261 Стеклопластик 320, 323, 325 Стеклотекстолит 315, 317, 318, 320, 322; 327, 343 — полупроводящий 320 — фольгированный 347 Суспензии 20 Т Текстолит 250 Текстогетинакс (ПГТ) 315 Теломернзация 95 Темпеоатура застывания жидких диэлектриков 71 — плавления полимеров 95, 98 — стеклования полимеров 98 — текучести полимеров 98 Теория слабого звена 65 — экстремальных машин 65 Теплопроводность 39, 72 Теплостойкость 37, 38 Термическая деструкция 85 Термическое сопротивление полное 39 --- удельное 39 --- электрической изоляции 39 Термоокислительная стабильность 75 Термостойкость 37, 38 Термоудары 37 Тетраформ 27 Тетрафторметан 44 Титан: оксидированный 62 полированный 62 Ткани: асбестовые 267, 268 капроновые 250 кварцевые 263 кремнеземные 264
Предметный указатель Ж1 лавсановые 250 пропитанные 296 стеклянные 258, 259, 261, 279, 318 — кварцевые 263 шелковые технические 250 Ток абсорбции 32 — утечкн 18 ---поверхностный 18 --- сквозной 17 Толуол 27, 149, 150 Топанол-0 76 Точка гелеобразования полимера 99 Трансформаторы элегазовые 63 Триацетат целлюлозы 42, 144 Трикрезол каменноугольный 149, 150 Трихлорбензол 82 Трихлордифенил (ТХД) 69, 82—84, 91 Триэтаноламинтитанат 132 Трубки асбестовые 266 — бумажно-бакелитовые 330, 331, 333 — гибкие 297 — пластмассовые 308 --- из поливинилхлоридного пластиката 308, 310 ---из фторопласта 308—310 — радиоконтурные 333, 334 — стеклопластиковые 326 — стеклотекстолитовые 337 — стеклоэпоксифенольные 331, 335, 336 — текстолитовые 335 — термоусаживающиеся 311 — фибровые 243 — эластомерные 303—307 У Углеводороды: алифатические 148 ароматические 148 перфторированные 50, 88 фторированные 69 хлорированные 69, 149 циклоалифатические 148 Углекислый газ 44, 74 Угол диэлектрических потерь 31 Удельная (объемная) активная проводимость 31 Удельная (объемная) проводимость 18 Удельная теплоемкость 39 Удельные диэлектрические потери 30 Ундекан (поли-ш-ундеканамид) 137 Упругость паров жидких диэлектриков 71 Ускорители электроизоляционных лаков 147 Ф Фарфор 21, 39 Фенилксилилэтаи (ФКЭ) 91 Фенилон 137 Фибра 233 — электротехническая листовая 244 Фибриды 231 Фольгированные материалы 345 Фталевый ангидрид (ФА) 132 X Химостойкость 40 Хладоны (фреоны) 88, 89 Хлорбензол 149 Хлористый натрий 27 Хлороформ 27 Хлоруглеводороды 68 Холодостойкость изоляции 38 ц Церезин 208 Циклогексанон 149, 150 Цирконий оксидированный 62 — полированный 62 Целлулоид 144 Целлюлоза 213 — сульфатная небеленая 211 а — целлюлоза 210 Целлюлозосодержащие материалы 68 Цилиндры бумажно-бакелнтовые 331, 332 — радиоконтурные 333, 334 — стеклопластиковые 331, 338, 340 — стеклотекстолитовые 337 — стеклоэпоксиноволачные 331, 337 — стеклоэпоксифенольные 331, 335, 336 — текстолитовые 335 Ш Шелк триацетатный 250 Шеллак 143 Шнур-чулки 259 Шнуры асбестовые 266 — стеклянные 259, 261 Э Элегаз 44, 45, 50—53, 55, 56, 63, 74 Электрическая прочность 35, 47, 52, 53, 65, 66 82 — стойкость нефтяных масел 72 Электрическое смещение 24 Электрокартон 233, 234, 236, 243, 244 — жесткий 235 — нагревостойкий 239 — трансформаторный 234 — целлюлозный 237, 238 Электроннт 267, 270 Электроотрицательные высокомолекулярные га- зы 49 Электропроводность 20, 45 — ионная 20 — молионная 20 — электронная 20 Электрострикция 74 Электрофорез 20 Эмали: покрывные 159, 163 — бутилметакрилатные 165 — кремнийорганические 167 — масляно-алкидные 165 — нитроцеллюлозные 165 — полиэфирные 165 полупроводящие 166 токопроводящие 166 электроизоляционные 168 Эмульсии 20 Энант — см. Поли-ш-энантоимид Эндик-ангидрид (ЭА) 132 Энергия электрического поля 22 Эпоксидные стабилизаторы 84 Этан 74 Этилацетат 149, 150 Этилен 27, 74 Этиленгликоль 149, 150 Этилцеллозольв 149, 150 Этилцеллюлоза 144 Этролы 144 Эфиры: простые 149 сложные 84, 89, 149 целлюлозы 144 Я Янтарь 21, 144
УКАЗАТЕЛЬ МАРОК Асботекстолиты: АСТ-А, АСТ-Б 318, 320 Асботкаии: АТ-1, АТ-2 318 Бумаги: АНКОН 215 АНКОН В 215, 216, 222 БКК-40 230 БмД-6, БмД-8, БмД-11, БмД-15, БмД-20 262 БмД-ИТ-25, БмД-ИТ-32, БмД-ИТ-40 262 БНД-40/60 230 БН-111-у 230 БПБ БЛБ 296 БЭ, БЭ-1 267, 269 БЭП 232 ДПВ-1, ДПВ-2 232 К-080, К-170 224, 225 КВМ-080, КВМ-170, КВМ-120 224, 225 КВМС-080, КВМС-170 224, 225 КВМСУ-080, КВМСУ-120 224, 225 КМ-120, КМ-140, КМ-170 224, 225 КМП-120 224, 225 KMT-120, КМТ-170 231 КМТУ-080 213, 214, 230, 231 КМТУ-120 231 КОН, КОН-Н 215, 216, 219 КОН-1, КОН-2 294 КПДУ-080, КПДУ-120 225 КПУ-080, КПУ-120 225 КЭ-10, КЭ-13, КЭ-27, КЭ-35, КЭ-55, КЭ-75, КЭ-95 229 ЛЭ-34, ЛЭ-120К 232, 233 МКОН 215, 219 Н 216 СКОН, СКОН В, СКОН ОВ, СКОН НВ, СКОН О, СКОН ОНВ 215, 219 Т-080, Т-120 226, 227 ТВ-120, 226 ТВУ-080 213, 226, 227, 230, 231 ТМ-125 231, ТМ-120 226 ТМП-120 226 ЭИП-50, ЭИП-66А, ЭИП-66Б, ЭИП-78, ЭИП-120 227, 228 ЭИПХ-120 227 ЭК-1, ЭК-2 229 ЭКТМ 229 ЭМКОН, ЭМКОН Н, ЭМКОН В, ЭМКОН НВ 216, 221 ЭН-50, ЭН-70, ЭН-100, ЭН-85 227, 228 Бязи: TI, Т2 247, 249 Вазелин ВК-З/ЮЭ 209 Волокна магнийалюмосиликатные: ВМП 263 УП-67 263 Воски: МП-3, МП-5 206 МП-4 207 Втулки конденсаторные: ВТИ-Т, ВТИ-С 331, 341 Гетинаксы: ГОФ 346 ГОФВМ 346, 348 ГФ 346, 348 ГФС 346, 348 ЛГ 313, 314, 343 ЭФ 346, 348 I, II, III, V, VI, VII, VIII-B, X 313, 314, 343 Грунтовки эпоксидные: ЭП-0010, ЭП-0020 78 Дибутилпаракреозол ДВРС 76 Диметакрилаттрнэтиленглнкс.1::, ТГМ-3 128 Дифенил полихлорированный (полихлордифе- нил) ПХД 65, 82—85, 91 Диэлектрики фольгированные: ДФО 346, 349, 350, 355 ДФС 346, 349, 350, 355 СФГ 346, 349, 350, 355 ПКТ 346, 349, 350, 355 ФДГ 346, 349, 350, 355 ФДМ 346, 349, 350, 355 ФДМЭ 346, 349, 350, 355 ФЛАН 346, 349, 350, 355 Жидкости ПМСЖ: ПМС-10, ПМС-20, ПМС-50, ПМС-60 86 Жидкости ПМФСШ: ФМ-5, ФМ-1322 86 Жидкости ПХ(Ф)ОСЖ: ФС-5, ФС-56 87 Жидкости ПЭСЖ: ПЭС-Д, ПЭС-3 87 Зикеевская земля Д 78 Картоны: А 234—236, 239 AM 234—236, 239 Б 234—236 БН 238, 239 В 238 Г 234, 236 Е 238 ЭВ 240—242 ЭВА 240—242 ЭВП 240—242 ЭВС 240—242 ЭВТ 240—242 Клеи: Б, БМК, БФ, БФР, ВК, ВКТ, ВР, ВС, Д, К, КМЦ, КПТ, КС, КТ, Л, МФ, ПУ, П и Пр, СКДА, ТМ, УК, УП, ФК, Фл, ХВК-2А, ЭПО, ЭПЦ 198—203 Кольца стеклопластнковые: КСБ 332, 340, 341 КСН 332, 340, 341 Компаунды: КП-18, КП-34, КП-50, КП-103 128 АС, Б-ИД, БПЭ, Вклад, Д, ДМ, ДС, К, КГ, КГМС, КМ, КП, КТ, КФ, КЭ, МБК, МФВГ, ПК, ПЭК, пэкл, ПЭП, УП, ЭВП, ЭД, ЭЗК, ЭКА, ЭКАМ, ЭКД, экс, ЭПБ, ЭПК, ЭПК-С, ЭПК-СТ, ЭПК-Т,
Указателе марок 363 ЭПК, ЭПСК, ЭТЗ, ЭТП 177—196 Лавсаи фольгированный ЛФ-1 347 Лаки: АД-9113, АД-9103, АД-9ЮЗПС 172, 173 АФ-17 153 БТ-980, БТ-987, БТ-988 152, 153 БТ-963 154 БТ-95 169 БТ-99 159, 160, 162 ВА-558 172 ВЛ-278, ВЛ-931, ВЛ-941 172, 173 ВЭИ-10 154 ГФ-95, ГФ-9140 152, 153 ГФ-937, ГФ-956, ГФ-957, ГФ-962, ГФ-984, ГФ-996 169 ГФ-985, ГФ-996 172—174 ДФ-271 153 ДЭП 153 ИД-9152 153 ИД-9142 172 ИФ-П, ИФ/ЭД-6-КГ 154 КЛ-1 172 КО-990, КО-940 152, 161, 162 КО-916, КО-916 А 152, 161, 162, 172, 174 КО-991-1, КО-991-3, КО-964, КО-964Н, КО-916К 153 КО-991-4, КО-991-6, КО-916, КО-919, КО-922, КО-946, КО-978 169, 171 КО-991-5, КО-915, КО-921, КО-926 154 К-41, К-44, К-55 154 КФ-965 159, 160, 162 МА-595А, МА-585Б 153 МА-585А 273 МА-972 154 МГМ-8, МГМ-16 153 МЛ-92 153 НЦ-995, НЦ-995А, НЦ-995Б 160, 161 О-919Т 169 ПЭ-939, ПЭ-943, ПЭ-955, ПЭ-999 172, 173 ПЭ-935, ПЭ-936, ПЭ-969, ПЭ-970 169, 170 ПЭ-933, ПЭ-9132 155 ПЭ-951, ПЭ-966, ПЭ-942 154 ПЭ-9131 159, 160, 162 СЭНП-526 169, 170 , УР-9144 153 УР-976, УР-9130 159, 160, 162 УР-973, УР-9119 172, 173 ФА-97 153, 172 ФА-9136, ФА-9137, ФА-9138 172, 173 ФЛ-947 153 ФЛ-590, ФЛ-9100, ФЛ-9107, ФЛ-9107П, ФЛ-9107Л, ФЛ-5111 154 ХС-9105 159, 160 ЭФ-5Т 154 ЭТР-5 153 ЭФ-1Т, ЭФ-ЗБСУ 153 ЭП-5122 154 ЭП-730 159, 160, 162 ЭП-96, ЭП-9114 160, 162 Э П-934 169 ЭПС-1 154 ЭПТ-1 154 ЭЦ-959, ЭЦ-9101 160, 161 Лакобумаги: БКЛ, БХЛ 294, 295 Э К ОТ КЗ н и * лкм, ’ лкмс, лктм, лктмм, ЛСБ, ЛСБК, лек, ЛСКК, лскл, лскл-с, ЛСКР, ЛС, ЛСЛСБ, лсм, лемм, ЛСП, ЛСТР, леэ, леэпл, леэплм, ЛШБ, ЛШМ, ЛШМС, ЛХБ, ЛХМ, ЛХММ, ЛХМС, РСК, ф-чд 273—283 Ленты асбестовые: ЛАЛЭ-1, ЛА ЛЭ-2, ЛАСЭ-1, ЛАСЭ-2, ЛАТ, ЛАЭ-1, ЛАЭ-2 267—269 Ленты кремнеземные: КЛ-11 264 Ленты прорезиненные: 1ПОЛ, 2ПОЛ, 2ППЛ, 1Ш0Л, 2Ш0Л 295 Ленты стеклянные: ЛЭ ВМП, ЛЭС, ЛЭСБ 259—261 ЛСП-0 256 ЛСП-10 259 ЛСБ-В, ЛСБ-Г 261 Масла: Азнефтехим-3 ФКЭ 91 ГК 74, 79, 80 КМ-25 81 МН-4 81 ПТ 70, 71, 77, 80 С-220 81 Т-750 71, 77, 79, 80 Т-1500 71, 74, 75, 77, 79, 80 ТАп 77, 79, 80 ТКп 74, 75, 77, 79, 80 ТСп 74, 77, 79, 80 Нити кварцевые: КС, КС-11 263 Нити стеклянные: БС, БС-3, БС-4, БС-5, БС-6, БС-7, БС-9, БС-10 258 МС-6 259 Отвердитель АМ-2 148 Парусина ЭТ 247 Парафины: Вь Ва, Вз, В, 207, 208 Нс, Н„ 207, 208 Т, С 207 Перкали: Б-Э 247, 249, 273 В 247, 273 Пластики: АБС 121, 122 ДСП-Б-э, ДСП-В-э 323 Полибутен СК 90 Полиимид фольгированный ПКТ 347, 355 Полипропилен ПП 107 Полистиролы СНП-2, УП-1Э 122 Полиэтилены: ПХС 106 ПЭСД 104, 105 ПЭВД 104, 105 ПЭНД 104, 105 Полиэфиракрилаты: МГФ-1, МГФ-9 128 ТГМ-3 128 Полиэфиры: ПН-1, ПН-3, ПН-40, ПН-69 128 Препреги электротехнические; ПО, ПЭ, ПЭ-1 324, 325 Пропиточные составы: Б-ИД-9127, Б-ИД-9127Э, Б-ИД-9147 Б-ПЭ-9128, 128 Резин остеклолакотка ни: ЛСКЛ-155, ЛСПЛМ, ЛСТР, ЛСЭПЛ 287— 289 ЛСКР, ЛСЛ, ЛСЛК, ЛСЭ 284—286 Ровница асбестовая АРЭ 266 Силикагели: КСКГ 78 СКС 78
364 Указатель марок Сикативы: ЖК-1, ЖК-2, ЖК-3 147 Смолы аминоформальдегидные АФ 134, 135 Смолы фенолоформальдегидные ФАФ 135 Смолы эпоксидные: УП-563, УП-599, УП-610, УП-612, УП-632, УП-640, УП-640Т, УП-643, УП-647, УП-647Э, УП-65ОД, УП-653, УП-653Н, УП-656, УП-661, УП-665 130 Э-40, Э-41, Э-45, Э-49П 130 ЭА 130 ЭД-4, ЭД-8, ЭД-14, ЭД-16, ЭД-20, ЭД-22, ЭД-24 130 ЭДН 130 ЭКР-18-С, 130 ЭН-6 130 ЭТФ-10, ЭТФ 130 ЭЦ, ЭЦ-Н, ЭЦ-К 130 ЭЭТ-1 130 Совтол-10 10, 84 Сополимеры стирола: МС, МСН, СА, СВ, САМП, СП 120, 121 Сополимеры этилена СЭ 106 С теклогетин а ксы: СГ, СГЭФ 315, 317 Стеклолакоткани фторопластовые: Ф-4Д-Э01, Ф-4Д-Э003, Ф-4Д-М-1-006 283, 284 Стеклопластики: СПП-П, СПП-Э, СПП-ЭА, СПП-ЭП, СПП- ЭУ, СПП-БИД 325, 326, 330 СР-ПЭИ 320, 323 Стеклотекстолиты: СТ, СТ-1, ст-п, ствк, стк, СТ-НТ, СТЭБ, СТЭД, СТЭН, СТ-ЭТФ, СТЭФ, СТЭФ1, СТЭФ-НТ, СТЭФ-П, СТЭФ-ПВ, РЭМ 320, 321, 323, 327—329 СОНФ, СТИФ, СТНФ, СТПА, СТФ, СТЭК, СФ, ФТС 346, 347, 349, 351—354 Текстогетинакс ПГТ 315 Текстолиты: А, АСТ-А, АСТ-Б, Вр, Г, ЛТ 313, 315, 343 Ткани: ЭИ-1, ЭИ-2, ЭИ-3, ЭИ-4 247, 249, 273 АЛТ-1, АЛТ-2, АТ-1, АТ-2, АТ-3, АТ-10 (асбестовые) 267, 268 Эксцельсиор 1 (шелковые) 250 Эксцельсиор 2, Эксцельсиор 3 (капроно- вые) 250 ТС (кварцевые) 263 ПС-ИФ, ПС-ИФ/ЭП, ПСС-ИФ/ЭП, СП, СПТ, ТВФЭ-2 (пропитанные) 29 Э1, Э1/1, Э2, Э2/1, ЭЗ, ЭЗ/З, Э4, Э4/4, Эс4 (стеклянные) 260 Т-9Т, Т-10Т, Т-П-Р, ТУПР (стеклянные) 259 Триэтаноламинтитанат ТЭАТ-1 132 Трубки лакированные: ТКС, ТЛВ, ТЛМ, ТЛНК, ТПС, ТСП, ТЭС 299—303 Трубки радиоконтурные ТР 333, 334 Трубки стеклопластиковые: ТСПВ, ТСПМ, ТСПО, ТСПС 331, 338, 339 Трубки стеклотекстолитовые ЦСК 337 Трубки стеклоэпоксифенольные ЦСЭВ, ЦСЭФ 331, 335, 336 Трубки текстолитовые ТХ 335 Трубки термоусаживающиеся ТТЭ-С, ТТЭ-Т 311 Трубки фибровые: ВВ, НВ, К 243 Трубки эластомерные: ТЗЭТ, ТКР, ТКРТ, ТКСП, ТКСТ, ТРТ, ТРФ 303—307 Ускорители: УП-0628, УП-606/2, УП-606/3 148 НК-1 148 Фибра листовая ФЭ 244 Хладоны (дифтордихлорметаны): хладои-12 44, 49 хладон-112, хладон-113, хладон-114 88 Цилиндры бумажио-бакелитовые: ЦБС, ЦБТ, ЦБФ, ЦБФО, ЦБФОС 331, 332 Цилиндры радиоконтурные ЦР 333, 334 Цилиндры стеклопластиковые: ЦВ, ЦОМ, ЦОМ-Д, ЦОР, ЦСПМ 331, 338, 340 Цилиндры стеклотекстолитовые ТСК 337 Цилиндры стеклоэпоксиноволачные ЦСЭН 331, 337 Цилиндры стеклоэпоксифенольные ТСЭФ 331, 335, 336 Цилиндры текстолитовые ЦХ1, ЦХ2 335 Шнуры асбестовые: ШАВТ, ШАГ, ШАМ, ШАП-1, ШАП-2, ШАПТ, ШЛИ-1, ШЛИ-2, ШЛОН, ШЛТ 266 Шиуры стеклянные: АСЭЧ(б), ШБЭС, ШЭС-1, ШЭС-2 259, 261 Эмалн: АС-95 163 ГФ-92ХС, ГФ-92ГС, ГФ-913, ГФ-916, ГФ-927, ГФ-952 163 КО-959, КО-97, КО-911, КО-935, КО-936, КО-976 165 НТ-929 163 ПФ-910, ПФ-922, ПФ-934, ПФ-939, ПФ-954, ПФ-964 163, 166 ХВ-785 163 ХВ-973, ХС-982 163 ЭП-91, ЭП-919, ЭП-921, ЭП-925, ЭП-933, ЭП-968, ЭП-979 165, 167
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие....................... . 3 Введение................................ 4 Ю. В. Корицкий, В. В. Пасынков, Б. М. Тареев Список литературы ...................... 6 Раздел 1. Общие справочные сведения Б. М. Тареев 1.1. Единицы и размерности физиче- ских величин .......................... 7 Общие сведения............... \7 Единицы СИ и их обозначения . 7 Кратные и дольные приставки . 8 Соотношения между различными единицами ......................... 8 Геометрические, механические и общефизические величины . . 8 Термические величины ... 11 Электромагнитные величины . . 12 Световые величины .... 14 Радиационные величины ... 14 Относительные и логарифмические величины...........................14 1.2. Важнейшие физические постоянные 15 Список литературы ...................... 16 Раздел 2. Общие свойства электроизо- ляционных материалов Б. М. Тареев 2.1. Определение, назначение и клас- сификация электроизоляционных материалов ........................16 2.2. Электропроводность диэлектриков 17 2.3. Поляризация диэлектриков . . 21 2.4. Диэлектрические потери ... 30 2.5. Пробой диэлектриков ... 35 2.6. Термические свойства электроизо- ляционных материалов ... 37 2.7. Различные физико-химические свойства электроизоляционных ма- териалов ..........................40 Список литературы ..................... 42 Раздел 3. Газообразные диэлектрики М. И. Сысоев 3.1. Общие сведения..............43 3.2. Диэлектрическая проницаемость 43 3.3. Электропроводность и диэлектриче- ские потери......................45 3.4. Развитие разрядов в газах . . 46 3.5. Электрическая прочность газовых промежутков. Закон подобия раз- рядов .................................47 3.6. Газы с высокой электрической прочностью.............................49 3.7. Электрическая прочность сжатых газов..................................51 3.8. Разряд в газе вдоль поверхности твердого диэлектрика ... 54 3.9. Электрическая прочность газовых промежутков при высокой частоте 57 3.10. Электрическая прочность воздуш- ных промежутков в сильнонеодно- родном электрическом поле . . 59 3.11. Электрическая прочность вакуум- ных промежутков .... 60 3.12. Применение газов в качестве элек- трической изоляции .... 63 Список литературы........................64 Раздел 4. Жидкие диэлектрики Д. С. Варшавский, Г. Д. Головань 4.1. Общие сведения....................64 4.2. Основные свойства электроизоля- ционных жидкостей .... 65 4.3. Нефтяные электроизоляционные масла..................................72 4.4. Жидкие диэлектрики на основе хлорированных углеводородов . 81 4.5. Жидкие диэлектрики на основе по- лиорганосилоксановых (кремний- органических) соединений (ПОСЖ) 84 4.6. Жидкие диэлектрики на основе фторорганических (ФОСЖ) и хлор- фторорганических (ХФОСЖ) сое- динений ...............................88 4.7. Жидкие диэлектрики на основе сложных эфиров. Касторовое масло. 89 4.8. Жидкие диэлектрики на основе синтетических углеводородов . 89 Список литературы..................91 Раздел 5. Электроизоляционные поли- меры К. С. Сидоренко, Э. 3. Аснович, Ю. К. Петрашко, Э. И. Хофбауэр 5.1. Общие сведения ..... 91 5.2. Органические синтетические карбо- цепные полимеры . . . .. . ЮЗ Полиолефины.......................ЮЗ Полимеры галогенпроизводных не- предельных углеводородов . . 107 Поливиниловый спирт и его слож- ные эфиры.........................116 Полиакрилаты, полиметакрилаты, полиакрилонитрил . . . . 117 Виниловые полимеры с циклически- ми заместителями . . . . 119 Полимеры с фениленовой группой в основной цепи...................123 5.3. Органические синтетические гетеро- цепные полимеры......................125 Сложные полиэфиры .... 125 Простые полиэфиры .... 129
366 Оглавление Эпоксидные смолы и полимеры на их основе...................... 130 Полимеры с атомами азота в ос- новной цепи.....................134 Полимеры с гетероциклами в цепи 138 Полимеры с атомами серы в основ- ной цепи (полнсульфоны) . 140 5.4. Кремнийоргаиические полимеры 141 5.5. Природные смолы и эфиры цел- люлозы ............................143 Список литературы.....................144 Раздел 6. Лаки, эмали, компаунды, клеи |/С И. Забырина\, В. В. Астахин, Г. П. Бочкарева, А. К- Варденбург, К. С. Сидоренко, В. В. Трезвое 6.1. Общие сведения.................145 6.2. Классификация электроизоляцион- ных паков..........................145 6.3. Исходные материалы, применяе- мые для изготовления электроизо- ляционных лаков, эмалей и ком- паундов ...........................146 6.4. Производство электроизоляцион- ных лаков..........................151 6.5. Пропиточные лаки .... 152 Назначение и общие требования 152 Марки и области применения . 152 Свойства маслосодержащих про- питочных лаков..................152 Свойства пропиточных лаков на основе модифицированных синте- тических полимеров .... 152 Свойства пропиточных лаков на основе немодифицированиых син- тетических полимеров . . . 155 6.6. Покрывные лаки.................159 Назначение и общие требования 159 Марки и области применения . 159 Свойства покрывных лаков . . 159 6.7. Покрывные эмали .... 159 Назначение и общие требования 159 Способы получения эмалей и их применение.................168 Марки, области применения и свой- ства эмалей................168 6.8. Клеящие лаки..............168 Назначение и общие требования 168 Марки, области применения и свой- ства клеящих лаков . . . . 168 6.9. Лаки для обмоточных проводов 171 Лаки для эмалирования проводов 171 Лаки для проводов с эмаль-стек- ловолокнистой изоляцией . . 174 6.10. Компаунды.....................174 Общие сведения.............174 Исходные продукты, применяемые для изготовления компаундов 174 Приготовление и применение ком- паундов ........................175 Свойства компаундов . . . 176 Битумные и другие компаунды . 195 6.11. Клеи............................197 Общие сведения.............197 Марки и области применения . 204 Свойства клеев ................ 204 Список литературы................... 206 Раздел 7. Воскообразные диэлектрики Р. С. Холодовская, В. П. Вайсфельд 7.1. Общие сведения.................206 7.2. Полиэтиленовый и полиизобутиле- новый воски.........................206 7.3. Парафин........................207 7.4. Церезин........................208 7.5. Вазелин........................209 7.6. Олеовакс.......................210 Раздел 8. Древесина, бумага, картой, фибра Т. Б. Жиляев, Д. С. Варшавский,; Л. С. Линова, Е. А. Чайкина 8.1. Общие сведения о природных ма- териалах ...........................210 8.2. Древесина как электроизоляцион- ный материал........................214 8.3. Конденсаторная бумага . . . 215 8.4. Кабельные н трансформаторные бумаги..............................224 8.5. Разные бумаги из природных во- локон ............................. 227 8.6. Бумаги из синтетических волокон 231 8.7. Электроизоляционные картоны . 233 8.8. Фибра...........................243 8.9. Специфические методы испытаний 244 Список литературы .................... 246 Раздел 9. Органический текстиль | М. И. Мантров\, В. П. Вайсфельд 9.1. Общие сведения...................247 9.2. Текстильные материалы из нату- ральных волокон......................247 9.3. Искусственные и синтетические во- локна и материалы нз них . 250 Раздел 10. Неорганические волокнис- тые материалы [М. С. Асланова!, Е- А- Чайкина 10.1. Стеклянное волокно и изделия нз него..............................251 10.2. Состав и свойства стекол для из- готовления волокна .... 252 10.3. Физико-химические свойства не- органических волокон и материа- лов на их основе .... 252 10.4. Электрические свойства . . . 254 10.5. Ассортимент изделий из непре- рывного стеклянного волокна . 257 10.6. Высоконагревостойкие волокна и нитевидные кристаллы . . . 262 10.7. Асбест и изделия из него . . 265 Список литературы .................... 270 Раздел 11. Пропитанные волокнистые материалы К. И. Забырина], |в. В. Кудрявцев!, М. Б. Фромберг! 11.1. Общие сведения................271 11.2. Классификация лакотканей . . 271 11.3. Хлопчатобумажные и шелковые лакоткани............................273 11.4. Стеклолакоткани...............278 11.5. Стеклолакоткани на основе фто- ропластов ...........................283 11.6. Резиностеклолакоткани . . . 284
Оглавление 367 11.7. Липкие и самосклеивающиеся стеклолакоткани и резиностекло- лакоткани ........................ 11.8. Поведение лакотканей в эксплуа- тации ............................ 11.9. Лакобумага.................. 11.10. Изоляционная липкая прорези- ненная лента ..................... 11.11. Изоляционная смоляная лента 11.12. Бакелизироваиная бумага 11.13. Пропитанные тканн Раздел 12. Электроизоляционные гиб- кие трубки В. А. Масловский, О. И. И целее 12.1. Общие сведения . . . . 12.2. Лакированные трубки 12.3. Эластомерные трубки 12.4. Пластмассовые трубки 12.5. Термоусаживающиеся трубки 12.6. Методы испытании .... Список литературы................... Раздел 13. Слоистые пластики, про- фильные стеклопластики и препреги Е. Ф. Зинин, Г. М. Дулицкая, И. Д. Вайсфельд, В. В. Коновалов 13.1. Общие сведения . . . . 13.2. Листовые слоистые пластики Гетииакс электротехнический Текстолит ........................ Древесиослоистые пластики Электротехнические препреги 287 13.3. Профильные стеклопластики и стеклопластиковые трубки 289 13.4. Поведение в эксплуатации листо- 294 вых и профильных пластиков 13.5. Намотанные изделия 294 Намотанные изделия на основе 295 бумаги и тканей .............. 296 Намотанные изделия на основе 296 стеклонаполннтелей . . . . , 13.6. Конденсаторные втулки и осто- вы для высоковольтных вводов 13.7. Намотанные прессованные тексто- литовые стержни .... 13.8. Механическая обработка . , 297 Список литературы ...... 303 308 Раздел 14. Базисные материалы для 311 производства печатных плат 311 А. В. Васильев, В. И. Смирнова, 312 Д. И. Житомирская, Н. И. Лазарева 14.1. Общие сведения.............. 14.2. Высокочастотные базисные мате- риалы для производства печат- ных плат........................... 14.3. Фольгированные сверхвысокоча- 313 стотиые материалы . . , . 313 Список литературы....................... 313 Предметный указатель.................. 315 Указатель марок....................... 323 324 325 327 330 330 335 341 342 343 344 345 345 347 355 356 356 362
СПРАВОЧНИК ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИМ МАТЕРИАЛАМ. Т.1 Редактор |и. В. А н т и к| Художественный редактор А. А. Белоус Технический редактор А. С. Давыдова Корректор Л. С. Тимохова ИБ № 916 Сдано в набор 12.06.85. Подписано в печать 14.02.86. Т-00524. Формат 70X108716. Бумага типографская Ns 1. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. печ. л. 32,2. Усл. кр.-отт. 32,2. Уч.-изд. л. 48,65. Тираж 60 000 экз. Заказ № 232. Цена 2 р. 90 к. Энергоатомиздат, 113114, Москва, М-114, Шлюзоаая наб., 10 Владимирская типография Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли 600000, г. Владимир, Октябрьский проспект, д. 7