Тема IІІ.2. Механічні, фізико-хімічні і теплові властивості електроізоляційних матеріалів

Електротехнічна апаратура може працювати в різних умовах, тому при виборі для її виготовлення електроізоляційних матеріалів враховують не тільки їхні електричні параметри, але також механічні, теплові і фізико-хімічні властивості. Правильний вибір відповідних параметрів механічних, теплових і фізико-хімічних характеристик забезпечує надійність і довговічність робота діелектриків.

Основними механічними характеристиками є міцність при розтяганні, стиску, вигині, питома ударна в'язкість.

Якщо зразок матеріалу піддати дії поступово зростаючого зусилля, що розтягує, то при досягненні цим зусиллям граничного значення відбудеться розрив зразка. Міцність на розрив (межа міцності при розтяганні) знаходиться розподілом руйнівного навантаження на поперечний переріз зразка:

Відношення абсолютного подовження зразка в момент часу, що передує розривові, до вільної довжини зразка до додатка зусилля, що розтягує, дає відносне подовження матеріалу:

Міцність на стиск (межа міцності при стиску) визначається аналогічно міцності на розрив:

Міцність на вигин (межа міцності при вигині) визначається для бруска прямокутної форми, до середини якого додається згинаюче навантаження:

де - довжина прольоту між опорами; - ширина бруска; - висота бруска.

Ударний вигин (питома ударна в'язкість) характеризує крихкість матеріалу. Багато матеріалів, володіючи високе механічною міцністю до статичного (прикладеним плавно) навантаженням, у той же час легко руйнуються динамічними (ударними) навантаженнями. Питому ударну в'язкість матеріалу перевіряють на маятниковому копрі (Л-2, стор.18) і обчислюють по наступній формулі:

де - вага маятника; - висота центра ваги маятника в похідному положенні; - висота злету центра ваги маятника після зламу зразка.

До фізико-хімічних характеристик відносяться: кислотне число, в'язкість, гігроскопічність, водопоглинання, хімічна стійкість, тропікостійкість, радіаційна стійкість. Кислотне число характеризує зміст у матеріалі вільних кислот, що викликають корозію дотичних з ним металів. Його величина визначається кількістю їдкого калію КІН, що потрібно для того, щоб нейтралізувати усі вільні кислоти, що утримуються в 1м випробуваного матеріалу.

В'язкість є важливим параметром рідких діелектриків. Вона виміряється віскозиметром. Сутність визначення зводиться до того, що із судини через калібрований отвір у його дні випускається визначений обсяг випробуваного матеріалу і точно виміряється час витікання.

Багато електроізоляційних матеріалів гігроскопічні, тобто мають здатність усмоктувати в себе вологу з навколишнього середовища, і вологопронизливі, тобто здатні пропускати вологу. Для установлення величини гігроскопічності визначається відносний приріст маси абсолютно сухого зразка при витримці його в повітрі з близької до 100% відносною вологістю:

Іноді електричної ізоляції приходиться працювати в умовах зіткнення з водою. У таких випадках становить інтерес визначення вологопронизливості. Визначення цієї характеристики аналогічно визначенню гігроскопічності з тим розходженням, що сухий зразок після зважування витримується у воді.

При роботі матеріалів у хімічно активних, агресивних середовищах вплив, що руйнує, на рівні матеріали може бути дуже сильним. Для роботи в таких середовищах, у залежності від їхньої природи, матеріали повинні володіти визначеною хімічною стійкістю, що визначається аналогічно вологостійкості по зміні маси, розмірів, механічних і електричних параметрів.

Для іспиту на тропікостійкість матеріали і вироби витримують при температурі 40-50°С в повітрі, насиченому парами води, і при впливі культур цвілевих грибків.

Радіаційною стійкістю називається здатність електроізоляційного матеріалу без ушкоджень і без істотної зміни практично важливих властивостей витримувати вплив радіаційних випромінювань.

До основних теплових характеристик відносяться температура спалаху пар, температура розм'якшення, теплостійкості, морозостійкість, нагрівостійкість.

Температура спалаху - це така температура, при якій суміш пар рідкого діелектрика з повітрям спалахує від наближення невеликого відкритого полум'я, від іскри і т.д. Вона визначається за допомогою приладу ПСНО (прилад спалаху, нагрів вогневий) або ПСНЕ (прилад спалаху, нагрів електричний). До відзначеного (по термометрі) температурі спалаху необхідно додати виправлення на барометричний тиск:

де - барометричний тиск, гПа.

Якщо для кристалічних матеріалів основним тепловим параметром є температура плавлення, то для аморфних речовин аналогічною характеристикою є температура розм'якшення. При розм'якшенні відбувається зниження механічної міцності і поступова деформація виробів. Температура розм'якшення визначається за допомогою різних умовних прийомів. Варто ознайомитися по підручнику Л-3, стор.П7-П8, з методом " кільця і кулі".

Одним з досить розповсюджених параметрів, що характеризують здатність матеріалу зберігати форму при нагріванні і механічних навантаженнях, є теплостійкість по Мартенсу, методику визначення якої необхідно вивчити по підручнику 1-2, стор.24 і Л-3, стор.118-Ш.

Морозостійкість дозволяє визначити властивість матеріалу протистояти дії низьких температур.

Здатність електроізоляційних матеріалів і виробів без шкоди для них як короткочасно, так і довгостроково витримувати вплив високої температури, а також різких змін температури називається нагрівостійкістю. Матеріали, уживані для ізоляції електричних машин і апаратів, по величині довгостроково припустимої робочої температури підрозділяються на сімох класів нагрівостійкісті (табл.1).

Таблиця I