絕緣材料介紹以及發(fā)展

   絕緣物很多，電力器材中常有高電壓存在，所以需要特質(zhì)的絕緣材料。電工器材中使帶電體與其他部分隔離的材料稱為絕緣材料。常用的固態(tài)材料有絕緣紙、層壓 板、橡皮、塑料、油漆、玻璃、陶瓷、云母等。常用的液態(tài)材料有變壓器油等。絕緣油介電強(qiáng)度測(cè)試儀中，就有利用了變壓器油。氣態(tài)材料中以空氣、氮?dú)?、六氟?硫等用得較多。

絕緣材料：電阻率為109～1022 Ω?Cm的物質(zhì)所構(gòu)成的材料在電工技術(shù)上稱為絕緣材料，又稱電介質(zhì)。簡(jiǎn)單的說就是使帶電體與其他部分隔離的材料。絕緣材料對(duì)直流電流有非常大的阻力，在直 流電壓作用下，除了有極微小的表面泄漏電流外，實(shí)際上幾乎是不導(dǎo)電的，而對(duì)于交流電流則有電容電流通過，但也認(rèn)為是不導(dǎo)電的。絕緣材料的電阻率越大，絕緣 性能越好。

用于使不同電位的導(dǎo)電部分隔離的材料。其電導(dǎo)率約在10-10 西/米以下。不同的電工產(chǎn)品中，根據(jù)需要,絕緣材料往往還起著儲(chǔ)能、散熱、冷卻、滅弧、防潮、防霉、防腐蝕、防輻照、機(jī)械支承和固定、保護(hù)導(dǎo)體等作用。

絕緣材料種類很多，可分氣體、液體、固體三大類。常用的氣體絕緣材料有空氣、氮?dú)狻⒘虻?。液體絕緣材料主要有礦物絕緣油、合成絕緣油（硅油、十二 烷基苯、聚異丁烯、異丙基聯(lián)苯、二芳基乙烷等）兩類。固體絕緣材料可分有機(jī)、無機(jī)兩類。有機(jī)固體絕緣材料包括絕緣漆、絕緣膠、絕緣紙、絕緣纖維制品、塑 料、橡膠、漆布漆管及絕緣浸漬纖維制品、電工用薄膜、復(fù)合制品和粘帶、電工用層壓制品等。無機(jī)固體絕緣材料主要有云母、玻璃、陶瓷及其制品。相比之下，固 體絕緣材料品種多樣，也zui為重要。

不同的電工設(shè)備對(duì)絕緣材料性能的要求各有側(cè)重。高壓電工裝置如高壓電機(jī)、高壓電纜等用的絕緣材料要求有高的擊穿強(qiáng)度和低的介質(zhì)損耗。低壓電器則以機(jī)械強(qiáng)度、斷裂伸長率、 耐熱等級(jí)等作為主要要求。

絕緣材料的宏觀性能如電性能、熱性能、力學(xué)性能、耐化學(xué)藥品、耐氣候變化、耐腐蝕等性能與它的化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)等有密切關(guān)系。無機(jī)固體絕緣材料主要是 由硅、硼及多種金屬氧化物組成,以離子型結(jié)構(gòu)為主,主要特點(diǎn)為耐熱性高，工作溫度一般大于180℃,穩(wěn)定性好，耐大氣老化性、耐化學(xué)藥品性及長期在電場(chǎng)作 用下的老化性能好；但脆性高，耐沖擊強(qiáng)度低，耐壓高而抗張強(qiáng)度低；工藝性差。有機(jī)材料一般為聚合物，平均分子量在104～106之間，其耐熱性通常低于無 機(jī)材料。含有芳環(huán)、雜環(huán)和硅、鈦、氟等元素的材料其耐熱性則高于一般線鏈形高分子材料。

影響絕緣材料介電性能的重要因素是分子極性的強(qiáng)弱和極性組分的含量。極性材料的介電常數(shù)、介質(zhì)損耗均高于非極性材料，并且容易吸附雜質(zhì)離子增加電導(dǎo)而降低其介電性能。故在絕緣材料制造過程中要注意清潔，防止污染。電容器用電介質(zhì)要求有高的介電常數(shù)以提高其比特性。

發(fā)展概況 zui早使用的絕緣材料為棉布、絲綢、云母、橡膠等天然制品。在20世紀(jì)初，工業(yè)合成塑料酚醛樹脂首先問世，其電性能好，耐熱性高。以后又相繼出現(xiàn)了性能更好 的脲醛樹脂、醇酸樹脂。三氯聯(lián)苯合成絕緣油的出現(xiàn)使電力電容器的比特性出現(xiàn)了一次飛躍（但因有害人體健康，后已停止使用）。同期還合成了六氟化硫。

30年代以來人工合成絕緣材料得到了迅速發(fā)展，主要有縮醛樹脂、氯丁橡膠、聚氯乙烯、丁苯橡膠、聚酰胺、三聚氰胺、聚乙烯及性能優(yōu)異稱之為塑料王的聚四 氟乙烯等。這些合成材料的出現(xiàn)，對(duì)電工技術(shù)的發(fā)展起了重大作用。如縮醛漆包線用于電機(jī)，使其工作溫度和 可靠性提高，而電機(jī)的體積和重量大大降低。玻璃纖維及其編織帶的研制成功及有機(jī)硅樹脂的合成又為電機(jī)絕緣增加了H級(jí)這個(gè)耐熱等級(jí)。

40年代以后不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂問世。粉云母紙的出現(xiàn)使人們擺脫了片云母資源匱乏的困境。
50年代以來，合成樹脂為基的新材料得到了廣泛應(yīng)用，如不飽和聚酯和環(huán)氧等絕緣膠可供高壓電機(jī)線圈浸漬用。聚酯系列產(chǎn)品在電機(jī)槽襯絕緣、漆包線及浸漬漆 中使用，發(fā)展了E級(jí)和B級(jí)低壓電機(jī)絕緣，使電機(jī)的體積和重量進(jìn)一步下降。六氟化硫開始用于高壓電器，并使之向大容量小型化發(fā)展。斷路器的空氣絕緣及變壓器 的油和紙絕緣部分地被六氟化硫所取代。

60年代含雜環(huán)和芳環(huán)的耐熱樹脂得到了大發(fā)展，如聚酰亞胺、聚芳酰胺、聚芳砜、聚苯硫醚等屬 H級(jí)及更高耐熱等級(jí)的材料。這些耐熱材料的合成為以后發(fā)展 F級(jí)、H級(jí)電機(jī)創(chuàng)造了有利條件。聚丙烯薄膜在這一時(shí)期也成功地用于電力電容器。

70年代以來新材料的開發(fā)研究相對(duì)比較少，這一時(shí)期主要是對(duì)現(xiàn)有材料進(jìn)行各種改性及擴(kuò)大應(yīng)用范圍。對(duì)礦物絕緣油采用新方法精制以降低其損耗；環(huán)氧云母絕 緣在提高其機(jī)械性能和實(shí)現(xiàn)無氣隙以提高其電性能方面做了很多改進(jìn)。電力電容器由紙膜復(fù)合結(jié)構(gòu)向全膜結(jié)構(gòu)過渡。1000千伏級(jí)特高壓電力電纜開始研究用合成 紙絕緣取代傳統(tǒng)的天然纖維紙。無公害絕緣材料70年代以來也發(fā)展很快，如以無毒介質(zhì)異丙基聯(lián)苯、酯類油取代有毒介質(zhì)氯化聯(lián)苯，無溶劑漆的擴(kuò)大應(yīng)用等。隨著 家用電器的普及，其絕緣材料著火而導(dǎo)致重大火災(zāi)事故屢有發(fā)生，所以對(duì)阻燃材料的研究引起了重視。

發(fā)展趨勢(shì) 絕緣材料的研制和開發(fā)的水平是影響制約電工技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。從今后趨勢(shì)來看，要求發(fā)展耐高壓、耐熱絕緣,耐沖擊，環(huán)保絕緣,復(fù)合絕緣,耐腐蝕、耐水、 耐油、耐深冷、耐輻照及阻燃材料，研發(fā)環(huán)保節(jié)能材料。重點(diǎn)是發(fā)展用于高壓大容量發(fā)電機(jī)的環(huán)氧云母絕緣體系，如FR5，金云母等；中小型電機(jī)用的F、H級(jí)絕 緣系列，如不飽和聚酯樹脂玻璃氈板等；高壓輸變電設(shè)備用的六氟化硫氣態(tài)介質(zhì)；取代氯化聯(lián)苯的新型無毒合成介質(zhì)；高性能絕緣油；合成紙復(fù)合絕緣；阻燃性橡塑 材料和表面防護(hù)材料等，同時(shí)要積極推動(dòng)傳統(tǒng)電工設(shè)備絕緣材料的更新?lián)Q代。