新型絕緣材料的研究

1、新型絕緣材料的研究摘要：隨著化學(xué)工藝的進(jìn)步和化學(xué)研究的發(fā)展，絕緣材料方面的研究已經(jīng)越來(lái)越深入。新型絕緣材料的更新?lián)Q代已經(jīng)與電有關(guān)行業(yè)的緊密相關(guān)，可以說(shuō)，新型絕緣材料的發(fā)展就代表著很多行業(yè)的發(fā)展了。所以，我們必需認(rèn)識(shí)、了解絕緣材料的特點(diǎn)，尤其是對(duì)新型絕緣材料的研究，已經(jīng)刻不容緩。以下，我們主要研究關(guān)于電工方面的新型絕緣材料。關(guān)鍵詞：電工 新型絕緣材料絕緣材料如何定義呢？絕緣材料：電阻率為1091022 ·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(shuō)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，

2、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(guò)，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。 電工常用的絕緣材料按其化學(xué)性質(zhì)不同，可分為無(wú)機(jī)絕緣材料、有機(jī)絕緣材料和混合絕緣材料。常用的無(wú)機(jī)絕緣材料有：云母、石棉、大理石、瓷器、玻璃、硫黃等，主要用作電機(jī)、電器的繞組絕緣、開(kāi)關(guān)的底板和絕緣子等。有機(jī)絕緣材料有：蟲(chóng)膠、樹(shù)脂、橡膠、棉紗、紙、麻、人造絲等，大多用以制造絕緣漆，繞組導(dǎo)線的被覆絕緣物等?；旌辖^緣材料為以上兩種材料經(jīng)過(guò)加工制成的各種成型絕緣材料，用作電器的底座、外殼等。絕緣材料的作用主要是在電氣設(shè)備中把電勢(shì)不同的帶電部分隔離開(kāi)來(lái)。如：發(fā)電機(jī)的絕緣漆；高壓電纜；絕緣手套、絕緣

3、棒；各種電器的線路連接的絕緣套等。在高壓電氣設(shè)備中，除了在某些場(chǎng)合采用空氣、SF6作為絕緣電解質(zhì)，液體和固體電解質(zhì)也被廣泛采用，如作為固體電解質(zhì)的電工陶瓷、絕緣紙板、玻璃等，作為液體電解質(zhì)的變壓器油、電容器油等。由于液體和固體電解質(zhì)的絕緣強(qiáng)度比氣體高得很多，用他們做電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣時(shí)可使絕緣尺寸縮小、設(shè)備絕夠緊湊。此外，載流導(dǎo)體的支撐需要固體電解質(zhì)；液體電解質(zhì)還可以兼做冷卻和滅弧電介質(zhì)。由液體和固體電解質(zhì)構(gòu)成的內(nèi)絕緣的電氣性能具有如下特點(diǎn)：（1）電解質(zhì)的電氣強(qiáng)度一般不受外界大氣條件變化的影響；（2）固體電解質(zhì)構(gòu)成的絕緣屬非自恢復(fù)性絕緣，一旦發(fā)生擊穿就造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞；（3）液體和固體電介質(zhì)在

4、運(yùn)行中會(huì)逐漸老化，導(dǎo)致絕緣性能下降、壽命縮短。絕緣材料的分類很多，而我們電氣專業(yè)則應(yīng)該主要考慮電工方面的新型絕緣材料。電工絕緣材料的重要性：電工絕緣材料是能阻止電流通過(guò)的材料，它的電阻率很高，通常在106-1019·m范圍內(nèi)。一般的電機(jī)、電氣設(shè)備都是由導(dǎo)體材料、碳性材料、絕緣材料和結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成的，除絕緣材料之外，其他都是金屬材料，電機(jī)、電氣在運(yùn)行中，不可避免地要受到溫度、電、機(jī)械的應(yīng)力和振動(dòng)，有害氣體、化學(xué)物質(zhì)、潮濕、灰塵和輻照等各種因素的作用，這些因素對(duì)絕緣材料的影響比對(duì)其他材料更明顯，可以說(shuō)，絕緣材料對(duì)這些因素更為敏感，容易變質(zhì)劣化，致使電工設(shè)備損壞。所以絕緣材料是決定電機(jī)、電器

5、運(yùn)行可靠性的關(guān)鍵材料。隨著運(yùn)行時(shí)間的延續(xù)，絕緣材料必然要老化，并且其老化速度要比其他材料快，所以決定電機(jī)、電器使用壽命的關(guān)鍵材料也是絕緣材料。電工絕緣材料的分類 ：電工絕緣材料共分為八大類：（1）漆、可聚合樹(shù)脂和膠類：有溶劑漆，無(wú)溶劑可聚合樹(shù)脂、覆蓋漆、防暈漆、半導(dǎo)電漆、硬質(zhì)覆蓋漆、瓷漆、膠粘漆、熔敷粉末、硅鋼片漆、漆包線漆、絲包線漆、灌注膠、包封（澆注）樹(shù)脂、膠泥、膩?zhàn)印＃?）樹(shù)脂浸漬纖維制品類：漆布、漆稠、合成纖維漆布、上膠布、玻璃纖維漆布、混織纖維漆布、防暈帶、漆管、樹(shù)脂浸漬無(wú)緯綁扎帶、樹(shù)脂浸漬適型材料。（3）層壓制品、卷繞制品、真空壓力浸膠和引拔制品類：有機(jī)底材層壓板、真空壓

6、力浸膠制品、無(wú)機(jī)底材層壓板、防暈板及導(dǎo)磁層壓板、有機(jī)底材層壓管、無(wú)機(jī)底材層壓管，有機(jī)底材層壓棒、無(wú)機(jī)底材層壓棒、引拔制品。（4）模塑料類：木粉填料為主的模塑料、石棉填料為主的模塑料、玻璃纖維填料為主的模塑料、云母填料為主的模塑料、其他有機(jī)填料為主的模塑料、無(wú)填料塑料。（5）云母制品類：云母紙、柔軟云母板、云母帶、換向器云母板、電熱設(shè)備用云母板、襯墊云母板、云母箔、云母管。（6）薄膜、粘帶和柔軟復(fù)合材料類：薄膜、薄膜上膠帶、薄膜粘帶、織物粘帶、樹(shù)脂浸漬柔軟復(fù)合材料、薄膜絕緣紙柔軟復(fù)合材料、薄膜漆布柔軟復(fù)合材料、薄膜合成纖維紙柔軟復(fù)合材料、薄膜合成纖維非織布柔軟復(fù)合材料、多種材質(zhì)柔軟復(fù)合材料。（7

7、）纖維制品類：非織布、合成纖維紙、絕緣紙、絕緣紙板、玻璃纖維制品、玻璃氈、上膠紙。（8）液體類：變壓器油、電纜油、超變油、合成芳香烴絕緣液體、有機(jī)硅絕緣液體。電工絕緣材料發(fā)展趨勢(shì)： 絕緣材料作為基礎(chǔ)材料，其決定電機(jī)、電器工業(yè)的水平，每一種新型電機(jī)、電氣產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，都必須由新型絕緣材料的開(kāi)發(fā)作為先導(dǎo)。 20世紀(jì)80年代，開(kāi)始出現(xiàn)新的F、H級(jí)絕緣材料體系，相繼開(kāi)發(fā)了聚酯亞胺、聚酰亞胺亞胺、聚酰亞胺、聚馬來(lái)酰亞胺、聚二苯醚等耐熱性絕緣漆、粘合劑和薄膜，以及改性環(huán)氧、不飽和聚酯、聚芳酰胺纖維紙及其復(fù)合材料等系列新產(chǎn)品。電工產(chǎn)品耐熱等級(jí)大多提升為B級(jí)，在冶金、吊車(chē)、機(jī)車(chē)電機(jī)等特殊電機(jī)

8、中開(kāi)始采用新的F、H級(jí)絕緣材料。 20世紀(jì)90年代，相關(guān)機(jī)構(gòu)大規(guī)模的自主開(kāi)發(fā)F、H級(jí)絕緣材料，使其性能得到提高，如改性二苯醚、改性雙馬來(lái)酰亞胺、改性聚酯亞胺漆包線漆、聚酰胺酰亞胺漆包線漆、聚酰亞胺漆包線漆、F、H級(jí)玻璃纖維制品、高性能聚酰亞胺薄膜、F級(jí)環(huán)氧粉云母帶等。無(wú)溶劑浸漬樹(shù)脂和快干浸漬漆得到迅速發(fā)展，少膠粉云母帶、VPI（真空壓力浸漬）浸漬樹(shù)脂開(kāi)始應(yīng)用。 為提高絕緣材料的技術(shù)水平，20世紀(jì)80年代開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)制造技術(shù)和設(shè)備，對(duì)提高我國(guó)絕緣材料整體水平起到了重要作用，與20年前比較，增加了200多個(gè)品種，年產(chǎn)量是20年前的4倍，目前從高壓絕緣到低壓絕緣，從發(fā)電設(shè)備、

9、輸變電設(shè)備到用設(shè)備絕緣，從A級(jí)絕緣到C級(jí)（200級(jí)）絕緣，基本上可以滿足國(guó)內(nèi)需要，形成產(chǎn)品眾多、門(mén)類齊全、符合國(guó)情的絕緣材料產(chǎn)品體系，并出口80多個(gè)品種到20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，包括美國(guó)和歐洲、日本、澳大利亞、韓國(guó)等。 電機(jī)、電氣以及電子工業(yè)的發(fā)展，對(duì)絕緣材料提出了更高的要求，必須促進(jìn)絕緣材料的發(fā)展。今后一段時(shí)期將大力發(fā)展對(duì)電工產(chǎn)品有重大影響的產(chǎn)品以及技術(shù)水平高、國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)前景好、對(duì)行業(yè)發(fā)展有有較大帶動(dòng)效用的產(chǎn)品。（1）大型發(fā)電設(shè)備配套的關(guān)鍵絕緣材料。重點(diǎn)是高性能的F級(jí)多膠粉云母帶、F級(jí)少膠粉云母帶及VPI浸漬樹(shù)脂。大型發(fā)電設(shè)備和輸變電設(shè)備都向著高壓大容量的方向發(fā)展，要求絕緣材料具有高的

10、介電強(qiáng)度、低得介電損耗與良好的耐電暈腐蝕能力，大型發(fā)電設(shè)備還要求具有熱態(tài)下的高力學(xué)性能。（2）發(fā)展500kv及以上輸變電設(shè)備和無(wú)油化配電設(shè)備用關(guān)鍵絕緣材料。重點(diǎn)是高強(qiáng)度無(wú)氣隙層壓制品、高壓開(kāi)關(guān)和干式變壓器用澆注膠及配套材料、戶外用絕緣材料等。（3）中小型電機(jī)用新型F、H、C級(jí)絕緣材料、節(jié)能絕緣材料和資源保護(hù)型絕緣材料。重點(diǎn)是F、H級(jí)VPI浸漬樹(shù)脂和低溫快固化浸漬漆，高固體量漆包線漆，水溶性浸漬漆、新型F級(jí)薄膜及H級(jí)柔軟復(fù)合材料、F級(jí)合成纖維紙和非織布。（4）高、低壓電器用新型絕緣材料。重點(diǎn)是低壓電器和汽車(chē)電器用新型熱固性塑料、增強(qiáng)型熱塑性塑料和高壓電器用耐電弧塑料。（5）發(fā)展高檔電子絕緣材料，

11、重點(diǎn)是聚酰亞胺薄膜繞性覆銅箔板和高性能封裝材料。（6）家用電器用絕緣材料，擴(kuò)大絕緣材料應(yīng)用范圍。  在發(fā)展各種新產(chǎn)品時(shí)，要發(fā)展環(huán)境協(xié)調(diào)型產(chǎn)品，重視絕緣材料產(chǎn)品制造工藝中廢氣、廢液的回收，減少排放、減少污染以及執(zhí)行環(huán)境管理體系認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（ISO14000）等都符合我國(guó)的長(zhǎng)遠(yuǎn)國(guó)策。今后，開(kāi)發(fā)和選用絕緣材料必須考慮其對(duì)環(huán)境的可能影響。 絕緣材料由化學(xué)物質(zhì)組成，在其制造、使用和廢棄時(shí)，對(duì)人類生存環(huán)境可能造成有害影響，人們應(yīng)關(guān)注以下幾點(diǎn)：毒性，絕緣材料應(yīng)是無(wú)毒的，或是低毒的，但實(shí)踐證明，石棉、有機(jī)溶劑等都是重點(diǎn)控制對(duì)象火險(xiǎn)性，大多數(shù)電器火災(zāi)常常是由絕緣材料擊穿、燒損或使用不當(dāng)引起的。為

12、防止火患，各國(guó)陸續(xù)通過(guò)法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)對(duì)使用有機(jī)絕緣材料的電氣產(chǎn)品及零部件的防火安全性的要求及管理?，F(xiàn)在，阻燃性已成為相當(dāng)一部分電氣產(chǎn)品及元器件設(shè)計(jì)時(shí)選用絕緣材料的決定性指標(biāo)。 應(yīng)考慮絕緣材材料對(duì)環(huán)境的可能影響，目前絕緣材料及其組成在大氣中的含量，還不會(huì)i造成實(shí)際的影響，但絕緣材料及其揮發(fā)性組分多是化學(xué)穩(wěn)定性的，在大氣中不易分解，壽命很長(zhǎng)。因此，減少揮發(fā)性物質(zhì)用量和排放以及絕緣材料的回收利用，減少對(duì)環(huán)境的可能影響，也引起更多的關(guān)注。 從技術(shù)方向考慮，根據(jù)國(guó)家發(fā)展的需要及國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需要，還將發(fā)展一批重大關(guān)鍵技術(shù)。 為適應(yīng)變頻電機(jī)的發(fā)展，研究開(kāi)發(fā)變頻絕緣材料及制造技術(shù)，

13、為變頻電機(jī)配套的絕緣材料應(yīng)具備的特性如下：有較高的耐熱性能，有較優(yōu)良的耐電暈、耐局部放電、耐腐蝕等方面和性能。 不同耐熱等級(jí)的變頻絕緣材料其基本樹(shù)脂也不同，如F級(jí)可以選用環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯亞胺等。電力機(jī)車(chē)配套的H級(jí)、200級(jí)變頻絕緣材料選擇聚酰亞胺等為基本樹(shù)脂，再采用納米技術(shù)填充足量的TiO2 ,Al(OH)3 SiO2 或云母粉粒，可以改善其耐電暈、耐局部放電性能，這方面我國(guó)已初獲成功。應(yīng)用納米技術(shù)發(fā)展絕緣材料，將納米級(jí)（范圍在1-100mm之間）粉料均勻地分散在聚合物樹(shù)脂中，也可以采取在聚合物內(nèi)部形成或外加納米級(jí)晶粒或非晶粒物質(zhì)，還可形成納米級(jí)微孔或氣泡，由于納米級(jí)粒子的機(jī)構(gòu)特征使復(fù)合型材料表現(xiàn)出一系列獨(dú)特而又奇異的性能，使納米材料發(fā)展成極有前景的新材料領(lǐng)域。目前我國(guó)已經(jīng)開(kāi)展了這方面的研究，并獲得一定的成功。納米材料的應(yīng)用必將為許多傳統(tǒng)的絕緣材料無(wú)法達(dá)到的新異能性，開(kāi)辟了新材料、新技術(shù)的發(fā)展前景。結(jié)論：從80年代開(kāi)始以來(lái)，新型絕緣材料不斷更新?lián)Q代，我國(guó)也從80年代開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外技術(shù)和設(shè)備來(lái)提高我國(guó)