Реферат: Физические и химические свойства диэлектриков
Если ухудшение качества изоляции может обнаружится лишь при длительном воздействии повышенной температуры вследствие медленно протекающих химических процессов, это явление называют тепловым старением изоляции. Старение может проявляться, например, у лаковых пленок и целлюлозных материалов в виде повышения твердости и хрупкости, образования трещин и т.п. для проверки стойкости электроизоляционных материалов к тепловому старению образцы этих материалов длительно выдерживают при сравнительно невысокой температуре, не вызывающей медленного разрушения материала. Свойства образцов, старевших определенное время, сравнивают со свойствами исходного материала. При прочих равных условиях скорость теплового старения органических и элементоорганических полимеров значительно возрастает с повышением температуры старения, подчиняясь общим закономерностям изменения скорости химических реакций.
 |
Продолжительность старения t связана с абсолютной температурой старения T зависимостью вида
где А и В - величины, постоянные для данного материала и данных условий старения.
Помимо температуры существенное влияние на скорость старения могут оказать изменение давления воздуха или концентрации кислорода, присутствие озона, являющегося более сильным окислителем, чем кислород, а также различных химических реагентов, ускоряющих или замедляющих старение. Тепловое старение ускоряется от освещения образца ультрафиолетовыми лучами, воздействия электрического поля, механических нагрузок и т.п.
Для ряда электроизоляционных материалов, в особенности хрупких, весьма важна стойкость по отношению к резким сменам температуры (термоударам), в результате которых в материале могут образовываться трещины.
В результате испытаний устанавливается стойкость материала к тепловым воздействиям, причем она в различны случаях может быть неодинаковой: например, материал, выдерживающий кратковременный нагрев до некоторой температуры, может оказаться неустойчивым, по отношению к тепловому старению при длительном воздействии даже при более низкой температуры и т.п. как указывалось, испытание на действие повышенной температуры иногда приходится указывать с одновременным воздействием повышенной влажности воздуха или электрического поля.
Холодостойкость. Во многих случаях эксплуатации важна холодостойкость, т.е. способность изоляции работать без ухудшения эксплуатационной надежности при низких температурах, например от -60 до -70 ° С. При низких температурах, как правило, электрические свойства изоляционных материалов улучшаются, однако многие материалы, гибкие и эластичные в нормальных условиях, при низких температурах становятся хрупкими и жесткими, что создает затруднения для работы изоляции. Испытания электроизоляционных материалов и изделий из них на действие низких температур нередко проводятся при одновременном воздействии вибраций.
Теплопроводимость. Практическое значение теплопроводимости объясняется тем, что тепло, выделяющееся вследствие потерь мощности в окруженных электрической изоляции проводниках и магнитопроводах, а также вследствие диэлектрических потерь в изоляции, переходит в окружающую среду через различные материалы. Теплопроводимость влияет на электрическую прочность при тепловом пробое и на стойкость материала к тепловым импульсам. Теплопроводность материалов характеризуют теплопроводностью g т , входящей в уравнение Фурье
 |
где, ∆P t - мощность теплового потока сквозь площадку ∆ S , нормальную к потоку , dT / dl - градиент температуры.
Значения удельной теплопроводимости некоторых диэлектриков приведены в таблице 1.
Таблица 1
Значения теплопроводимости некоторых диэлектриков
| Материал | g t , Вт/(м*К) |
|
Фарфор Стеатит Двуокись титана Кристаллический кварц Алюминооксид Окись магния Окись бериллия | 1,6 2,2 6,5 12,5 30 36 218 |
Значения g t электроизоляционных материалов за исключением окиси бериллия меньше, чем большинства металлов. Наименьшими значениям g t , обладают пористые электроизоляционные материалы с воздушными включениями. При пропитке, а также при уплотнении материалов внешним давлением g t увеличивается. Как правило кристаллические диэлектрики имеют более высокие значения g t , чем аморфные. Величина g t несколько зависит от температуры.
 |
Тепловое расширение диэлектриков, как и других материалов, оценивают температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР), измеряемым в К-1 :
Материалы, обладающие малыми значениями ТКЛР, имеют, как правило, наиболее высокую нагревостойкость и наоборот.
В качестве примера в табл. 2 приведены средние ТКЛР некоторых электроизоляционных материалов в интервале 20-100 ° С.
Таблица 2
Температурный коэффициент линейного расширения некоторых диэлектриков
| Материал | a l *106 , К-1 |
|
Поливинилацетат Поливинилхлорид Полиэтилен Ацетат целлюлозы Найлон Политетрафторэтилен Нитроцеллюлоза Полиметилметакрилат Полистирол | 265 160 145 120 115 100 100 70 68 |
3. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИЭЛЕКТИКОВ
Химические свойства. Знание химических свойств диэлектриков важно для оценки надежности их в эксплуатации и для разработки технологии.