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。絕緣油介電強度測試儀中，就有利用了變壓器油。氣態(tài)材料中以空氣、氮氣、六氟化 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)。簡單的說就是使帶電體與其他部分隔離的材料。絕緣材料對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，實際上幾乎是不導(dǎo)電的，而對于交流電流則有電容電流通過，但也認為是不導(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能、散熱、冷卻、滅弧、防潮、防霉、防腐蝕、防輻照、機械支承和固定、保護導(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、氮氣、六氟化硫等。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、無機兩類。有機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、高壓電纜等用的絕緣材料要求有高的擊穿強度和低的介質(zhì)損耗。低壓電器則以機械強度、斷裂伸長率、 耐熱等級等作為主要要求。

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作 用下的老化性能好；但脆性高，耐沖擊強度低，耐壓高而抗張強度低；工藝性差。有機材料一般為聚合物，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，使其工作溫度和 可靠性提高，而電機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硅樹脂的合成又為電機絕緣增加了H級這個耐熱等級。

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線圈浸漬用。聚酯系列產(chǎn)品在電機槽襯絕緣、漆包線及浸漬漆 中使用，發(fā)展了E級和B級低壓電機絕緣，使電機的體積和重量進一步下降。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級及更高耐熱等級的材料。這些耐熱材料的合成為以后發(fā)展 F級、H級電機創(chuàng)造了有利條件。聚丙烯薄膜在這一時期也成功地用于電力電容器。

70年代以來新材料的開發(fā)研究相對比較少，這一時期主要是對現(xiàn)有材料進行各種改性及擴大應(yīng)用范圍。對礦物絕緣油采用新方法精制以降低其損耗；環(huán)氧云母絕 緣在提高其機械性能和實現(xiàn)無氣隙以提高其電性能方面做了很多改進。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，所以對阻燃材料的研究引起了重視。

發(fā)展趨勢 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。重點是發(fā)展用于高壓大容量發(fā)電機的環(huán)氧云母絕緣體系，如FR5，金云母等；中小型電機用的F、H級絕 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 材料和表面防護材料等，同時要積極推動傳統(tǒng)電工設(shè)備絕緣材料的更新?lián)Q代。