绝缘材料知识剖析Word格式.docx
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匝间绝缘、磁极托板、极身绝缘。
二、绝缘材料的耐热等级
根据耐热性，划分耐热等级
温度通常是对绝缘材料和绝缘结构老化起支配作用的因素
温度指数（
，）：
对应于绝缘材料热寿命图上给定时间（通常为2万小时）的摄氏温度值
相对温度指数（
将一种温度指数未知的材料试样与温度指数已知的材料试样放在一起，按规定的试验方法作比
较试验时，从对应于已知材料的已被公认的运行的温度的时间得到的未知材料的温度指数。
三、绝缘材料的分类：
1730
：
聚酯漆包线漆，3表示耐热等级B，用于涂制温度指数130℃的聚酯漆包线
代号
温
度
指
数
耐热等级
1
不低于105
A
2
不低于120
E
3
不低于130
B
4
不低于155
F
5
不低于180
H
6
不低于200
C
7
不低于220
四、绝缘材料的常见性能参数
1、电流由三部分组成：
瞬时充电电流（由介质的几何电容的位移极化产生，随着时间的增加逐渐衰减，用表示）、吸收电流（由缓慢极化、导电离子产生的体积电荷等产生，也是随着时间的增加逐渐衰减的，用表示。
）、泄漏电流（泄漏电流的大小与绝缘材料本身含离子量有着密切的关系，用表示）。
2、绝缘电阻：
加在与绝缘体或试样相接触的两个电极之间的直流电压除以通过两电极的总电流所得的商。
3、体积电阻：
在试样的相对二表面上放置的两个电极之间施加的直流电压除以这两个电极之间形成的稳态电流所得的商；
即绝缘材料相对两表面之间的电阻。
4、体积电阻率：
在试样内的直流电场强度除以稳态电流密度所得的商，可看为一个单位立方体积里的体积电阻。
绝缘材料的体积电阻率通常在109～1021
W
5、表面电阻：
加在绝缘体或试样的同一表面上的两个电极之间的直流电压除以经一定的电化时间后的该两个电极间的电流所得的商。
6、表面电阻率：
在绝缘材料表面的直流电场强度除以电流线密度所得的商。
7.、影响电阻率的因素：
温度、湿度、杂质、电场强度。
（1）温度
随着温度的升高，其电阻率呈指数式下降。
原因——
这是因为当温度升高时，分子热运动加剧，分子的平均动能增大，使分子动能达到活化能的几率增加，离子容易迁移的缘故。
（2）
湿度
——绝缘电阻随湿度的增大而降低。
对多孔性材料（如纸）的影响特别显著，电介质表面的电阻对其表面水分的影响很敏感。
电器设备特别是户外设备，定期检查设备绝缘电阻的变化，可以预防事故的发生。
（3）杂质
——杂质增加，电阻率下降
表面受杂质污染并吸附水分
杂质在电介质内部直接增加了导电离子
杂质特别容易混人极性材料中，混人后又能促使极性分子的离解
8、电介质——在电场作用下，能建立极化的一切物质。
绝缘材料是电介质中的一种。
9、在外电场下，电介质表面产生感应电荷（束缚电荷），称为电介质的极化。
10、极化的基本形式：
位移极化、松弛极化、转向极化、空间电荷极化，自发极化。
11、介电常数：
ε—介电常数，表征电介质的极化性能。
ε0－真空时介电常数，又称绝对介电常数。
其值为8.854187817×
10-12法/米。
εr
－相对介电常数，无量纲，通常简称为介电常数。
气体的介电常数基本略大于1
（1.00*），液体的介电常数一般在1.8～2.8，非极性固体介电常数一般在2.0～2.5，极性固体一般>
3。
12、介电损耗：
电介质单位时间内引起的能量损耗，即引起电介质发热的能量，称为电介质的损耗。
13、高聚物的介电常数与结构的关系：
（1）高聚物极性大小是介电常数的主要决定因素（非极性
2.0～2.3弱极性
2.3～3.0中极性
3.0～4.0强极性
4.0～7.0）
（2）极性基团对高聚物的介电常数的贡献大小强烈决定于高聚物所处物理状态（玻璃化温度以上聚氯乙烯
从3.5增大到15，聚酰胺
从4.0增大到50。
）
（3）极性基团在分子链上的位置（主链上介电常数小侧链上介电常数大）
（4）分子的对称性（对称性高介电常数小，对称性低介电常数大）
（5）交联、拉伸、支化（介电常数升高）
14、高聚物的介电损耗：
1、电导损耗2、松弛损耗
（偶极子滞后于电场变化）3、变形损耗
（红外吸收、紫外吸收）4、影响因素a.分子结构b.频率影响c.温度影响d.电压e.杂质
五、绝缘材料的老化
15、老化：
电气设备中的绝缘材料在运行过程中，由于受到各种因素的长期作用，会发生一系列不可逆的变化，从而导致其物理、化学、电和机械等性能的劣化，这种不可逆的变化通称为老化。
15、聚合物老化的主要表现：
（1）表观变化：
材料变色、变粘、变形、龟裂、脆化
（2）物理化学性能变化：
相对分子量、相对分子质量分布、熔点、溶解度、耐热性、耐寒性、透气性、透光性等；
（3）机械性能：
弹性、硬度、强度、伸长率、附着力、耐磨性等；
（4）电性能：
绝缘电阻、介电常数、介电损耗角正切、击穿强度等
16合物老化的本质：
（1）交联：
交联至一定程度前能改善聚合物的物理机械性能和耐热性能，但随着分子间交联的增多，逐渐形成网络结构，聚合物变成硬、脆、不溶不熔的产物；
（2）降解：
分子量减小，导致机械性能和电性能降低，出现发粘和粉化。
内因
化学结构：
链节的组成和结构，大分子中链节的排列方式，端基的性质，支链的长短和多少。
与合成反应的历程和合成条件有关；
物理结构：
高分子的聚集态，如无定形态、结晶态、取向态以及高聚物与其它材料（增塑剂、填充剂等）的混溶状态等；
成型加工条件和外来杂质影响
外因影响：
能量作用使高分子的共价键发生均裂（生成自由基）或异裂（生成离子），引起降解和交联反应；
外来物质（即化学因素）与高分子发生化学反应引起高分子的降解、交联或其他反应
最主要的：
电老化，热老化，综合性的环境老化。
17、环境老化：
含有酸、碱、盐类成分的污秽尘埃（或与雨、露、霜、雪相结合）对绝缘物的长期作用，显然会对绝缘物（特别是有机绝缘物）产生腐蚀。
环境老化原因：
阳光紫外线的能量大于多数有机绝缘物中主价键的键能，多数有机绝缘物在紫外光的作用下会逐渐老化。
高分子电介质吸收紫外光能量后，有部分分子被激励，当存在氧气或臭氧时，还会引发高分子的氧化降解反应，称为光认化反应。
光氧化反应是环境老化中的重要过程之一。
延缓环境老化的方法
主要是改善绝缘材料本身的性能：
——添加光稳定剂（反射或吸收紫外光）
——抗氧化剂、抗臭氧剂以及使用防护蜡
——加强高压电气装置的防晕、防局部放电措施
18、电老化：
绝缘材料在电场的长时间作用下，物理、化学变化性能发生变化，最终导致介质被击穿，这个过程称为电老化。
主要有三种类型：
电离性老化（交流电压）；
电导性老化（交流电压）；
电解性老化（直流电压）
19、电离性老化：
（1）绝缘材料中存在气泡或气隙（工艺缺陷、冷热收缩、材料分解、材料受潮）
（2）气体介质的介电常数接近为1，比固体介质的介电常数小得多，在交变电场下，气隙中的场强比邻近的固体介质中的场强大得多，而其起始游离场强（常压）通常又比固体介质的小得多，所以，游离基最容易在这些气隙中发生，在某些气隙中，甚至可能存在稳定的火花放电。
（3）气隙的游离基将导致
20、电导性老化：
在两电极之间的绝缘层中（最常见的是在电极与绝缘的交界面处），存在某些液态的导电物质（最常见的是水）
当该处场强超过某定值时，这些导电物质便会沿电场方向逐渐渗入绝缘层深处，形成近似树状的痕迹称入水树枝。
水树枝的累积发展将最终导致绝缘层的击穿。
产生水树枝的机理可能是：
水或其他电解液中的离子在交变电场作用下反复冲击绝缘物，使其发生疲劳损坏和化学分解；
电解液逐渐渗透、扩散到深处，形成水树枝。
产生和发展水树枝所需的场强，比产生和发展电树枝所需的场强低得多。
21、电解性老化：
在直流电压长期作用下，即使所加电压远低于局部放电起始电压，由于介质内部近行着电化学过程，介质也会逐渐老化，最终导致击穿。
22、热老化：
在较高温度下，电介质发生热裂解、氧化分解、交联、以及低分子挥发物的逸出，导致电介质失去弹性、变脆、发生龟裂，机械强度降低，也有些介质表现为变软、发粘、失去定形，同时，介质电性能变坏。
热老化的程度主要决定于温度及热作用时间。
此外，诸如空气中的湿度、压力、氧的含量、空气的流通程度等对热老化的速度也有一定影响。
23、高分子材料的防老化原理和方法：
（1）改进聚合物本身结构，减少成型加工造成的材料弱点；
（2）加入特定添加剂或防护方法来抑制光、热氧等外因对聚合物的降解；
（3）改进聚合工艺：
选择合适的聚合方法，采用优良的引发剂、催化剂并确认合理用量，消除不稳定的端基，尽量减少聚合过程中在聚合物内产生的杂质（4）采用共聚、共混、交联等物理、化学措施，从根本上克服导致聚合物老化的弱点；
（5）改进聚合物成型加工工艺，减少加工过程中杂质的引入量，尽量消除聚合物中的内应力，适当控制聚合物的聚集态结构；
（6）采用物理方法进行防护，如使用防护蜡；
（7）加入稳定剂
24、热稳定剂，8类：
碱式铅盐、金属皂、有机锡、环氧化合物、亚磷酸酯、多元醇、纯有机化合物和复合稳定剂
稳定剂的作用：
防止聚合物材料在热成型加工和使用过程中受热而发生降解、交联或其它化学反应，延长寿命；
25、主稳定剂：
含有金属的热稳定剂；
辅助稳定剂：
环氧化合物、亚磷酸酯、多元醇等纯有机化合物
26
的热降解：
热降解生成，加速降解，生产共轭多烯结构
对策：
（1）阻止脱的反应或推迟这一作用（预防作用）
（2）稳定或饱和在降解开始阶段出现的双键结构（钝化作用）：
金属有机盐、环氧
衍生物和有机胺能与反应；
二烷基马来酸锡等能与多烯反应，稳定降解的双键
27、氧化降解和抗氧剂
主抗氧剂：
链终止剂或自由基捕获剂。
（一般含活性H，能与氧化过程中产生的烷氧自由基反应）
辅助抗氧剂：
过氧化氢分解剂，能与大分子氢过氧化物（）反应生成稳定化合物，阻止连锁反应
28光稳定剂：
（1）
屏蔽辐射添加碳黑、氧化锌或无机颜料（如氧化钛）
（2）
吸收和转化辐射：
邻羟基二苯甲酮衍生物等（吸收紫外线）（3）
猝灭激发态“有机螯合物（吸收激发态分子的能量）（4）
消除自由基：
受阻胺类（吸收自由基）（5）添加碳黑、氧化锌或无机颜料（如氧化钛）
六、绝缘材料的击穿
29、击穿：
外电场增大到某一临界值，绝缘材料的电导突然剧增，材料由绝缘状态变导电状态。
击穿机理：
电击穿、热击穿。
31、热击穿：
在电场的作用下，介质内的损耗转化成的热量多于散逸的热量，使介质温度不断上升，最终造成介质本身的破坏，形成导电通道
32、电击穿：
由于电场的作用使介质中的某些带电质点积聚的数量和运动的速度达到一定程度，使介质失去了绝缘性能，形成导电通道。
主要特征：
——电压作用时间短
——击穿场强高
——电介质温度不高
——与电场均匀程度相关
——击穿强度随温度升高而增大，或变化不大
老化：
老化印象因素：
物理因素——如电、热、光、机械力、高能幅射等；
化学因素——如带电气体、臭氧、盐雾、酸、碱、潮湿等；
生物因素——如微生物、霉菌等。
老化类型：
电老化，热老化，环境老化
电老化：
绝缘材料在电场的长时间作用下，会逐渐发生某些物理、化学变化形成与介质本身不同的新物质，使介质的物理、化学变化性能发生变化，最终导致介质被击穿。
电老化类型：
电离性老化，电导性老化，点解性老化
电老化对绝缘寿命的影响：
工作温度不变，t（
K为常数；
n表示老化速度特征的指数，都与绝缘材料、绝缘结构有关。
热老化：
在较高温度下，电介质发生热裂解、氧化分解、交联、以及低分子挥发物的逸出。
电介质失去弹性、变脆、发生龟裂，机械强度降低，也有些介质表现为变软、发粘、失去定形，同时，介质电性能变坏。
将绝缘材料置于清洁、干燥、阴凉、通风的环境中。
绝缘材料的击穿：
热击穿——在电场的作用下，介质内的损耗转化成的热量多于散逸的热量，使介质温度不断上升，最终造成介质本身的破坏，形成导电通道。
与环境相关
电击穿——由于电场的作用使介质中的某些带电质点积聚的数量和运动的速度达到一定程度，使介质失去了绝缘性能，形成导电通道。
本征性质，电气强度，耐电强度。
第二章
绝缘用树脂
绝缘用合成树脂分类：
环氧树脂，聚酯树脂，酚醛树脂，二苯醚树脂，聚酰亚胺，三聚氰胺甲醛树脂，有机硅树脂，氟树脂，其他树脂。
一、酚醛树脂——是以酚类与醛类为原料，在催化剂存在下缩聚而得的一类树脂的统称。
酚醛树脂的优点：
原材料来源丰富，工艺简单，成本低；
具有较好的力学性能、电绝缘性能和热稳定性；
酚醛树脂的产量占热固性树脂首位；
电气绝缘材料生产中应用最多的一种树脂。
酚醛树脂的聚合反应：
酸或碱催化剂作用，生成具有缩合反应官能团的羟甲基苯酚
酸式催化热塑性酚醛树脂反应条件——酸性催化剂，苯酚过量（羟甲基苯酚之间也可以发生缩合生产醚键，但不稳定，会受热分解，在热塑性酚醛树脂的分子结构中，游离的羟甲基苯酚实际上是不存在的）
碱式催化反应条件——碱性催化剂，甲醛过量（在碱性介质中所形成的羟甲基苯酚比较稳定，因此再继续与甲醛反应，便生成不同的二羟甲基苯酚和三羟甲基苯酚）
工艺过程：
配料（苯酚夫马林氨水）——初步预聚（透明暗红色变成浑浊的乳黄色）——真空（水游离物3~5h）——终点（测定胶化时间）
注意事项：
温度低温长时间；
真空逐步真空；
终点控制5~10测定一次
增加甲醛用量：
树脂收率增高；
固化速度变快；
游离酚减少；
反应速度增快；
树脂软化点和粘度增高。
在实际生产中，苯酚与甲醛的摩尔比是1:
1.1~1.25，工业上采用6:
7（1:
1.16）较多
改性酚醛树脂——苯胺改性：
常压预聚——加入苯胺——终点——真空脱小分子——溶解——出料
改性特点：
缩丁醛极性强，分子链的柔顺性好，粘合力强和弹性良好，冲击强度较高
缺点主要是耐热性和机械强度不高
二、三聚氰胺甲醛树脂：
原料：
三聚氰胺，甲醛三聚氰胺又名三聚氰酰胺，或密胺，C3N6H6，白色晶体，密度1.5733，略溶于乙醇，难溶于水、乙二醇、甘油和吡啶，不溶于乙醚、苯和四氯化碳。
产品性能的影响因素：
温度；
反应温度；
摩尔比的影响；
；
树脂的均匀性
三聚氰胺甲醛树脂：
有高的反应活性和交联性；
已广泛用作皮革复鞣剂；
造纸湿增强剂；
抗水剂；
涂料交联剂；
织物整理剂；
水泥减水剂
H
+
2
——氨丙基：
可改进聚合物的水溶性，同时赋予偶联性；
——戊基：
可提高硅树脂的憎水性。
3）硅树脂所甲基与苯基的比例
——典型的硅树脂的有机基团主要是甲基与苯基
——苯基含量低，缩合反应快，漆膜软
——苯基含量高，漆膜硬，热塑性大
——引入苯基可以改善硅树脂与颜料的相容性，也可改进硅树脂与其他有机硅树脂的相容性及硅树脂对各种基材的粘接性。
7、热稳定性：
硅树脂是一种热固性树脂，它最突出的性能之一是优异的热氧化稳定性。
——为骨架，分解温度高，它可在200~250℃下长期使用而不分解或变色，短时间可耐300℃。
——与有机基团相关
8、电绝缘性：
不是极性基团，故其介电常数及介质损耗角正切值在宽广的温度范围及频率范围内变化很小。
室温下的介质损耗角正切值约为2×
10-3,
在200℃以下仍维持恒定．只是接近300℃时才缓慢地升高到约3×
10-3
。
硅树脂的可碳化成分较少，故其耐电弧及耐电晕性能也十分突出（与相当）
一般硅树脂的应用极限度为200℃
9、机械性能：
硅树脂一般的机械强度（弯曲、抗张、冲击、耐擦伤性等）较弱。
——有机硅分子间作用力小，有效交联密度低
——增加三或四官能链节含量，可提高交联度，可以得到高硬度和低弹性的漆膜
——软、硬硅树脂的适当搭配即可满足对塑性的要求
——使用有机改性硅树指可满足对硬度的要求
10、耐候性：
耐候性优良
——甲基硅氧烷对紫外光几乎不吸收，
——改性硅树脂的耐候性随硅氧烷含量增加而提高
11、憎水性：
憎水性高
——具有优良的憎水性，它与水的接触角与石蜡相近（＞90°
），而被广泛用作防水材料
——硅氧烷分子间作用力较弱，间隔也较大，因而对湿气的透过率大于有机树脂膜
——赶出吸入的水分也比较容易、从而使电性能等容易恢复
12、有机硅在绝缘材料中应用：
有机硅绝缘漆、绝缘漆、粘结胶。
13、硅烷偶联剂：
乙烯基硅烷、氨基硅烷、环氧基硅烷、巯基硅烷巯基硅烷
八、有机氟树脂
主要由C、F元素组成的聚合树脂。
最重要的是聚四氟乙烯
大部分具有很好的电绝缘性、能耐热性、耐寒性、耐潮性、对化学活性物质作用的稳定性。
1、聚四氟乙烯的特性：
耐化学试剂性极高；
高热稳定性；
很低的介质损耗系数；
很高的击穿强度；
特别小的粘合性能和很小的摩擦系数；
在宽广的使用温度领域
适于高频和超高频，在十分宽的温度范围和在潮湿、化学侵蚀物质作用的工作条件下工作
耐热等级C级
其化学稳定性极高
缺点：
加工相当困难
聚四氟乙烯优良特性的微观原因：
ⅰ组成中只有二个化学元素：
碳和氟
（1）氟的化合物具有十分高的稳定性。
在氟有机化合物中化合键是所有已知有机化合物中原子联接最坚固的一种。
（2）主键具有很大的稳定性和具有能形成高聚合度分子的能力。
氟原子的尺寸恰巧能便它在碳原子键的表面形成紧密的一层外壳
聚四氟乙烯的耐化学性
能够很好地抵抗最活性的化学药剂的作用
——完全不受王水、氢氟酸、浓硫酸、氯璜酸、热的浓硝酸、沸腾的溶液、氯气、过氧化氢的作用。
——不受有机化合物的作用
——能与其起作用的只有熔融的碱金属（钠和钾）、在高温下的三氟化氯和氟气
——现在还找不到一种溶剂能在温度低于300℃时将这种化合物溶解或者能使它溶涨。
——仅能在温度高于其熔点（327℃）时，在某些氟素润滑油的作用下发生溶涨
v
机理：
——键牢固，无试剂可使其分离
——F原子紧密覆盖C原子，其他试剂不可能渗透到与碳原在子起作用的那个深度。
——氟碳化合物的分子与其他物质的分之间作用力较小
聚四氟乙烯的低摩擦系数：
大部分材料与它接触时都不能与其粘合
氟有机分子间存在次价键力，使其他物质不能与其有效地接触
可用作轴承、不沾锅等
聚四氟乙烯的高电性能：
较低的介电常数（2.0）和介质损耗（10-4）
——氟原子对称分布，材料无极性
频率从60～109，介电常数、介电损耗变化较小。
温度升至314℃，介电常数、介电损耗变化较小。
耐电弧性良好
——分解时只形成不导电的气体，因而电弧无法在材料上形成炭化的导电通道
介电强度高
聚四氟乙烯的高耐热性：
耐热性良好
——能够在温度260℃时长期地不发生变化，而在某些特殊情况下几乎可达到其熔点（327℃）。
——主价健的能量很大，分子结构对称
——熔化后不流动（分子量大，粘度高），长期受高温作用而不出现脆性
抗寒性：
在4K（－269℃）的低温下仍不变脆
2、聚四氟乙烯的制备方法：
悬浮聚合、分散聚合
3、聚四氟乙烯的加工方法：
模压、挤压、推压
4、聚四氟乙烯的用途：
5、聚三氟氯乙烯（）
6、聚偏氟乙烯
第三章
绝缘漆
一、绝缘漆的分类
1、绝缘漆：
具有绝缘功能的液体树脂体系，包括溶剂、稀释剂、漆基（油、树脂）辅助材料（干燥剂、颜料、增塑剂、乳化剂）。
2、绝缘漆：
（1）漆的基本组成：
有溶剂漆、无溶剂漆；
（2）漆基的主要化学组成：
油性漆、树脂清漆、瓷漆；
（3）干燥方式：
气干漆、烘干漆（4）用途（8类）（5）耐热性：
分类不严格
3、有溶剂浸渍漆：
（1）作用：
对电机电器线圈进行绝缘浸渍处理
（2）要求：
存储稳定性好；
粘度低，固含量高；
粘合力好，力学性能高，漆膜韧性好；
耐热性好；
耐油、耐化学药品性好；
耐潮性好；
适当的固化特性，内干性好，固化快，固化温度低。
（3）优点：
储存稳定；
廉价；
烘焙中漆流失较少；
使用方便
（4）缺点：
毒性；
浪费资源；
不安全（5）常见的饱和脂肪酸：
月桂酸（十二烷酸）、豆蔻酸（十四酸）、软脂酸、棕榈酸
（十六烷酸）、硬脂酸（十八烷酸）
（6）常见的不饱和脂肪酸：
油酸（十八碳烯-9-酸）、亚油酸（十八碳二烯—9,12—酸）、桐油酸（十八碳三烯-9,11,13-酸）、亚麻酸、蓖麻油酸（7）干燥剂：
缩短诱导期
、加速与氧的结合、加速聚合作用，能促使漆加速干燥的物质。
（10）溶剂：
能分散溶解固态、半固态或液态可固化树脂体系以成漆液的一种液体多为有机溶剂。
（11）稀释剂：
调整树脂体系粘度或流动性的溶剂。
（12）溶剂与稀释剂的一般要求：
适当的挥发性；
低毒性；
性质稳定
不与漆基起反应，不易燃烧；
来源方便，价格便宜；
溶剂的溶解能力强能溶解全部不挥发组分；
粘度要尽量低在溶剂用量最少稀释剂最多。
（13）常见的溶剂和稀释剂：
汽油200、120；
甲苯、二甲苯；
酒精、丁醇；
丙酮；
甲酚；
二甲基乙酰胺、。
（14）常见的溶剂型浸渍漆：
醇酸树脂漆、环氧酯漆、改性聚酯漆、
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