Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

1. Классификация

2. Свойства

2.1 Прочностные показатели

2.2 Тепловые свойства

2.3 Воздействие влаги

2.4 Атмосферостойкость

2.5 Огнестойкость

2.6 Биостойкость

3. Применение полимерных изоляционных материалов

Список литературы

Введение

На сегодняшний день уже появилось очень большое число промышленных полимерных изоляционных материалов, различающихся по своим характеристикам и происхождению. Такой вид материала отличается значительной прочностью, теплоустойчивостью, ударам, влаге, а некоторые материалы обладают даже диэлектрическими, электротехническими и химически стойкими свойствами, что позволяет находить применение в различных отраслях промышленности и увеличить срок службы конструкций и механизмов.

1. Классификация

Для начала разберем определение "Полимерные изоляционные материалы".

Полимеры - неорганические и органические, аморфные и кристаллические вещества, состоящие из "мономерных звеньев", соединённых в длинные макромолекулы химическими или координационными связями.

Изолятор - средство для изоляции (отделения, обособления, отграничения) чего-либо от остальной среды.

Электроизоляционными полимерными материалами называют диэлектрические материалы, предназначенные для создания электрической изоляции токоведущих частей в электрических и радиоэлектронных устройствах. Электрическая изоляция является неотъемлемой частью электрической цепи и прежде всего нужна для того, чтобы не пропускать ток по непредвиденным электрической схемой кругах.

Диэлектрики, используемые в качестве электроизоляционных материалов называют пассивными. Широко используется так называемые активные диэлектрики, параметры которых можно регулировать, изменяя напряженность электрического поля, температуры, механическое напряжение, и другие параметры факторов, влияющих на них. Например, конденсатор, диэлектрическим материалом в котором служит пьезоэлектрик, под действием приложенного переменного тока изменяет свои линейные размеры и становится генератором механических колебаниям.

По агрегатному состоянию диэлектрические материалы делятся на газовые, жидкие и твердые. По происхождению различают диэлектрические материалы природные, которые могут быть использованы без химической переработки и искусственные, которые производятся химической переработкой природного сырья и синтетические, которые получаем в ходе химического синтеза.

По химическому составу их делят на органические, которые представляют собой соединения углерода с водородом, азотом, кислородом и другими элементами; элементоорганическими; у молекулы которых входят атомикремнию, магния, алюминия, титана, железные и другие элементы; неорганические - не содержат в своем составе углерода.

Рис. Теплоизоляционные

Структура пенополистирола при большом увеличении

Рис. Пароизоляционные: модель полипропилена

Рис. Электроизоляционные: поливинилхлорид

Рис. Гидроизоляционные: полимербетон

Рис. Звукоизоляционные и виброизоляционные: пенополиуретан (поролон)

2. Свойства

Рассмотрим поподробней свойства полимерных электроизоляционных материалов.

Из большого количества свойств диэлектрических материалов, которые определяют их техническое применение, главными являются электрические свойства- электропроводность, поляризация и диэлектрические потери, электрическая прочность и электрическое старение

Электропровомдность - электрическая проводимость, проводимость, способность тела пропускать электрический ток под воздействием электрического поля, а также физическая величина, количественно характеризующая эту способность. Тела, проводящие электрический ток, называются проводниками. Проводники всегда содержат свободные носители заряда - электроны, ионы, направленное (упорядоченное) движение которых и есть электрический ток.

Поляризация диэлектриков - явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно.

Поляризацию диэлектриков характеризует вектор электрической поляризации. Физический смысл вектора электрической поляризации - это дипольный момент, отнесенный к единице объема диэлектрика. Иногда вектор поляризации коротко называют просто поляризацией.

Вектор поляризации применим для описания макроскопического состояния поляризации не только обычных диэлектриков, но и сегнетоэлектриков, и, в принципе, любых сред, обладающих сходными свойствами. Он применим не только для описания индуцированной поляризации, но и спонтанной поляризации (у сегнетоэлектриков).

Поляризация - состояние диэлектрика, которое характеризуется наличием электрического дипольного момента у любого (или почти любого) элемента его объема.

Различают поляризацию, наведенную в диэлектрике под действием внешнего электрического поля, и спонтанную (самопроизвольную) поляризацию, которая возникает в сегнетоэлектриках в отсутствие внешнего поля. В некоторых случаях поляризация диэлектрика (сегнетоэлектрика) происходит под действием механических напряжений, сил трения или вследствие изменения температуры.

Поляризация не изменяет суммарного заряда в любом макроскопическом объеме внутри однородного диэлектрика. Однако она сопровождается появлением на его поверхности связанных электрических зарядов с некоторой поверхностной плотностью у. Эти связанные заряды создают в диэлектрике дополнительное макроскопическое поле c напряжённостью , направленное против внешнего поля с напряжённостью . В результате напряжённость поля внутри диэлектрика будет выражаться равенством:

Диэлектрическими потерями называют электрическую мощность, затрачиваемую на нагрев диэлектрика, находящегося в электрическом поле.

Потери энергии в диэлектриках наблюдаются как при переменном, так и при постоянном напряжении, поскольку в технических материалах обнаруживается сквозной ток утечки, обусловленный электропроводностью. При постоянном напряжении, когда нет периодической поляризации, качество материала характеризуется значениями удельных объемного и поверхностного сопротивлений, которые определяют значение (рис. 1.2).

При воздействии переменного напряжения на диэлектрик в нем кроме сквозной электропроводности могут проявляться другие механизмы превращения электрической энергии в тепловую. Поэтому качество материала недостаточно характеризовать только сопротивлением изоляции.

В инженерной практике чаще всего для характеристики способности диэлектрика рассеивать энергию в электрическом поле используют угол диэлектрических потерь, а также тангенс этого угла.

Углом диэлектрических потерь называют угол, дополняющий угол сдвига фаз между током и напряжением в емкостной цепи.

В случае идеального диэлектрика вектор тока в такой цепи опережает вектор напряжения на угол, при этом угол равен нулю. Чем больше рассеивается в диэлектрике мощность, тем меньше угол сдвига фаз и тем больше угол диэлектрических потерь.

Тангенс угла диэлектрических потерь непосредственно входит в формулу для рассеиваемой в диэлектрике мощности, поэтому практически наиболее часто пользуются этой характеристикой.

Кроме нужных электрических свойств диэлектрические материалы должны обладать еще нужными термическими, механическими и другими свойствами.

2.1 Прочностные показатели

Прочностные показатели полимерных теплоизоляционных материалов в значительной степени зависят от вида полимера, на основе которого изготовлен материал, и его объемного веса. Теплоизоляционные строительные полимерные материалы могут подвергаться различным нагрузкам в конструкциях, испытывать различные напряжения - сжатие, растяжение, изгиб, срез, удар. Эти напряжения по-разному действуют на материалы, обладающие различными прочностными характеристиками. Для правильности расчетов при использовании этих материалов необходимо точно знать эти характеристики.

Предел прочности при сжатии - Пенопласты всех видов дают значительную деформацию при сжатии. Поэтому различают предел прочности при сжатии у жестких пенопластов (пенополистирола марок М 35 и М 50 и др.) и прочность при 10 %-ном сжатии у мягких, сильно деформирующихся пенопластов (например, у пенополистирола марки М 15). Метод определения условного предела прочности при сжатии заключается в определении предельного напряжения, соответствующего хрупкому разрушению образца или резкому изменению характера диаграммы сжатия, если образец не разрушается.

Удельная ударная вязкость - определяется как количество работы, необходимой для разрушения образца пенопласта при испытании его на изгиб ударной нагрузкой, отнесенное к площади поперечного сечения образца. полимерный изоляционный материал

2.2 Тепловые свойства

Коэффициент линейного расширения - Изменение линейных размеров пенопластов при различных температурах характеризуется коэффициентом линейного расширения, который рассчитывают исходя из допущения прямой зависимости изменения деформаций от температуры.

Теплопроводностью - называется способность пенопласта передавать через, свою толщину тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Степень теплопроводности всех строительных материалов для ограждающих конструкций является весьма важным их показателем и важнейшим показателем для группы теплоизоляционных материалов, в том числе и для пенопластов, основное назначение которых - способствовать сохранению тепла.

Степень теплопроводности различных материалов характеризуется коэффициентом теплопроводности - величиной, равной количеству тепла, проходящего через образец пенопласта толщиной 1 м и площадью I м 2 в течение 1 ч при разности температур на противоположных, плоскопараллельных сторонах образца в 1° (ккал/м-ч-град).

2.3 Воздействие влаги

Очень важным свойством теплоизоляционных строительных материалов является способность их противостоять действию влаги и увлажняться при этом в минимальной степени. Использование водостойких, негигроскопичных и паронепроницаемых теплоизоляционных материалов позволяет упростить и, следовательно, удешевить строительные конструкции, а также повысить термическое сопротивление теплоизоляционного слоя и снизить эксплуатационные расходы на отопление. До появления пористых полимерных пенопластов не существовало столь водостойких и столь долговечных теплоизоляционных материалов. Чтобы добиться высокой гигроскопичности и надежной паронепроницаемости наших традиционных теплоизоляционных материалов - стеклянной и минеральной ваты и изделий из них, древесноволокнистых и древесностружечных плит, цементного фибролита, ячеистых бетонов и др., необходимо было устраивать продухи в конструкциях, дополнительные пароизоляционные слои, подвергать специальной обработке поверхности теплоизоляционных материалов, делая их гидрофобными, или применять обвертывание паро- и водонепроницаемыми пленками из синтетических материалов. Эти дополнительные сложные и дорогостоящие мероприятия полностью отпадают при использовании для теплоизоляции материалов на полимерной основе - пенопласт, пенополиуретан, экструзионный пенопласт. Отношение материалов к воздействию влаги определяется такими свойствами их, как водопоглощение, гигроскопичность, водостойкость, паронепроницаемость, стойкость при попеременном увлажнении и высушивании и в конечном счете их влажность. В ряде случаев между этими свойствами имеется определенная связь. Например, влажность материала оказывает очень сильное влияние на его теплопроводность.

Структура теплоизоляционных материалов является основным фактором, определяющим их поведение при взаимодействии с влагой. Наилучшими гидрофобными свойствами обладают материалы с замкнутопористой структурой, а наихудшими - с открытыми сообщающимися порами. Объемный вес материала также является важным фактором при воздействии влаги пенопласты.

Водопоглощение ПТМ может характеризоваться отношением количества поглощенной воды к общей площади поверхностей материала.

2.4 Атмосферостойкость

Атмосферостойкостью материала называют его способность в условиях эксплуатации противостоять разрушающему воздействию естественных климатических условий-положительных и отрицательных температур, солнечной радиации, влаги, ветра, состава окружающего воздуха и других климатических факторов в течение определенного периода времени. Атмосферостойкость теплоизоляционных материалов определяют по изменению за определенный период времени присущих им первоначальных свойств. Так как большинство теплоизоляционных полимерных материалов при эксплуатации ограждаются от непосредственного воздействия на них некоторых наиболее активных атмосферных влияний (например, солнечной радиации), мы ограничимся здесь рассмотрением лишь тех факторов атмосферостойкости материалов, которые могут практически влиять на успешную их работу и длительность эксплуатации.

Морозостойкостью называется способность теплоизоляционного материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и без значительного понижения прочности.

Воздухопроницаемость теплоизоляционных полимерных материалов, также как и паропроницаемость их, характеризуется способностью материала пропускать воздух при наличии разности давления у поверхностей.

Воздухостойкостью называется способность материала сохранять свои свойства при интенсивном обдувании воздухом в течение продолжительного времени.

Теплостойкостью называется способность материалов сохранять свои свойства при нагревании в свободном состоянии или под нагрузкой. Теплостойкость всех полимерных теплоизоляционных материалов зависит в основном от свойств и качества полимера, применяемого для его изготовления. Термопластичные пенопласты при увеличении температуры из относительно твердого состояния переходят в состояние мягких каучукоподобных веществ, что коренным образом меняет их свойства и прочностные характеристики.

Термореактивные полимеры, как, например, феноло- и мочевино-формальдегидные и полиуретановые, являются значительно более теплостойкими. В пенопластах, изготовляемых из этих полимеров, образуются термостойкие химические связи. Все же при достижении предельной температуры и у этих полимеров начинается процесс термоокислительного распада и деструкции материала.

2.5 Огнестойкость

Огнестойкостью называется способность материала выдерживать без разрушения действие высоких температур н открытого пламени. Огнестойкость характеризуется степенью возгораемости. Все строительные материалы, в том числе и полимерные, делятся по степени возгораемости па четыре- группы: несгораемые, трудносгораемые, трудновоспламеняемые и сгораемые.

2.6 Биостойкость

Биостойкостью материала называют способность его сопротивляться разрушающему действию микроорганизмов - бактерий, грибков и др. Понятие биостойкости применимо только к органическим материалам или изделиям, имеющим в своем составе органические вещества.

Теперь разберёмся с требованиями к изоляционным полимерным материалам.

Главные требования:

энергоэффективность теплоизоляционного материала представляет собой способность значительно снижать потерю тепла помещением, которое подверглось изоляции. Для этого материалы должны обладать чрезвычайно низкими показателями теплопроводности, а именно 0,06 и меньше. Кроме того, современные утеплители должны иметь способность к аккумуляции тепла. Немаловажны и затраты энергии на производство материала и его транспортировку. Важно помнить, что об изоляции нужно позаботиться еще при строительстве дома, определившись заранее, какие материалы стоит предпочесть;

экологичность теплоизоляционного материала - это способность приносить наименьший вред здоровью человека и окружающей среде. Это качество важно в процессе эксплуатации конструкций. Изоляция в целом должна характеризоваться отсутствием вредных выделений при производстве и последующей транспортировке.

Сравнительная характеристика полимерных изоляционных материалов

3. Применение полимерных изоляционных материалов

Рассмотрим применение полимерных изоляционных материалов на отдельных примерах.

Электроизоляционные материалы. Классификация электроизоляционных лаков по технологическому назначению:

пропиточные;

покровные;

клеящие.

Рассмотрим пропиточные лаки. Важно отметить, что они имеют небольшую вязкость и эксплуатируются в основном для пропитывания пористо-волокнистой изоляции с той лишь целью, чтобы увеличить ее электрическую и механическую прочность, теплопроводность и влагостойкость. Применение электроизоляционных материалов, указанных выше, заключается в том, чтобы накладывать слои киперной или тафтяной ленты на жилы кабельных заделок.

Покровные лаки широко используются для создания защитной, изоляционной, влагостойкой, прочной пленки, а при некоторых лаках и маслостойкой, бензиностойкой и химически стойкой пленки. Блестящая, гладкая пленка воспрепятствует загрязнению электроизоляционного материала.

Основное применение клеящих лаков - это склеивание и создание целостной изоляции при разделках кабелей. По видам сушки лаки можно разделить на лаки воздушной и печной сушки. Важно отметить, что лаки печной сушки формируют более твердую и влагоустойчивую пленку. Они предназначаются для ремонта обмоток двигателей, пусковой аппаратуры и других специфических деталей.

При электромонтажных работах, выполняемых на месте строительства, принято применять покровные лаки, относящиеся к воздушной сушке. Электроизоляционные эмали придают влагостойкость и гладкую поверхность, например, деталям из дерева, обмоткам электрических машин. Существуют эмали общего назначения, так называемые эмалевые краски, которые активно используют для защиты окрашиваемых поверхностей от вредного воздействия коррозии.

Кроме того, изоляционные материалы группа весьма разнообразных натуральных, а чаще искусственных органических и неорганических веществ и их соединений; они служат для изолирования (отделения) друг от друга и от земли отдельных частей электрических установок, аппаратов и машин, несущих электрическую энергию, во избежание не только утечки ее побочным путем, невыгодным для установки, но и повреждений или даже разрушений, обычно вызываемых таким произвольным уходом энергии. В научно-технической литературе Изоляционные материалы именуются также диэлектриками. Роль изоляционных материалов в электропромышленности в настоящий момент очень велика, особенно в таких установках, как районные и городские центральные электрические станции, подстанции, линии воздушной и подземной кабельной передачи энергии, работающие преимущественно под высоким напряжением. Повреждение в какой-либо одной только части отдельного аппарата такой установки создает угрозу прекращения работы всего устройства, иногда на очень продолжительный срок.

Характеристики электроизоляционных материалов непосредственно влияют на безопасность людей и исправность оборудования.

Конденсаторы. Диэлектрики находят широкое применение в конденсаторах. Конденсаторы имеют многообразные применения, среди которых накопление электрического заряда, нейтрализация эффектов индуктивности в цепях переменного тока и получение импульсов тока для различных приложений. Емкость конденсатора часто может быть рассчитана исходя из конфигурации системы или измерена путем определения величины заряда на одной из обкладок конденсатора при приложении заданного напряжения между обкладками. Энергия заряженного конденсатора равна 1/2 CE2 и выражается в микроджоулях (мкДж), если С выражено в микрофарадах (мкФ), а Е - в вольтах (В).

Низковольтные конденсаторы. Для слаботочных и низковольтных приложений, таких, как радио- и телефонные сети, низковольтные выпрямители, конденсаторы изготавливаются обычно из слоев алюминиевой или другой металлической фольги, разделенных диэлектриком из одного или нескольких слоев пропарафиненной бумаги. Очень компактный низковольтный конденсатор - т.н. электролитический - изготавливается нанесением (посредством электролитического осаждения) тонкой изолирующей оксидной пленки на поверхность металлической фольги; при этом достигается достаточно высокая емкость на единицу площади поверхности конденсатора. Полученный материал наматывается в виде обмотки компактных размеров.

Высоковольтные конденсаторы. В конденсаторах для высоких напряжений, которые используются в радиопередающих устройствах, в качестве изолятора часто применяется слюда. Конденсаторы для очень высоких напряжений обычно изготавливаются из металлической фольги с большим числом слоев диэлектрической бумаги, помещенных в заполненный маслом контейнер, или из металлических пластин, разделенных газообразным или жидким диэлектриком. В таких конструкциях для высокочастотных конденсаторов, в которых важно иметь низкие диэлектрические потери, в качестве диэлектрика используется и вакуум.

Список литературы

1. Воробьев В.А., Андрианов Р.А. "Полимерные теплоизоляционные материалы".

2. В.К. Крыжановского "Производство изделий из полимерных материалов".

3. Хусаинова З.Г. "Электроизоляционные материалы".

4. Бобров, Овчаренко, Шойхет "Теплоизоляционные материалы и конструкции".

Размещено на Allbest.ru