АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ

Коммерциялық емес акционерлік қоғамы

Электр станциялары, тораптары мен жүйелері кафедрасы

 

 

Қ.Х. Бекмағамбетова

Ш.Т Дуйсенова

ЭЛЕКТРОТЕХНИКАЛЫҚ МАТЕРИАЛТАНУ

Оқу құралы

05071800 - Электроэнергетика мамандығы бойынша барлық оқу

    түрлерінің оқитын студенттеріне арналған

 

                                                          

Алматы  2012ж

 

УДК 621.315   

ББК 31.204-04 Я73

Б39  Электротехникалық материалтану

/ Қ.Х. Бекмағамбетова, Ш.Т Дуйсенова / Оқу құралы

АЭжБУ. Алматы, 2012. - 78 б.

 

         Оқу құралында электрэнергетикада пайдаланатын электр техникалық материалдар туралы мағлұматтар баяндалады. Оқу құралы 5В071800 – Электроэнергетикасы  мамандықтарының бағыты бойынша оқитын  студенттерге арналған.   Без.60, кесте 11, әдеб. Көрсеткіші – 7 атау.     

 

         Пікір берушілер: техн. ғыл. канд., проф. Ибраева Л. К – АЭжБУ  профессоры, техн. ғыл. д-р., проф. Койшиев Т.К -  КазАТК профессоры.

 

                          ББК 31.204-04 Я73

 

                   Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігінің 2012 жылғы баспа жоспары бойынша басылады.

 

ISBN 978-601-7327-11-8

 

Ó "Алматы энергетика және байланыс университетінің "  КЕАҚ, 2012 ж.

 

Кіріспе

 

«Электротехникалық материалтану» пәні электромагнит өрісінің әсерінен заттарда өтетін негізгі физикалық құбылыстарды, материалдардың сипаттамасын, олардың өндіріс технологиясын оқытады. Электротехника талаптарды оңынан шешу үшін материалдарды дұрыс таңдаудың мағынасы зор. Бұл мәселе электротехниканың жалпы дамуына сәйкес жаңа заттарды өндіру осымен байланысты. Қазіргі деңгейдің мәселесі жаңа талаптарға сай сапасы өте жоғары электротехникалық заттарды шығару. Бұлар жоғары жылулыққа төзімді майысқақ полимерлер, жұмыс кезінде сенімді жартылай өткізгіштер, ферромагнетиктер, магниттік мінездемелері жоғары ферриттер, асқын өткізгіштер.

Материалдардың электрлі және магнитті қасиеттерін, механикалық беріктігін және олардың басқа да ерекшеліктерін түсіну үшін материалдардың құрылымы мен химиялық құрамын зерттеп алу қажет.Өнеркәсіпке қажетті электротехникалық материалдарды оқып білу мен одан кейінгі өңдеу мамандандырылған ғылыми – зерттеу институттарының тақырыптарына кіреді.Материалдарды дайындаудың жаңарған технологиясы институттар мен зауыттардың сынау цехтарында өңделеді.

Ғылыми негізделген талаптардың өндірістегі шынайы мүмкіншіліктерімен сәйкестігі біздің мемлекетте жағымды жағдайлар тудырды. Бұл жағдайларда электр материалдардың өндірісі соңғы жылдары жоғары деңгейлерге жетті. Пәнді оқытудың мақсаты студенттердің арнайы пәндерді оқығанда және мамандығы бойынша тәжірибелік белсенділігін арттыруға қажетті, электротехникада қолданылатын материалдардың, технологияда қандай бағамен қажеттігін білу. «Электротехникалық материалтану» пәні өз алдына келесі талаптарды қояды:

- электротехникада қолданылатын материалдарды сынау және үйренуден шығатын негізгі теорияларды қарастыру;

- электротехникалық материалдары, олардың қолданылуы, қасиеттері және құрылымына байланысты топтастыра білу;

- электротехникалық материалдардың өндірістік технологиясы мен

қолданылуының негізгі ерекшеліктерін білу;

- электротехникалық материалдардың практикадағы ерекшелігін, техникада және экономикадағы орнығуын білу.

 

 

1 Диэлектриктердің тесілуі

 

       1.1  Диэлектриктердегі тесілу құбылысының жалпы мінездемелері

          Электр өрістегі әрбір диэлектрик, өрістің кернеулігі Е критикалық мәннен асып кетсе, өзінің оқшауламалы қасиеттерін жоғалтады. Бұл құбылыс диэлектриктердің тесілуі деп аталады. Тесілу жүріп өткен кездегі кернеу – Uт - тесілу кернеуі деп, ал соған сәйкес – Ет - тесілу кернеулігі диэлектриктің электрлік беріктігі деп аталады. Өрістің тесілу кернеулігі Ет, тесілу кернеуінің Uт, тесулі орнындағы диэлектриктің қалыңдығына қатынасымен анықталады.

                                                 ,                                                                (1)      

 

мұндағы h - диэлектриктің қалыңдығы, см немесе мм; СИ-жүйесінде Ет шамасы В/м беріледі.

Тесілу кернеуі Uт киловольтпен өлшенеді.

Практика арнауында диэлектриктердің электрлік беріктігінің сандық мәнін қолайлы санау үшін тесетін кернеуді киловольтпен, ал заттың қалыңдығын милиметрмен өлшеген дұрыс. Сонда электрлік беріктік болады кВ/мм. Сан мағынасын сақтау үшін және Сu жүйесіне өту үшін МВ/м деген өлшем бірлігімен пайдалануға болады.

.

Газдарды тесіп өту фотонды және соққы ионданумен анықталады. Сұйық заттарды тесу және жылулық иондану үрдісінің әсерінен болады.

Сұйық заттардың тесілуіне ең маңызды себепкер ол бөтен қоспалардың болуы. Қатты денелердің тесілуі электр өрісінің әсерінен пайда болатын электрлік және жылулық процестерінің арқасында өтеді.

Электрлік тесілу құбылысы күшті электр өрісінде туатын және тесілу кезінде бір жерінде кенеттен электр тоғының тығыздығын болдыратын электрондық процестермен байланысты.

 Жылулық тесілу диэлектриктің электр өрісінде қызуының арқасындағы активті кедергінің азаюынан болатын құбылыс. Бұл үрдіс активтік тоқтың өсуіне және ары қарай диэлектрикті қыздырып термиялық бұзылуына әкеп соғады.  

Жоғары кернеудің ұзақ уақытта әрекеттенуі диэлектрикті өрісінің әсерінен электрохимиялық процестерге келтіреді, нәтижесінде Ет төмендейді, яғни оқшауламаның электрлік тозуы жүреді. Мұндай тозудың мерзімі шектеледі. Сонымен, газдардың тесілуі – электрлік тесілу құбылысы. Сондықтан газ тесілу сандық мағынасы кернеудің максималды (амплитудалық) мәніне жатады. Ал сұйық және қатты диэлектриктерді тесіп бұзуға жылулық процестер көп үлесін қосқаны үшін диэлектрикке айнымалы кернеуді бергенде сандық мағынасы әрекетті (действующее) мәніне жатады.

Қатты диэлектрик бетінің ауданы разрядты беттік тесілу немесе беттік жабын деп аталады. Беттік разряд шамасына электродтар мен диэлектрик конфигурациясымен бейімделген электрлі өріс пішіні, айнымалы тоқ жиілігі, диэлектрик бетінің қалпы, ауа қысымы әсер етеді.

Диэлектрик үлгісінің вольтамперлік сипаттамасы қарапайым кернеулер кезінде сызықты болады, U-кернеудің U- тесілу кернеуіне жақындауымен сызықтылықтан ауытқиды, ал тесілу сәтінде диэлектрик арқылы өтетін тоқ   болатындай лезде жоғарылайды   

 

                              I

 

 


                                      П

  

1 сурет -  Электрлі оқшауламаның вольтамперлік сипаттамасы

 

Тесілу орнында доға пайда болады және электродтар арасындағы өткізгіш канал үлгі қысқа тұйықталған болып қалады. Ондағы кернеу токтың жоғарылауына қарамастан нөлге дейін түседі.

Газдар немесе сұйық диэлектриктердегі тесілу кезінде, молекулалардың қозғалмалы күшімен, тесілген бөлімше U-кернеуін түсіріп алғаннан кейін өзінің алғашқы қасиеттерін қайта орнатады.

 Қатты диэлектриктердің тесілуі кезінде, онда дұрыс емес пішінді тесілген күйдірілген немесе ерітілген қуыс түріндегі із қалады. өткізгіш іздердің құрылуымен байланысты қатты диэлектрик бетінің беттік тесілумен зақымданылуы трекинг деп аталады.

Электрлі оқшауламаның номиналды кернеуі Uн тесілу кернеуінен Uт төмен болу керек

.

Бұл қатынасты электрлі беріктіктің запас коэффициенті деп атайды. Диэлектриктің тесілу кернеуі Uт кернеуді U келтіру уақытымен байланысты болады. Осылайша, импульсті кернеулерде тесілу тұрақты немесе айнымалы кернеулер U жағдайымен салыстырғанда кернеудің U үлкен мәндерінде жүріп өтеді. Кернеудің жоғарылауы кезінде шамасын статикалық тесілу кернеуі, ал импульстердің әсер етуі кезіндей импульсті тесілу кернеуі деп атайды.

Кимп - импульстік коэффициент деп аталады. Лездік біртекті емес өрістердегі             Кимп коэффициенті 1,5- ке дейінгі мәнге жете алады.

 

         2  Газ тәрізді диэлектриктердің тесілуі

         Газ тәрізді, сұйық және қатты диэлектриктердің тесілу механизмінің маңызды айырмашылықтары болады. Жер радиоактивтілігінің немесе кос-мосты сәулелердің әрекетімен 1 секундта 1 ауада құрылатын электрондар, оң және теріс иондар  саны 10-нан 20-ға дейін құрайды. Бұл бөлшектер күшті өрісте газдардың тесілуіне келтіретін бастапқы зарядтар болып табылады.

Олар бейберекетсіз жылулық қозғалыста болады. Өріс әсер еткеннен кейін бөлшектерге қосымша жылдамдық қабылдап, өріс бағытымен немесе оған қарама – қарсы қозғала бастайды. Бөлшектердің бағыты олардың зарядының таңбасына байланысты. Сол кезде газдағы бөлшектер қосымша энергияға ие болады:

                                                   ,                                                                (2)

мұнда q – заряд

           Uλ – еркін жүріс жолының ұзындығындағы кернеудің түсуі

            λ – еркін жүріс жолының ұзындығы;   Егер де өрістің тектестігі жеткілікті болса, онда

          осыдан

                                                                                                               (3)

болады да, зарядталған бөлшектердің қосымша энергиясы соқтығысқан молекулаларға беріледі. Егерде осы энергияның өлшемі үлкен болған жағдайда атомдар мен электрондардың қозуы басталады. Бұл жағдайда электрондардың ядродан біршама жердегі орбитаға көшуімен байланысты, ал кейбірде молекулалардың иондануыменде байланысты болады.

          Ионизация дегеніміз молекуланың оң иондануымен электрондарға немесе оң және теріс иондарға бөлінуі. Иондану шарты:

                                                      ,                                                                (4)

бұл жерде Wн – жылулық қозғалысты қосып алған молекуланың қосымша энергиясы. (2.2) және (2.3) өрнектерден шығарамыз

                                                     .                                                              (5) 

Электр өрісімен зарядталған бөлшектердің қуаты жеткілікті болса, сол бөлшектер жолындағы атомдар мен молекулаларды қоздырады. Сол кезде электрондардың ядродан алыстау орбитаға өтуі мүмкін немесе электрондар ионданады, яғни оң иондар мен электрондарға бөлінеді. Нәтижесінде газды аралықтағы электрондар саны тасқын тәрізді болып ұлғаяды. Бұл үрдістің инденсивтілігі, электронның жол ұзындығының бірлігіне, иондану санына тең, соқпа иондану коэффициентімен анықталады. Бұл электрондар электронды тасқын деп аталады, электронды тасқын өзінше, тесілудің құрылуы үшін жеткілікті емес. Соқпа ионданудан өзге, разрядтың құрылу үрдісіне маңызды әсер ететін басқа да құбылыстар орын алу керек. Иондалу энергиясын негізінде иондану потенциалымен сипаттайды.

                                                      .                                                   (6)  

Әртүрлі газдардың иондану потенциалы 4-тен 25 В-қа дейінгі шекарада жатады, бұл 4-25 кВ иондану энергиясына сәйкес келеді.

 Газдың қысымы және температурасының берілген мәндерінде, өрістің анықталған кернеулігінде пәрменді соқпа иондануы басталады., себебі q мен λ әрбір газдарға тұрақты болады. Бұл өріс кернеулерін /Еб/бастапқы кернеулік дейміз.

          Кейбір газдарда, мысалы оттегінде, көмірқышқыл газда, су буларында бөлініп кеткен электрон басқа нейтралды молекуламен қосылып, сол молекуланы электротеріс ион жасайды. Электронның нейтралды молекулаға "жабысуы" сол молекуланың электрон қабыршығын сондай өзгертеді, яғни нәтижесінде электронды қабылдап, алған молекуланың қуаты нейтралды молекуладан бір шамаға азаяды. Сол энергия шамасының мөлшерін электронға ұқсастық энергия дейміз. (энергия средства к электрону). Бұл энергия газдардың көбісінде 0,75 – тен 4,5 – ке дейін электроновольт (эВ). Инертті газдарда – аргон, неон, гелий, криптон, ксенон және азотта теріс иондар пайда болмайды. Ауадағы разрядта оң иондар пайда болады О+, О2+, N+, N2+, NO+.

Потенциалдардың айырмасынан (U вольт) соқтығысыз өткен электрондардың жылдамдығы, төменгі өрнекпен анықталады (км секундта)

                                            .                                                            (7)

Осы формулаға ионизациялық потенциалды енгізсек, электронның жылжу жылдамдығы 1000 км/с асады. Электрон газдардың молекулаларын иондануын көреміз.

 Кейбір жағдайларда өрістің әсерінен өткен электрондар молекуланы ыдыратпайды, бірақ қоздыруы мүмкін. Келесі жағдайда қоздырылған молекула өзінің артық энергиясынан сәулесін таратып – фотон ретінде шығарады. Фотонды басқа молекула қабылдауы мүмкін соның нәтижесінде сол молекула ионданады. Осындай ішкі фотондық газдың иондануы, сәуле шығару тез өткендіктен, газдың өткізгіштігін көбейтеді. Газды тесіп өту құбылысы электр өрісінің тектестігінің дәрежесіне байланысты. Газдар тесілуінің екі механизмі белгілі: тасқынды, тасқын - стимерлі. Тасқынды механизм кезінде, соқпа иондану нәтижесінде газды аралықтағы зарядтар толықтырылатын, катодтағы екінші реттік үрдістірімен жалғастырылады. Тасқынды тесілу ұзақ дамиды (1 мк секундтан ұзақ) және де импульсті кернеулер Uимп үшін сипатты болмайды.

Тасқын - стимерлі механизм кезінде, тесілудің дамуына, тасқынның кеңістікті заряд өрісінің және газ көліміндегі фотоиондануының біріккен әрекеті әсер етеді. 4.2-суретте стимер каналының өсуі, электронды тасқын жылдамдығынан неліктен тезірек жүріп өтетінін түсіндіретін сұлба келтірілген.

2 сурет - Газдың тесілуі кезіндегі стимердің таралуының сұлбалық көрінісі

 

Суретте тасқындар штрихталған конустар түрінде көрсетілген, толқынды сызықтармен фотондар салынған. Газдың мұндай ішкі фотонды иондануы, сәулелендірудің жоғары жылдамдығы тез дамуына келтіреді. Фотондар жылдамдығы м/сек құрайды, олар бірінші реттік тасқыннан озып өтеді.

Бөліп шығарылған электрон, анодқа қарай ұмтыла отырып, алғашқы-сының алдынан жаңа тасқынды тудырады. Осылайша бірінші тасқын АВ- шамасына өсіп болғанша жоғары өткізгіштікті канал-стимер-СД- шамасына таралады. Келесі кезеңде, теріс стимердегі жеке тасқындар бір-бірін қуып жетіп, иондалған газдың тұтас каналын құра отырып бірігеді. Осы канал бойынша газдың тесілуі жүріп өтеді.

Жоғары қысымдарда (Р) Е- шамасының ұлғаюы, электронның бос жүріс ұзындығының қысқаруымен, ал төмен қысымдарда электрондардың газ молекулаларымен соқтығысу мүмкіндігінің төмендеуімен байланысты болады.  тәуелділігіне газдардың вакуумды конденсаторлар ретінде, жоғары қысымды газдармен толтырылған кабелдер ретінде және жоғары кернеулі басқа құрылғылар ретінде қолданылуы негізделген. Газдардың- шамасы қысымнан (Р) қатты тәуелді болады (3 суретті қара).


3  сурет – Газдың электр беріктігінің (Епр) қысымнан (пунктирмен қалыпты атмосфералық қысым тәуелділігі белгіленген)

 

тәуелділігі вакуумдық конденсаторларда, жоғарғы қысымдағы газбен толтырылған кабельдерде және басқа да жоғарғы кернеу құрылғыларында газды изоляция ретінде қолдануға негізделген.сонымен қатар электродтар арасындағы һ қашықтыққа тәуелді.Һ азайғанда өседі. Бұл электрондардың азаюына байланысты. Содан кейін 1см-ден жоғары аралықта  мәні =30кв/см (4 суретті қара) деңгейінде тұрақталады.

4 сурет- Біртекті электр өрісіндегі қалыпты қысымдағы (Р=760 мм р.т ст.)    ауаның    электродтар арасындағы қашықтыққа тәуелділігі

 

Біртекті өрістегі газ тесілуінің нәтижесін  шамасының Р х һ көбейтін-дісінен тәуелділігінің қисығы түрінде көрсетуге болады. Мұндай заңдылық Пашен заңы ретінде белгілі және келесі түрде айтылады: Егер һ аралық ұзындығы және Р газ қысымы олардың һ х Р = const болатындай өзгерсе, онда  мәні өзгермейді, яғни.  қисықтары әртүрлі газдар үшін әртүрлі болады, бірақ барлығы бірдей U-тәрізді қалыпта болады. (5- суретті қара).

 

5 сурет -  U-ң ҺхР-ға тәуелділігі ( Пашен заңы)

          Біртекті емес өрістегі газ тесілуі біртекті өрістегі газ тесілуінен  Uт мәнімен және тесілу процесінің сипатымен ерекшеленеді. Біртекті емес өрісте, U-Е көп емес градиенттер жерлерінде, басында жарықтанумен және газ ионданумен қатар жүретін тыныш разряд немесе «тәж» қалыптасады, одан кейінгі U өскенде тәж буындық разрядқа өседі, содан кейін шоққа ауысады. Бұл кезде U төмендейді де, разряд пайда болады. Доға разряд, ауада О3 озон және NO2 азот  окситтері қалыптасатын химиялық үрдістермен қатар жүреді. Ауаның шаңдылығы оның Ет электрлік беріктігін төмендетеді. Газ температурасы U тесу кернеуіне әсер етеді. Пашен заңында Р көбейткіш орнына газ температурасының тесілу кернеуіне әсерін ескеретін, ауаның δ «салыстырмалы тығыздығы» пайда болады.

 

                                      ,                                                                   (8)

мұндағы - газдың салыстырмалы тығыздығы,  

Uто – қалыпты жағдайдағы газдың тесілуі;  р- газдың фактілік қысымы, мм.сын.бағ;

t- газдың фактілік температурасы.

          Сонымен қатар, тесу кернеуіне ауа ылғалдылығы әсер етеді. Uт - ге ауаның 11 гр/м 3 тең су буы болғандағы тесу кернеуі қабылданады.

         Стандарттыдан көп ылғалдылықта тесілу кернеуі төмендейді; төмен ылғалдылықта  жоғарылайды.    

 

          3 Сұйық диэлектрикті тесіп өту

 

          Қалыпты жағдайда сұйық диэлектриктердің газдарға қарағанда электр беріктігі бірнеше есе жоғарырақ кернеуге өтеді. Кірмелер болғандықтан, бұл заттардың тесіп өту теориясын қалыптастыру қиын. Сұйықтарды электрлік тесіп өту теориясы тек кірмелерден тазартылған сұйықтарға ғана байланысты. Сол электр өрісінің кернеулігінің өте үлкен мәндерінде электродтардан электрондар ыршып  (жұлынып) шығуы мүмкін және зарядталған бөлшектердің келіп соғуынан, газдардағы сияқты сұйықтың молекуласы ыдырайды. Бірақ газға қарағанда сұйықтардың электрлік беріктігінің жоғарылығы электрондардың еркін жолының қысқаруымен анықталады. Газ қосқыштары бар сұйықтарды тесіп өтуі, сұйықтың бір жерінің қатты қызуымен түсіндіріледі. Өйткені газдың көбіршіктері сұйыққа қарағанда, өте жеңіл ионданады да, қосымша энергия туғызады. Осы энергияның арқасында екі электродтардың арасында газ каналы пайда болады. 

          Сұйық диэлектриктің электрлік беріктігін азайтатынын, оның құрамындағы ылғалдылығы мен температурасы осыларға қосылып электр беріктігін азайтатын және өрістің түрін өзгертетін қатты түрлі ластар, кірлер (күйе, шаң, күлдер, талшықтар, т.б.) Сұйық диэлектриктерді осы кірмелерден тазартса, электр беріктігі жоғарылайды.

         Сұйық диэлектриктерде тесілудің келесі түрлері болуы мүмкін:

1)        соқпа иондалу нәтижесіндегі электрлік тесілу;

2)        диэлектрлік шығындардың лезде жоғарылауы кезіндегі және қоспа-лардың ең көп жиналған жерлеріндегі сұйықтықты қыздыру кезіндегі жылулық тесілу;

3)        сұйықтықтың газды қосылулары, диэлектрлік шығындардың өсуі нәтижелеріндегі иондандырылған тесілу. Сұйық диэлектрдің кер-неулігін () төмендететін ең маңызды себепші ылғал және де өрісті заттар мен ауаның қоспалары болып табылады.

 

          4.6 - суретте  шамасының майдағы су құрамына тәуелділігі болып табылады.

         МВ/ м

 

 

 

 

 

              Епр

           16

 

 

        12

 

 

          8

 

          4    

 

 

 

 

                  Майдагы судын колем

                 0  0,01    0,02    0,03     0,04   0,05%   

 

6 сурет - Тесілу кернеулігінің майдағы су құрамына тәуелділігі

 

4 Қатты диэлектриктерді тесіп өту

 

Қатты диэлектрикті тесіп өтудің бірнеше түрі байқалады: электрлік, электр жылулық, электр химиялық, электр механикалық ионизациялық макроскопиялық біртекті емес денелерді тесіп өту. Диэлектриктердің электрлік тесіп өтуі туралы көптеген теориялар бар, бірақ олардың бірде – біреуі толық аяқталмаған. Қазіргі уақытта қатты диэлектриктер құрамында соқпа иондану бар екені туралы сөздер айтылып жүр. Бұл сөздер қатты диэлектриктерде электрлік тесіп өтуін мінездеу үлкен экспериментальды материалға сүйенеді. Егер де диэлектриктің химиялық қасиеті өзгермесе және жылулық тесіп өтуінің мүмкіндігі болмаса, онда электрлік тесіп өту пайда болады. Электр өрісінің кернеулігі белгілі мәніне жеткенде тоқтың өсуі секірмелі түрде пайда болады да, диэлектриктің механикалық бұзылуы басталады. Тесіп өтудің электрлік түрі жылулық пен химиялық тесіп өтулерге қарағанда тесу кернеулігі температурамен әлсіз байланыста болады.

Электр өткізгіштігінің нәтижесінде диэлектрлік шығындар арқасында шыққан жылу қоршаған ортаға берілетін жылудан асып кетсе, жылулық тесіп өту пайда болады. Диэлектриктің қызуы электр беріктігінің жоғалуына, материалдың жылуы арқасында бұзылуына әкеліп соғады.

Электрлік тесілу, электр өрістің әрекетімен соқпа иондануымен немесе диэлектрлік бөлшектері арасындағы байланыстың үзілуімен бейімделген. Қатты диэлектриктердің шамасы электрлі тесілу кезінде 10-1000 кВ/мм аралығында жатады, бұл мән күшті газдар немесе таза сұйықтықтардың  шамасына жақын болады.- шамасы диэлектриктердің ішкі құрылысымен бейімделеді және  үлгі пішіні мен мөлшеріне аз тәуелді болады.

Тесілудің бұл түрі сек. және одан да төмен өте қысқа уақыт аралығында жүріп өтеді.

Тесілу алдында Ом заңы бұзылады, тоқ кернеудің өсуімен экспоненциалды тәуелділік бойынша өседі:         

 

                                   - Пуль формуласы                                           (9)

             немесе

                                     - Френкель формуласы                                (10)  

 

          Электр өрісінің кернеулігінің белгілі бір шамасында, тоқ секірме тәріздеп көбейеді және содан кейін диэлектриктің бұзылуы жүріп өтеді. сек төмен импульстер, ал біртекті емес өрісте сек. Төмен импульстер кезінде тесілу кернеуінің жоғарылауы бақыланады. Біртекті емес өрісте тесілу электрлі өрістің ең үлкен кернеулік орнында, мысалы электрод шетінде жүріп өтеді.

          Жылулық тесілу диэлектрлі шығындар салдарынан диэлектриктің жылулық тепе - теңдігінің бұзылуымен бейімделеді.

С - сыйымдылықты - жиілікті  U кернеуіндегі диэлектрик үлгісінде бөлінетін қуат: 

                                                     .                                                     (11)

 

         Үлгіден әкелетін жылулық қуат:

 

                                                                                                        (12)

         мұндағы S- жылу әкету ауданы; к- жылу беру коэффициенті;

         Т-үлгі температурасы;     

 - қоршаған орта температурасы.     

 

 

 

 

 

 

  

8 сурет – В.А.Фок пен Н.Н.Семеновтың φ(с) функциясының графигі. Абсцисса осьіндегі масштаб – логарифмдік

 

Егер де tgδ – ның температураға қатынасы экспоненциалды заңға сүйенсе, онда:

                                              ,                                         (12)

 

         мұнда Т0 – қоршаған орта температурасы (0С);

          tgδ – диэлектриктілік шығындар бұрышы;

          Т0 – диэлектрик температурасы (0С);

          α –температуралық коэффициент.

          Мұны былай да жазуға болады:

 

                                     Q ,                                            (13)

          мұнда Q – диэлектриктің көлеміндегі жылу.

          Электрохимиялық тесіп өту тұрақты және айнымалы жиілігі аз кернеулерде, ылғалдығы жоғары диэлектриктерде, өткізгіштік өскен жағдайда байқалады. Бұл тесіп өтудің түрі заттарды кернеулердің әсерінен химиялық деструкцияларға әкеліп соғады.

          5 Диэлектриктердің химиялық, физикалық және механикалық

 қасиеттері

 

          Қолданылатын диэлектриктерде кейбір факторлардың әсер етуінен изоляциялау қасиеті бұзылады. Электроизоляцияланған материалды таңдап алуда қалыпты жағдайдағы оның электриктік қасиеттері мен қоршаған ортаның температурасының өсуі, аяз бен радиоктивті сәуле шығаруларына да қарайды. Электр машиналары мен аппараттар, қондырғыларды жасағанда олардың физикалық, механикалық, химиялық және радиациялық қасиеттерін де қарастырған жөн.

 

          5.1 Диэлектриктердің ылғалдылық қасиеттері

 

          Электрлік изоляцияларды қолдануда қоршаған ортаның жоғары ылғалдығы теріс әсер етуі мүмкін, әсер ету дәрежесі гигроскопиялық қасиетіне байланысты. Атмосфералық ауаның құрамында су буының бөліктері бар. Ауаның абсолютты ылғалдылығы су буының 1 м3 ауа көлеміне келетінімен бағаланады.

          Әрбір температураға белгілі ылғалдылықтың абсолют мәні сәйкес келеді (5.1 суретті қара). Ауада су буы сирек келеді, сондықтан ол шық түрінде түседі. Ауаның салыстырма ылғалдылығы деп мына пайызды қатынасты айтамыз.

 

                                      .                                             (14)

 

          Қазақстанда қалыпты ауа ылғалдығының орнына салыстырмалы ылғалдылықты алады (φ = 65%(Т0 = 200С и Р=760 мм сынап бағ.0,1МПа)).

          Су өте полярлы диэлектрик, меншікті кедергісі (103-104 Ом*м) аз. Сондықтан қатты диэлектриктер су буының әсерінен түскенде электрлік қасиеттерін төмендетуге әкеліп соғады. Ылғалдылықтың әсер етуі әсіресе тропикалық жағдайларда мол болады (Т=300-400С;φ = 98-100%).

          Ауада 200 С- да, яғни қалыпты ылғалдылықта су буының мөлшері m-ге тең болады: m = 17,3·0,65 ≈ 11,25 г/м3.

          Полярлы қатты диэлектриктен жасалған электроизоляциялық тетік беттерін ылғалдық әсерінен сақтау үшін оларды су жұқпайтын лакпен қаптайды.

          Диэлектриктердің су (немесе басқа сұйық) жұқтыру қабілеті дененің тегіс бетіне түсірілген су тамшысының θ жиектік жұғу бұрышымен сипатталады. θ аз болған сайын су жұғу көп болады.

          Су жұғатын беттер үшін θ<900, жұқпайтындар үшін θ>900. Диэлектрикте көлемді ашық қуыс жерлер немесе  тығыз емес құрылымды ылғал материалдың ішіне өтіп кетеді.

 

 

 

 

 

 

 

  

9 сурет - Қалыпты атмосфералық қысымдықтағы ауаның абсолюттік ылғалдығы мен салыстырмалы ылғалдылықтың әртүрлі мағыналарының температуралық функциясы

 

          Материалдың ылғалдылығы

          Қоршаған ортаның белгілі бір ылғалдылығы мен температурасы жағдайына орнатылған электрлі оқшауламалы материал үлгісі шексіз ұзақ         уақыттан кейін ылғалдылықтың белгілі бір тепе – теңдік күйіне жетеді. Егер материалды салыстырмалы түрде құрғақ үлгісін ылғалды ауаға (φ салыстырмалы ылғалдығы бар) орналастырсақ, онда біз материалдың ауадан ылғалды біртіндеп жұтуын бақылаймыз. Бұл кезде материал ылғалдылығы ψ,                 яғни материалдың бірлік массасындағы ылғал көлемі, τ уақыт барысында φ – ң берілген мәніне сәйкес келетін ψρ ылғалдық тепе - теңдігіне асимпитоталы түрде жақындай артады.

10 сурет а,б - Су тамшысы суланатын диэлектриктің бетінде (а), суланбайтын диэлектриктің бетінде (б)

 

 11 сурет - Материалдың ылғалдығының өзгеруі (1) суландырғанда және (2)

                                                  кептіргенде

 

          Керісінше, егер сол φ салыстырмалы ылғалды ауаға, бастапқы ылғалдығы φρ-дан көп болатын, сол материалдың үлгісін орналастырса, онда үлгі ылғалдығы азайып  ψρ ылғалдық тепе – теңдігінің мәніне асимптоталық түрінде жақындайды: бұл кезде материалдық құрғауы жүреді. Әртүрлі материалдар үшін ауаның φ салыстырмалы ылғалдылығының бірдей мәндерінде ылғалдық тепе –теңдігінің мәндері әртүрлі болуы мүмкін. 

          Диэлектриктің сулану қабілеті жазық дененің бетіне тамған су тамшысының шеткі сулану бұрышы θ – мен анықталады.

          Суланатын бұрышы θ < 900, суланбайтын бұрыштікі θ > 900  (5.2 суретті қара).

 

          Ылғал өткізгіштік

          Гигроскопиялықтан басқа, электрлі оқшауламалы материалдардың ылғал өткізгіштігі үлкен практикалық мәнге, яғни олардың өзінен су буын өткізу қабілетіне ие. Бұл сипаттама қорған қабық (покров) үшін (шлангалар, кабельдер, конденсаторларды пресстеу, опрессовка), компаундты құймалар (заливка), тетіктерді лакпен қаптау қолданылатын материалдар сапасын бағалағанда өте маңызды. Өте майда қуыстары болғандықтан, көптеген материалдардың өлшеуге болатын ылғал өткізгіштігі болады. Тек қана шынылар, жақсы күйдірілген керамика және металдар үшін ылғал өткізгіштік

нөлге тең болады. Қалыңдығы һ, белгілі бір беті S оқшауланған заттан су буының қысым айырмасының әсерінен (P1 – P2) τ уақытта өтетін ылғалдық мөлшері (m) келесі теңдікке тең болады

 

                                     ,                                                          (15)

 

          мұнда  П – материалдық ылғал өтімділігінің коэффициенті, с;

          СИ жүйесінде П - өлшем бірлігі секундта.

 

                                      .                                                            (16)

 

          Оқшауланған материалдардың гигроскопиялық ылғалдық өтімділігін азайту үшін суланбайтын таспалар, қабыршықтар және басқа да заттарды пайдаланады.

 

          5.2 Механикалық мінездемелері

 

          Электроизоляцияланған материалдардың бөлшектерін механикалық күштер әсерлейді, сондықтан механикалық мінездемелер практикалық үлкен мәнге ие болады. Үзілу беріктігі қысу және майысу:

 

                                                                                          (17)

                                                                                                   (18)

                                                                                                   (19)

  

          Fс - созу күші;

          Fк-  қысу күші;

          S –  кескінінің;

          Wм – майыстыру моменті;

          W- заттың кедергі моменті.

 

          Беріктік шектерінің мәні СИ жүйесінде Паскальмен анықталады . Құрамы анизотропты заттардың механикалық беріктігі жүктеменің бағытына байланысты, әсіресе көп қабатты диэлектриктерде. Кейбір заттардың ұзақ уақыт арасында жүктеменің әсерінен  деформация басталса, сол құбылысты заттың «суық ағуы» дейді.

          Морттық – пластикалық деформациясыз күш әсерінен қирайтын (сынатын) қабілет. Кейбір материалдар статикалық күштерге төтеп  беретін беріктікпен сипатталғанымен, динамикалық күштерге тез–ақ морт сынады. Динамикалық жүктемелерге беріктікті бағалау үшін ұрып майыстыру сынағын жүргізеді. Ұруға қарсылық тұтқырлық δұт – ол үлгіні сындыруға жұмсалған күштің W үлгінің қимасының ауданына S қатынасы, өлшем бірлігі СИ жүйесінде

          Қаттылық – материалдың бейімділігі кішкентай заттар арқасында берілген қысу күшіне төтеп береді. Бринель заңы бойынша қаттылық 5мм болаттан жасалған шариктің арқасында қысу күштің әсерінен заттың бетінде қалған іздің тереңдігімен және төмендегі көрсетілген теңдікпен анықталады. 

                    

                                                                                                                  (20)

 

          мұнда Р – жүктеме салмағы;

          Д – іздің диаметрі;

          һ –  іздің тереңдігі.

          Тұтқырлық. Динамикалық тұтқырлық немесе ішкі үйкеліс коэффициенті, динамикалық тұтқырлық бірқатар заңдылықтарға кіреді. Пуазель заңы – тұтқыр сұйықтардың капиллярлы түтіктер арқылы ағуы. Стокс заңы – шариктің тұрақты күш әсерінен тұтқыр ортадағы қозғалысы. Динамикалық тұтқырлық η СИ жүйесінде паскальдың секундқа көбейтіндісімен өлшенеді. Бұл жерде тұрақталған шариктің жылдамдығы

                                                                                                                  (21)

 

          мұнда F – күш салмақ;

          r – шариктің радиусы;                                                 

          η – динамикалық тұтқырлық.

          СГС жүйесінде  η – ның өлшем бірлігі сантипуазда:

 

          Кинематикалық тұтқырлық ν  сұйықтың динамикалық тұтқырлығының, оның тығыздығының қатынасына тең:

                                                           .                                                        (22)   

          СИ жүйесінде кинематикалық тұтқырлық м2/с – та өлшенеді, м2/с = 104 ст (cтокс СГС жүйесіндегі кинематикалық тұтқырлық бірлігі).

          Тұтқырлықтың температураға байланысты өзгеру заңы экспонента теңдеуіне сәйкес келеді

                                                                                                       (23)

 

мұндағы А – берілген сұйықты сипаттайтын тұрақты: W – активация энергиясы, ол молекулалар бір тұрақты күйден екіншіге өткендегі жұмысқа тең.

 

          5.3 Диэлектриктердің жылулық қасиеттері

 

Диэлектриктердің ең негізгі жылулық қасиеттеріне жататындар: қызуға, суыққа төзімділігі, жылу өткізгіштігі, жылулық кеңеюуі.

Қызуға төзімділік. Электр оқшауланған материалдардың немесе бұйымдарын аз және көп уақыт бойы өз мінездемелерін өзгертпей үлкен температураға шыдауын қызуға шыдамдылық дейді.

Анорганикалық материалдардың қызуға төзімділігін электр мінездемелерінің немесе меншікті көлемдік кедергінің, яғни tgd өсе басталуын анықтайды. Осы мінездемелер қандай температурада t0C өзгере басталады сол температураның мағынасы жылулыққа төзімділік болып бағаланады. Органикалық диэлектриктердің төзімділігін созылу және майысу механикалық деформациялардың басталуымен анықтауға болады, кейбірде осы заттардың төзімділігін электрлік мінездемелер арқылы табады. Мысалы, осы сипаттаманы көптен бері Мартенс әдісімен зерттеп келе жатыр. Бұл әдіс бойынша пластмасса сияқты заттардың төзімділігі мінезделеді. 5 МПа майыстыру кернеуі қыздырған үлгіні едәуір деформацияға әкеліп соқса, сол температураның мағынасымен. Бұл жерде температураның жоғарылау жылдамдығы болу керек 1 к/мин.

Лап ету (оталу) температура дегеніміз - қыздырылған майдың буымен ауаның араласуына кішкене шоқты түсіргенде лап ете қалатын температура.

Өртену (оталғыштық) температурасы лап ете қалу температурасынан бәлкім жоғары, бұл кезде түсірілген шоқ майды өртейді. Бұл температураны әр сұйық затқа тәжірибе арқылы бағалайды. Егер де ұзақ уақыт қыздырылып, заттың сапасы төмендесе, онда бұл құбылысты жылулық төзу дейді. Заттың төзу мерзімі τ тозудың абсолюттық температурасымен Т келесі теңдікпен байланысты.

 

                                                                                                    (24)

мұнда А және В – заттың тұрақты шамасы мен тозудың шартты тұрақтысы.

Диэлектриктерде электрлік пен механикалық қасиеттерін өзгеру кезінде қызуға төзімділік ретінде температураға бағаланады. Халықаралық электротехникалық комиссия мен ГОСТ бойынша әрбір электр машина мен трансформатор және аппараттарды жасауға қолданылатын электроизоляцияланағн материалдардың қалыпты жұмыс температурасын белгілейді.

Изоляцияланған материалды қай класқа жатқызу туралы сұрақты ГОСТ арқылы ғана шешеді. 5.1 кестеде көрсетілген температуралар электр жабдықтарының жұмыс істеу мерзімін есептегенде қызу төзімділік класын пайдаланады.

 

5.1 к е с т е -  Қызу төзімділік класы

Қызу төзімділік класы

У

А

Е

В

F

H

C

Ең үлкен жұмыс температурасы, 0С

90

105

120

130

155

180

>180

 

         У – класына целлюлоза мен жібектен жасалған, маймен немесе сұйық электр оқшаулағыш заттармен сіңдірілмеген, талшықты заттар жатады.

         А – класына – жоғарыда көрсетілген органикалық талшықты, бірақ та маймен, лакпен, компаундпен сіңдірілген немесе сұйық электроқшаулағыш –

тарда жұмыс істейтін заттар жатады; қағаз мата және жібек негізінде маймен немесе битум – майлы лактармен лактанған лакотканьдар, лакоқағаздар. Осы класқа тағы да жататындар ацетобутиратцеллюлозалық және полиамидтық қабыршықтар, үлпектер, полиамидты құйылатын шайырлар, май – шайыр негізіндегі және поливинилацеталь лактармен жабылған эмаль – сымдар және т.б.

         Е – класына – органикалық толтырушыл және фенолформальдегидтер сияқты шайырлармен байланыстырылған (жабыстырылған) пластикалық массалар, оның ішінде гетинакс, текстолит, пресс порошоктар жатады.

         В – класына көп мөлшерде қосылған анорганикалық компоненттерден органикалық байланыстырғыштармен байланыстырған заттар. Мысалы, жапырақтатып ажыратқан слюданың жапырақтары, асбест және шыны талшықтарынан жасалған заттар: миканиттер, стеклотканьдар, стеклотекстолиттер жатады.

         F класына миканиттер, стеклоталшықтан анорганикамен, байланыс -

тырған заттар немесе жылулыққа төзімділігі жоғары – элоксидтік, термореактивті полиэфирлік, кремний органикалық шайырлармен қатырған заттар жатады.

         Н – класындағы заттарды өте жылулыққа төзімді кремний органикалық шайырды қолданып жасайды.

         С – класына  таза анорганикалық ешнәрсемен клейленбеген, сіңдірілмеген заттар жатады. Олар – слюда, шыны, шыны талшықтары, кварц, асбест, микалекс, асбацемент, шифер, кейбір миканиттер. Органикалық заттардан осы класқа жататындар: политетрофторэтилен (фторпласт - 4), полимидтер.

         АҚШ – тың стандарты бойынша ракета жабдықтарында пайдаланатын электр оқшауламаларының жылулыққа төзімділігінің класстары былай бөлінеді:

VHT (very high temperature) 2500-4000C;

UHT (ultra high temperature) 4000-6500C;

SHT (super high temperature) 6500-10000C;

BS  (blue sky) 10000-15000C.

         Сұйыққа төзімділік. Суыққа төзімділік деп материалдың өте аз температураларда өзінің электрлік қасиеттерін жоғалтпайтын етіп төмен температура беріледі (-600) - тан(-700)С шейін.

         Жылу өткізгіштік. Жылу өткізгіштіктің техникалық мәні изоляцияланған материалдарды қоршап тұрған проводтар мен магнит проводтарда және диэлектрлік шығындар арқылы, материалдар арқылы қоршаған ортаға өтіп кетуінде. Материалдардың жылу өткізгіштігі Фурье теңдеуіне кіретін γТ жылу өткізгіштігімен мінезделеді.

                                                                                                          (25)

         мұнда ∆Рж – жылу ағымының қуаты, ∆S – ағынға нормальды ауданша, dT/dl – температура градиенті.

         Басқа материалдар сияқты, диэлектриктердің жылулық кеңеюуі – К-1 – мен өлшенетін сызықты кеңеюдің температуралық коэффициентімен ТКСК бағалайды:

 

         ТКСК – ң аз мәніне ие материалдар жоғарғы қызуға тұрақтылық мәніне ие және керісінше Ll – ды l(Т) графикалық тәуелдіктермен анықтау үшін сипатталған ТКЕ мәніне ұқсас әдісті қолдануға болады.

 

5.4     Химиялық қасиеттері

 

         Диэлектриктер көп уақыт жұмыс істегенде бөлінетін қосалқы заттардың кесірінен бұзылмауы және тиіп тұрған металдарды коррозияға ұшыратпауы керек, әртүрлі заттармен реакцияға түспеуі керек./газ, су, қышқыл/. Кейбір негіз диэлектриктердің осы жоғарыда айтылғандарға төтеп беруі сұйық пен қатты материалдарда ерігіштік болып табылады. Ерігіштік қаныққан ерітінді концентрациясы ерітіндіге уақытқа байланысты ерітіндімен меншіктімен бағаланылады.Ұзақ жұмыс кезінде диэлектриктер қалдық өнім бөліп жойылмауы керек және де олармен жанасатын металдың коррозиясын тудырмауы керек; әртүрлі заттармен (мысалы, газдар, су, қышқылдар, еріткіштер, тұз қоспалары және т.б) реакцияға түспеуі керек. Бұл заттардың барлығының әсеріне тұрақтылық, әр диэлектрикте әртүрлі.

         Тетік өндірісінде материалдар әртүрлі химиялық – технологиялық әдістермен өңделуі мүмкін: жабыстыру, лак қалыптастыратын еріткіштерде еру және т.с.с. қатты материалдардың ерігіштігі еріткішпен жанасатын материалдың бірлік бетінен уақыт бірлігінде ерітіндіге өтетін материал көлемімен бағаланады.

 

5.5     Жоғарғы энергияның сәулеленуінің әсері

 

         Қазіргі техникада электроаспаптар жоғары энергияның қысқа немесе ұзақ мерзімде корпускулалық немесе толқындық радиоактивті сәулелену әсеріне ұшырауы мүмкін. Бұл жағдайда материалдардың сәулелену әсеріне тұрақтылығын, өздерінің электрлік және механикалық қасиеттерін сақтауының деңгейін, яғни радиациялық тұрақтығын білу маңызды. Сондықтан материалдың физикалық, химиялық және электрлік сипаттамаларына оның радиациялық тұрақтылығының талабы да қосылу керек.

         Екінші жағынан, жоғарғы энергияның сәулеленуі жаңа материалдар жасаудағы және олардан практикаға пайдалы қасиеттерді алудағы (мысалы, қызуға тұрақтылықты жоғарылату) технологиялық процестерде немесе керекті материалды синтездеуге қолданылуы мүмкін. Осындай материалдардың алдында ала алмаған қасиеттері бар жаңа кластары жасалуы мүмкін. Кейбір кездерде материалдан оның электрлік және механикалық қасиеттерімен қатар сәулелену үшін жұтушы – экран функциясын орындау талап етіледі.

         Корпускулалық сәулеленуге жататындар: тез және баяу жүретін нейтрондар, ядролардың сынықтары, α бөлшектер және β сәулелер (әртүрлі жылдамдықты электрондар).

         Толқындық сәулеленуге γ сәулелер, қатты және жұмсақ рентген сәулелер жатады. Сәулеленудің қарқындылығы ВТ/м2  - пен өлшенеді, ал нейтрондар үшін көбінесе шапшаң немесе баяу нейтрондардың 1м2 – тан өтетін ағымының тығыздығын көрсетеді. Кейбір кезде сәулелеу процесінің сипаттамасын көрсету үшін нейтрон ағынының тығыздығының, жылдамдықты және сәулелеу уақытының көбейтуін алады. СИ – жүйесінде рентген мен  γ – сәулелерінің экспозияциялық мөлшері (дозасы) Кл/кг – мен, ал осы дозаның қуаты А/кг – мен өлшенеді. СИ – жүйесімен СГС жүйесіндегі өлшем бірлігінің қатынасы былай: 1 Кл/кг = 3870Р, мұнда «Р» - рентген, 1 А/кг= 3870Р /сек. Гамма немесе рентген сәулелерімен сәулеленген адамға шекті рұқсат етілген дозаның мөлшері 0,05 Р бір күнге, ал 6 сағат жұмыс күніне 2,3 Р/сек сәулеленудің қуаты заттың бетіне түсіп, ішіне қарай тереңдікке өткенде келесі заң бойынша азаяды:

 

                                               ,                                                         (26)

мұнда Р0 – заттың бетіндегі ауадағы дозаның қуаты;

            х – радиацияның сіңу тереңдігі,

           μ – сәулеленудің материалда әлсізденуінің эффективтік коэффициенті;

           Әлсізденудің эффективтік коэффициенті:

 

                                                      ,                                                          (27)  

          мұнда λ – сәулелену толқынының ұзындығы;

          ZМенделеев кестесіндегі элементтің номері;

          S -  тығыздық;

          К – пропорционал коэффициенті.

 

         Сонымен, материалдағы сәулеленудің жұтылуы заттың табиғатына, сапасына және сәулеленудің күшіне байланысты. Сәулелену қуатының сейілуі негізінде ионданудан, (ішкі фотоэффект), атомдардың қозуынан, комптон эффектісінен, ал өте үлкен энергияларда – ядролық өзгерістердің арқасында болады. Энергияның бір бөлімдері тізбек араларына атомдар мен иондарды шығаруға жұмсалады, бұл кезде кристалл торында ваканциялар мен деффект орталықтары пайда болады. Сәулеленудің әсерінен кейбір заттарда молекулалық өзгерістер мен химиялық реакциялардың болуы мүмкін. Ионизациялық үрдістер электрондардың ағымына лезде әкеліп соғады, тағы да химиялық байланыстарды үзіп, алмастырады және еркін радикалдардың пайда болуына себепкер. Деффект орындарда электрондар жиналады. Түрлі – түрлі химиялы реакциялар аға бастайды. Мысалы, органикалық полимерлерде газдардың шығуы, көлденең байланыстардың тууы, вулканизация, т.б. болады. Осылардың барлығы заттың мінездемелерін өзгертуі мүмкін. Егер де сәулелену ұзақ мерзімде затқа әсер етсе, сол зат бұзылып, өзінің сипаттамалары өзгермеді, төмендеді. Сәуле шығаруға төтеп беретін материалда екі қасиет болу керек:

1) Үлкен, ионданбай энергияны жұту.

2) Заттың молекулалары үзілмей, үлкен дәрежеде екі реттік байланыс түзу керек.

         Сәуле шығарудың материалдарға әсерін оның электрлік, физикалық, химиялық және механикалық мінездемелердің өзгеруінен анықтайды. Әртүрлі заттардың қорғану мінездемелерін сәуле шығарудың он есе әлсізденудің қабатымен анықтауға қолайлы, яғни заттың қабатының қалыңдығы, он өткеннен кейін сәуле шығарудың 10 есе әлсіздену сәуле шығарудың қарқындалуын 10п есе төмендетеді.

 

         6 Диэлектрлік заттар

 

Электр тоғын өткізбейтін заттар (оқшаулалар - изоляция) агрегаттың күйі бойынша 3 түрге бөлінеді: газ тәріздес, сұйық және қатты. Ерекше топқа қататын заттар жатады. Ол заттар бастапқы кезде сұйық болады да, ал дайын бұйым кезінде қатты зат болып шығады - лактар, эмальдар, компаундтар.

Қатты изоляциялық заттар химиялық табиғаты бойынша  органикалық қатты және бейорганикалық заттарға бөлінеді.

Органикалық заттардың көбісінің маңызды мынадай қасиеттері бар: майысқақтық, иілгіштік және талшықтар, таспалар, басқа да түрлі бұйымдарды жасауға келетіндігі. Бұл заттардың кемшілігі қызуға төзімділігінің төменділігі.

Бейорганикалық заттардың көбісі қызуға төзімді келеді, бірақ оларды өндіру технологиясы қиын.

 

6.1 Газ тәріздес диэлектриктер

 

Газдардың ішіндегі ең жиі кездесетін диэлектрик ол ауа, себебі ауа барлық сұйық және қатты заттармен бірге әрбір электр құрылғыларында қосымша оқшаулау болып келеді. Ауаның бір айтарлықтай кемдігі – оның электр беріктігінің төмендігінде. Сондықтан электротехникада ауадан басқа электр беріктігі үлкенірек, ішіне галогендер қосылған газдарды пайдаланады. Ол газдардың молекулаларының салмағы ауыр болғандықтан, ионизация болу үшін өрістің қуаты көбірек болу керек. Сондай газдарды  электрлік беріктігі жоғары газдар дейміз. Мысалы элегаз /SF6/ деген газдың электр беріктігі ауаға қарағанда 2,5 есе жоғары. Элегаздың сондай жоғары болғанынан оны конденсаторларда, кабельде де тағы да басқа газ тығыздығы жоғары болатын электр құрылғыларда қолданады. Электр беріктігі жоғары газдарға перфторланған көмірсутектері жатады, парфторланған дегеніміз көмірсутектерінің молекуласындағы сутегі атомдарының орнына фтордың атомдарын енгізеді, жалпы газдың құрамы СхҒу болады. Бірақта бұл газдарды түгелдей электротехникада пайдалануға болмайды, өйткені кейбір газда доғаның әсерінен құрамынан фтор шығады да, адамның денсаулығына әсер етеді.

Электр және  газ  деген  сөзді  қысқартып  элогаз  деп  атаған 1- суретте  екі  метал тұр, дискілі  электрод  екі  басы домалақтап  қайырылған  ауаның ішінде  тұр және  газдардың абсалюттік қысымы  элегазға байланысты 1 - таблицада  көрсетілгендей.

Электрлі  газ ( элегаз)  5,1  есе ауадан  ауыр  және  төменгі  температурада  қайнайды  ол  мүмкіндігінше сығылады (қалыпты  температурада) қысымы 2 МПа сұйытылмаған  жағдайда. Электірлі  газ (элогаз)  реакциясы жоқ  химиялық  жағдайы  жақсы, 8000 С  ыстықта  ыдырамайды, оны табысты  түрде  конденсаторда,  кабельде  пайдаланады.  Әсіресе элогазда  жоғарғы  қысымда  пайдаланады.

Дихлордифторметан  ССL2F -  бұны фреон  деп  атайды. (фреон – газ)  электрлі  қатты  қасиеті  бар, оның  элетрондық   қаттылық  қасиеті  элогазға  жақын  бірақ  қайнау температурасы  242,7 К ( -30,6 С)  және ол  қалыпты  температурада  сығылады, ал сығылмаған жағдайда сығылу  мөлшері  0,6 МПА. Фреон  кейбір  қатты  органикалық  электр  изоцияланған затты тоттандырады, яғни  жасаған  кезде  электрлі тоңазтқышты  есте  сақтау  керек. 

      Көптеген фторландырылған  көмірсутектер, яғни   көмірсутегіндегі  молекулалар,   молекулалардағы  барлық  атомды  сулар атомды  фторлармен  алмасады,  оның  жалпы  құрамы СхFу қалыпты  жағдайларда  мынадай  газдар  болады. ( Мысалы  СF4 ,  С2 F6,   С3 F8,  С4 F8,     С4 F10 )  немесе  сұйықтықтар (Мысалы С7 F8, С7 F11,  С8 F16 ,  С14 F24 ). Кейбір электронның мықтылығы газдың ішінде, сол сияқты сұйықтықтың булану негізі (6-10 рет)  ол электронды ауаның мықтылығына алып келеді. 12- суретін көріп отырғандай фторланған газдар мен сулардың қалыпты жағдайы электронды мықтылығы қалыпты жағдайда болуы мүмкін, сұйықтықтың электр изоляциясы электронды мықты; сол уақытта газды және сұйықтықты салыстырғанда диэлектриктермен салыстырмалы түрде қарастырады. Алдынғы парагрофтардың  нәтижесінде төменгі қаттылыққа ие болады, (ол массаның азаюына төмендеуімен апаратқа газдардың толуына алып келеді. Өте жоғарғы газды қайнауға және тоздырмауға алып келеді. Әуелі азғана ауаға қосылған элегаздың фреонның  перфтоорганикалық  газдардың электрлі мықтылығы болады, сондықтан жоғарғы кернеудегі электротехникалық құрылғыларға пайдаланады. Азғана элогаздың фреонның перфтоорганикалық газдардың ауаға қосқандағы қоспасы мықты болады.

12 сурет - Соққы  (пробивное) кернеу  (тұрақты кернеу немесе ауыспалы кернеудегі амплитудалық айырмашылығы) газдың абсалюттік қысымына байланысты 2 –түрлі,  1 – ауада, 2 – элегазда

Электр техника үшін ең қызық тудыратын сутегі. Бұл өте жеңіл газ және жақсы қасиеттермен белгілі. Оны ауаның орнына суытқыш ретінде пайдаланады. Айналатын машиналарда сутегіні пайдаланғанда электр машинасының суынуы жақсарады. Сонымен бірге ауаны сутегімен ауыстырғанда машинаның роторы газға үлкейгенде қуаттың азайғаны байқалады, бұл азаю газдың  қысымына тура пропорцианал. Ауаның кислородтың тоттану қасиеті болмаған жағдайда машинаның орамасы (обмоток) оқшауламаны тоздырмайды және машинаның ішіндегі тұйықталуды өрт қауіпін болғызбайды. Соның нәтижесінде сутегі ауасында  щөтканың жұмыс істеу қабілетінен жақсарады. Сондықтан сутегінің суыуы машинаның қуатын күшейтеді. Ірі трубогенераторлар синхрондық  конденсаторлары т.с.с. сутегіні суыуы орындалады.  Циркулляцияланған сутегінің суытуы машинадағы герматизациялауды қажет етеді. Машинаның ішінде ауа кіргізбеу үшін  (сутегі ауа мен 4тен-74% ) дейін көлеміне қарай жарылғыш қоспаға айналады – ол екеуінің қоспасын – Гремучий деп атаймыз. Машинаның ішінде ауадан да жоғары қысым пайда болады. Ептеп шыққан сутегінің орнына газ балонынан газ беріліп тұрады. Электрлік сутегінің мықтылығы басқалармен салыстырғанда 40%, ал көмір ангидридінің СО2 ауамен салыстырғандағы электірлік қаттылығы 10% төмен.    Электр вакумді құралдар және лампалар толтыру үшін инертті аргон газын, неон  т.б. сол сияқты ртуттың буын және натриді қолданады. Инертті газдардың  электірлік қаттылығы төмен. Сонымен бірге криптон және ксенон өте жылуды аз өткізетін қасиеттері бар екенін білеміз, бұл жағдай кейбір электр шамдарында пайдаланады.

Төменгі температурада ерекше пайдаланатын сұйытылған газ, гели. Ол жоғары өткізгіштерде пайдаланады. Гелидің ерекше қасиеттері бар. Басқа газдарға қарағанда оның қоюлану температурасы (4,216 ауа қысымынан). Сұйық гелидің қысымы өте төмен, судың қысымынан қалыпты температурада – 8 есе төмен. Кейбір кездерде сұйық сутегінің  қысымы одан да төмен.  Квантты механикалық  жағдайда сұйық гелиді газға ұқсас дейді, таза сұйық  деп есептемейді,  газбен теңестіреді. Сұйық гелидің диелектриктік өткізгіштігі өте аз. Газдың және сұйықтың жылу өткізгіштігі газдың жылу өткізгіштігіне қарағанда айырмашылығы 1,3. Булану жылуы төмен (криогенной)  криогендік техникада өте аз.

 

13 сурет - Ұрмалы кернеу  (жилігі  50 Гц  болғанда жұмысқа қосылады)  1 – ауада  SF6,  2 – буда  С7 F14 ,  3 – абсалютті қысымға байланысты

 

Орташа сұйық гелиді суытқанда (гелий 1) жаңа модификациялық гелиге айналады – гелий 2. Бұл ауысуды – 1937 жылы академик П. Л. Капицей ашқан, қиылысу нүктесінің шегарасы ג – өту, бұл қисық булану гелиінің диаграмасы  (3 суретті қара)  температурада ג – нүкте тең 21735 К. Гелидің 2  жұмсақтығы практикада нолге тең. Гелий 2-нің ерекше қасиетін теориялық түсінігін академик Л.Д. Ландау берді.

3 – суретте көрсетілгендей қатты гелий тек 2,5 МПа – дан төмен емес қосымда алынады.

Атомдық массасы 3 – ке тең жеңіл гелий изотобы табиғи гелийде кездеседі, атомдық массасы 4  болатын жай гелийге қатынасы милионның біріндей.

Сонымен қатар Hе3 жасанды жолмен атомды реакторларда литиден алынады. Hе4 – мен салыстырғанда жеңіл гелий төмен температурада (9,185 К ) сұйытылады.  Ол  0,001 К  температураға дейін қатты ағымды түрге ауыспайды, ал Hе3 және  Hе4 компоненттерді біріктіргенде жоғарғы ағымдылыққа ие болады.

3, Hе4 изотоптарын бөліп алу қайнау температурасының әртүрлілігіне байланысты бөлшектеу арқылы және  Hе4 жоғарғы ағымдылығын пайдалану арқылы да іске асырылады.  Hе3, Hе4  қасиеттері кейбір терең  тоңазыту жүйелерінде қолданылады.

 

14 сурет -  Гелидің фазалық диаграмасы

 

Кейде криохенді  суықагенті (хладагента) ретінде сұйық неон қолданылады, оның қайнау температурасы көміртегіден сәл ғана жоғары. Басқа инертті газдар тәрізді қайнау температурасы мен балқу температурасы арасындағы айырмашылығы көп емес : неон үшін айырмашылық Т қайнау – Т балқу  3,5 К – ға тең, ал азотқа бұл айырмашылық  14 – ке тең болса, оттегіне шамамен  36 К.

Химиялық инерттілігі неонды жарылысқа қауіпті көміртегіден артықтылығына байланысты. Бірақ неон өте қымбат: егер  1м3 азотты бірлік деп алсақ, көміртек бағасы  2, гелийдің – 80 және неонның  - 30000.

Сұйық азотты ауаны азот пен оттегіге ажыратып алуға болады, сұйық көміртегі көп көлемде өнеркәсіпте жасалады (ракета жанармайы ретінде).

Қалыпты төмен температура алу үшін қатты көмірлі ангидрид  СО2 – «құрғақ мұз».

Тағы да айтып кететіндей, газ - ол  сутегі. Үлкен турбогенераторлар мен синхронды комплексаторларды сутегін суытатын зат ретінде пайдаланады.

 

7 Сұйық диэлектриктер

 

Сұйық диэлектриктердің көлемі бар, бірақ пішімі болмайды.

Сұйық диэлектриктер 3 топқа бөлінеді:

- мұнайдан жасалынған;

- синтетикалық сұйықтар;

- өсімдік майлары.

 

7.1 Мұнайдан жасалынған майлар

 

Минералды майды, мұнайды бөлшектеп айыру әдісімен алады. Олардың химиялық құрамы мұнайдан алынған майлар көмірсутектерінің қоспасы болып табылады.

Мұнайдан май даярлау – физика-химиялық операциялардың бірнешеуінен құралған күрделі технологиялық процесс. Мұнайдан құрамында болатын оның жекелеген бөлімдері әртүрлі температурада қайнайды. Сондықтан одан вакуумда әртүрлі температурада қоздырғанда аталған бөлімдер бөлініп қалып отырады. 3000С-тан төменгі температурада  мұнайдан жеңіл өнімдер: бензин, керосин, лигроин бөлінеді. 3000С-тан жоғары температурада мазут деп аталатын қалған бөлігінен солярлы май бөлінеді. Осы солярлы майда қышқыл және сілтімен өңдеп, одан химиялық тұрақсыз қосылыстарды бөліп шығарады. Сонан соң сумен жуып, кептіріп электроизоляциялық майларды алады.

Электроизоляциялық майдың белгілеуі мен эксплуатациялық шарттарды электротехникалық қондырғыларды әрбір  жеке жағдайларда қолданған кезде оларға физика-химиялық қасиеттер қатынасында ұсынылатын талаптар да өзгешеленуі тиіс.

Мұнайдан жасалынған майлар үш топқа бөлінеді: трансформаторлық, конденсаторлық және кабельдік.

Трансформаторлық майлар күш трансформаторларында, майлы айырғыштарда, май толтырылған жоғары вольттік өткізгіштерде /ввод/, реактор, реостаттарда т.б. электр құрылғыларында пайдаланады.

Жаңа трансформаторлық майда трансформаторлар мен аппараттарға құюдан бұрын  ГОСТ – 982 – 80 талаптарына сәйкес сынақтан өткізіледі.

                               

          7.2 Трансформатор майы

 

          Трансформатор майы –түссізден қою сары түске дейін баратын сұйықтық, химиялық құрамы жағынан әр түрлі көмірсутектердің қосындысынан тұрады. Трансформаторлық майдың маңызды қасиеттері ГОСТ 982-20 стандарты бойынша нормаланады. Орташа фактикалық мәліметтер бойынша (әр түрлі тазарту әдістері кезінде) майдың кинематикалық тұтқырлығы  20   кезінде   17-18,5 мм2/с және 50  кезінде   6,5-6,7 мм2/с болады; қышқылдық саны  0,03-1г KOH /кг; бу жарқылының температурасы  135-140; суыту температурасы  -45 маңайында. Әдеттегі трансформаторлық майдың кинематикалық тұтқырлығының температуралық тәуелділігі ( 1 суретте көрсетілген, 1 қисығы). Тұтқырлықтың шектеулігі өте маңызды, себебі мүлде тұтқыр майдың трансформатор магнит-өткізгіштігі  мен орамаларындағы жоғалған жылуды әкетуі нашар. Трансформатор майы жанатын сұйықтық; энергия жүйелердің майлы шаруашылықтарында үлкен көлемде болады және үлкен от қаупі бар. Сондықтан май шаруашылықтарында өрт қауіпсіздігінің бекіткен ережелерін мұқият сақтаған жөн. Майдың өрт қауіптілігі жарқыл температурасы бойынша бағаланады. Майдың қату температурасы –қатаң суық кезінде ашық қосалқы станцияларда орналастырылатын май ажыратқыштарына құйылатын майларға маңызды параметр. Арнайы «арктикалық» майы (АМ-65 маркасы). Минус 70  қату температурасында болады. Қоршаған ортаның төмен температурасында жұмыс, тығыздығы 1Мг/мм3-тен кем емес болатын электр оқшаулағыш сұйықтардың қату температурасымен қатар, мұз қалқуының критикалық температурасы да маңызды. Бұл температурадан төмен  су қоспалары қатқан кезде пайда болған мұз кристалдары. Электр оқшаулағыш сұйықтықтарда жүзе отырып, оның электрлік беріктігін төмендетеді (басқа сөзбен айтқанда, бұл температура интервалында электр оқшаулағыш сұйықтың тығыздығы мұз тығыздығынан жоғары).

15 сурет - Трансформаторлық май (1 қисығы) мен кремний органикалық сұйықтық (2 қисығы) үшін кинематикалық тұтқырлықтың температураға тәуелділік графигі

 

1 –ПЭС  №3;   2 –ПМС   №10; 3 –  Т -750 майы;  4 –  ГОСТ  982-68 бойынша;  5 – АТМ-65 арктикалық майы;  6 –ПЭС №1.

16 сурет - Су, мұз, трансформаторлық май (3,4,5 қисықтары) және кремний органикалық сұйықтардың тығыздықтарының температураға тәуелділігі

 

Майдың электрлік беріктігі ылғалдануға аса сезімтал келетін шама. Майдағы аз мөлшердегі судың өзі оның электрлік беріктігін күрт төмендетеді. Бұл судың r –і (80-ге жуық) майдыкіне ( таза майдың r –і  2,2-ге жуық) қарағанда біршама жоғары болуымен түсіндіріледі. Эмульгирленген тамшының электрлік өріс күші әсерінен майдағы сулар өріс кернеулілігі жоғары және тесілу аймағы басталған жерге тартылады. Майдың электрлік беріктілігі одан бетер күрт төмендейді, егер онда судан талшықтары өзіне ылғалды оңай жұтса, сол кезде олардың r –і біршама өседі. Өріс күштерінің әсерінен ылғалданған талшықтар өріс күштірек жерлерге тартылып қана қоймай күш сызықтарының бағытымен орналасады, бұл майдың тесілуін жеңілдетеді.

 

         6.1 кесте- Трансформаторлық майдың электрлік беріктігінің нормасы

 

Жұмыс кедергісі болатын аппараттар үшін, кВ

                        Электрлік  беріктігі

                    U/2,5,    кВ/мм кем емес

 

           Кем емес

  

Қолданыста     орналасқан  май үшін

            

             ≤6

  35 

   110 және 220

           ≥330                                                                      

 

25

30

40

50

 

20

25

35

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«Электр станцияларды техникалық эксплуатациялау ережелеріне» сәйкес трансформаторлық майдың электрлік беріктігінің ең кіші мәні қарастырылады ( 6.1 кестені қара ). Осы «Ережелерге» сәйкес май тесілуінің үлгісін  шеттері домаланған, бір-бірінен 2,5  мм арақашықтықта орналасқан диаметрі 25 мм болатын екі дене тәрізді (дисктік) металл электродтарын майға батыру арқылы жүзеге асырады (3 суретті қара); тесілу кернеуінің мәнін 50 Гц (бір үлгінің бірнеше тізбектелген тесілуіне орташалап алынған) жиілік кезінде анықтайды. 2 кестесінде  2,5 мм арақашықтықта орналасқан электродтарға қатысты тесілу кернеулерінің (киловольтпен) мәндері көрсетілген. ПТЭ трансформатор немесе басқа аспапқа құюға арналған таза немесе құрғақ май үшін әр түрлі нормаларды қарастырады, және маймен толтырылған аспаптар кез -келген (маймен толтырылған аспаптардан сынақ  үшін май үлгілері жиі алынып тұруы қажет) қолданыс үшін орналастырылған май үшін қарастырды.

        Трансформаторлық майлардың температурадан tg тәуелділіктері полярлы емес диэлектриктерге (17 суретті қара) тән түрге ие.

        Трансформаторлық майдың тығыздығы  0,85-0,90 Мг/м3 . Оның көлемдік ұлғаюының температуралық  коэффициенті  0,0006 К-1 –ге жуық (бұл шама температура ұлғайған кезде бактан бөлінетін май бөлігінің трансформатор ұғайтқышының есептеуіне маңызды).

 

 

     

 

1 –дискті металдық электрод;   2 –қақпақ;  3 –сыналатын май. h≥15 мм арақашықтықта.

17 сурет  -Трансформатор майының тесілуін сынау үшін алынған электродты стандартты ыдыс

                                         

                                                        

18 сурет -  50 Гц жиілік кезіндегі трансформаторлық майдың температурадан        tg тәуелділігі

 

1 –қышқылдық тазарту тәсілімен алынған май; 2 –сол сияқты, бірақ адсорбентпен тазарту тәсілімен алынған.

          Қалыпты температура кезінде майдың меншікті жылу сыйымдылығы 1,5Дж/кг∙К, ал жылуөткізгіштік коэффициенті 1Вт/ (м∙К) шамасында; температура жоғарылаған кезде меншікті жылу сыйымдылықпен қатар майдың жылу өткізгіштік коэффициенті де өседі. Май өзіне батырылған орама мен трансформатор магнит өткізгіштігінің жылу жоғалтуын ауаға қарағанда  (бос конвекция кезінде)  25-30 есе күштірек бұрып әкетеді.

        Трансформаторда немесе басқа май толтырылған электрлік аспаптарда жұмыс істегенде май бірте-бірте ескіреді. Ескіргенде ол біраз қараяды, оны ластайтын өнімдер - жиі майда еритін кейде ерімейтін қышқылдар мен шайырлар пайда болады; ерімейтіндері ауыр болғандықтан бактың түбіне «тұнба» ретінде түседі және қыздырылатын детальдардың жылу бұрып әкетуін біршама нашарлатады. Майдағы пайда болған төмен молекулалық қышқылдар орама оқшауламасын бұзып, маймен жанасатын металдардың коррозиясына әкеліп соғады. Майдың ескіруі кезінде майдың тұтқырлығы мен қышқылдық саны ұлғайып оның электр оқшаулағыш қасиеттері нашарлайды. Әдетте қолданыстағы  май буларының жарқыл температурасының бірте-бірте өсуі молекуланың массасы аз көмірсутектердің булануынан болады алайда трансформаторлардағы аймақтық жылулану (сонымен қатар май ажыратқышындағы электрлік доға үзілген) кезінде крекинг (молекула үзілген кезде төмен молекулалық массалы көмірсутектер бөлінеді) пайда болуы мүмкін, ол жарқыл температурасы төмендеуіне әкеледі. Май ескіруінің жылдамдығы жоғарылайды: а) ауа кірген кезде, өйткені майдың ескіруі белгілі дәрежеде ауадағы оттегінің тотығуымен байланысты; әсіресе май озонымен жанасқанда интенсивті ескіру жүреді; б) температура жоғарылаған кезде (әдетте майдың ең жоғарғы жұмыс температурасы 55 болып саналады; в) май кейбір металдармен (мыс, темір, қорғасын) және өзге заттармен ескіру катализаторымен жанасқан кезде; г) жарықтың әсерінен; д) электрлік өріс әсер еткен кезде. Ескіру кезінде электрлік өрістегі майдың кейбір сорттары газдар бөледі; ол өте зиян, себебі газдың көпіршіктері иондалудың қайнар көзі болуы мүмкін. Электрлік өрісте ескіру кезінде газ бөлме немесе тіпті бөлінген газдарды жұтып алу қасиетін майдың газ тұрақтылығы деп атайды. Әртүрлі тектегі май ескіруге әр түрлі қасиетке ие. Шығу тегі нешетүрлі майлар ескіруге әртүрлі қабілетіне ие, сондықтан қолданысқа шығару алдында трансформаторлық  майды өте қатаң жағдайларда жедел ескіруге тәжірибеден өткізеді.

          Ескіре бастаған майдың регенерациясы, яғни одан ескіру өнімдерін алып тастау және бастапқы қасиеттерін қалпына келтіру, майды адсорбенттермен өңдеу (жоғарыда  айтылғандай, адсорбенттер тек қана суды емес, сондай-ақ басқа полярлық заттарды жұтады, майдың ескіру өнімдері полярлы емес майдағы полярлық қоспалар болып табылады ).

          Майдың белгілі бір көлемін келесі трансформаторға құюмен регенерациялауды жұмыс істеп тұрған трансформаторда үзіліссіз процесс арқылы жүргізуге болады. Бұл мақсатта трансформаторды термосифонды фильтрмен жабдықтайды (18 суретті қара). Трансформатор жұмысы кезінде май қыза отырып, өзінің тығыздығын кішірейтеді, фильтр арқылы жоғарыдан төмен қарай адсорбент арқылы өтіп, трансформатор багының төменгі бөлігіне түседі. Адсорбентті ауыстыру үшін вентильдеу көмегімен фильтрді өшіруге болады.

         Майдың ескіруін баяулату үшін басқа да шараларды қолданады. Сөйтіп, трансформатордағы май бетінде орналасқан ауа (сондай-ақ, май қорларын сақтайтын бактарда) ауа тазартқыш фильтрлер арқылы сыртқы ауамен байланысады; бұл фильтрлер силикогельмен, хлорлы кальциймен, және соған ұқсас заттармен толтырылады және ауадағы ылғалды, шаңды және химиялық белсенді заттарды жұтып алады. Жиі трансформатордың герметикалық багындағы майдың бетінде бос орынды майға ауаның қосылуын болдырмау үшін азотпен толтырады (азотты қорғаныс).

      Май толтырылған кірістердің шыны консерваторларындағы шынының сыртқы бетін майды жарықтан қорғау үшін қараңғы маймен жапқан жөн.

       Трансформаторлық майдағы басқа электр техникалық өндірісте көптеген басқа да мұнайлы электр оқшаулағыш майларды қолданады.

 

         7.3 Конденсаторлық майлар

 

         Қағаз   конденсаторларды өндіру үшін, әсіресе индуктивті фазалық ығысуды компенсациялау үшін қолданылатын күштік конденсаторларды сіңіру (пропитка) үшін қолданады. Қағаз конденсаторды сіңірту кезінде оның r –мен  қатар  Епр  де өседі; екеуі де габариттік өлшемдерді кішірейтуге мүмкіндік береді, белгіленген жұмыстық кернеу жиілік пен сыйымдылық массалар кезінде.

         Мұнайлы конденсаторлық майдың тығыздығы 0,86-0,89 Мг/м3, суу температурасы - 45  r – 2,1÷2,3 және   tg  0,0002  ( 1кГц жиілік кезінде).

         Вазелинді  конденсаторлық май тығыздығы және электрлік қасиеттері бойынша мұнайлыға жуық, бірақ біршама жоғары суу температурасына ие (минус 5Конденсаторлық майлардың электрлік беріктігі  20 МВ/м–ден аз болмайды.

         Кабельдік майларды күштік электрлік кабельдерді өндіруде қолданады; бұл кабельдердің қағаздық оқшауламасын сіңіре отырып, оның электрлік беріктігін жоғарылатады, сондай-ақ жылу жоғалтуды бұрып әкетуге көмектеседі. Кабельдік майлардың бірнеше типтері болады. Қорғасын және алюминий қаптамада болатын жұмыстық кедергісі   қаптамада болатын жұмыстық кедергісі  35 кВ болатын күштік кабельдердің оқшауламасын сіңіру үшін кинематикалық тұтқырлығы 10023 мм2/с-ден аспайтын  КМ-25 маркалы  майын қолданады, суу  температурасы 10  +220 Бұл  майдың тұтқырлығын жоғарылату үшін оған канифоль немесе синтетикалық қоюлатқыш қосады.

         Май толтырылған кабельдерде тұтқырлығы аздау майлар қолданылады. Сөйтіп, МН-4 маркалы майы 110-220 кВ кернеудегі май толтырылған кабельдер үшін қолданылады,  оларда қолданыс кезінде сіңіргіш құралдардың көмегімен 0,3-0,4 МПа болатын артық қысым ұстап тұрады.   Бұл майдың 100 3,5 мм2 –тан  артық емес, 50 10 мм2  20 40 мм2 –тан  кем емес және 0 кезінде  110 мм2 –тан  кем емес;  суу температурасы -45 –тан  жоғары емес және жарқыл температурасы  +135кем емес.

         Кернеуі 110-500 кВ-ке дейін болатын болат құбырларға қаланатын жоғары қысымды (1,5 МПа–ға дейін) май толтырылған кабельдер үшін мұқият түрде тазаланған  С-200 маркалы майы қолданылады; оның 100 11 мм2 –тан  көп емес, 502/с –тан  көп емес,  20  кезінде 800 мм2 –тан және  0 кезінде  5000 мм2 –тан  кем емес. С-200 маркалы майының қату температурасы минус 30 көп емес; жарқыл температурасы +200tg 100 кезінде) 0,003–тен көп емес; электрлік беріктігі  ( 50 Гц және  20 МВ/м –ден  көп емес.

 

7.4 Синтетикалық сұйық диэлектриктер

 

Трансформаторлық мұнай майлары өртке қауіпті қасиетке ие.

Бұл жағдайдан шығу жолы құрғақ трансформаторлар және өртенбейтін электр оқшаулағыш сұйықтарды қолдану. Оған жататындар: хлорланған дифенил (совол, совтол және басқалары), бірақ олар айтарлықтай қымбат  (200-1000 есе трансформаторлық майдан). Бұл олардың қолдануын шектейді.

Алдында көрсетілген мұнайдан шыққан трансформаторлық  және де басқа электр оқшаулы майлар біршама артықшылықтарға басым  және бұл олардың кең қолданысқа ие болуына ықпалын тигізді: олар әлдеқайда арзан болып келеді, тіпті көп мөлшерде мұнай өндіргіш зауыттарда өндіріледі, сапалы тазартудың арқасында өзіне тән полярсыз диэлектрлер секілді олардың   tgб кіші, ал электр төзімділігі айтарлықтай жоғары. Бірақ кейбір жағдайда бұл майлардың сапасы жоғары болмауы да мүмкін. Мысалы толық өрт немесе жарылыс қауіпсіздігі талап етілгенде майға толтырылған трансформаторлармен

басқа да аспаптар қолданысқа ие бола алмайды.                        

Мұнай майлардың жұмыс температурасының аралығы бір жағынан қату температурасымен шектеулігі немесе шамадан тыс тұтқырлығының көтерілуімен, ал басқа жағынан дәл осы пайдаланудағы  жылудың тез бәсеңдеуімен  салыстырмалы түрде тар болады. Мұнай майлары электр тұрғысынан тозуға да бейім.  Олардың өзіне сай қасиеттері  электр өрісінің жоғары кернеуінің әсерімен нашарлайды.

Конденсаторы қоректендіру үшін жоғары сыймдылық алу мақсатында дәл

осы габариттік мөлшердегі конденсатор Е мәні бар полярсыз мұнай  майларына қарағанда тым жоғары поляры сұйық диэлектриктерді қажет етеді. Синтетикалық сұйық диэлектриктердің бірнеше түрі бар, өзіне тән  қасиетіне байланысты мұнай электр оқшаулы майларынан басым болып  келеді. Солардың ішіндегі ең маңыздыларын қарастырайық:

 

19 сурет- 50 Гц жиіліктегі tg δ-мен температура арсындағы әр түлі тазарту

дәрежесіндегі тәуелділік

 

1 –Бірінші қолданғаннан  кейінгі совол.

2 – Екінші қолданғаннан  кейінгі совол.

3 – Адсорбентті силакгелмен тазалау.

4 –Кажетті адсорбентті глинамен тазалау.

 

 

 

7.5 Өсімдік майлары

 

Электр оқшаулағыш техникада өсімдік майлары – тұтқырлы сұйықтар, маңызды мәнге ие және оларды лак, эмаль және қатты заттарды сіңдіруде қолданылатын әртүрлі өсімдік тұқымдарынан алады (зығыр, тунг, майсананың).

           Өсімдік майлары – әртүрлі өсімдіктердің тұқымдарынан алынатын жабысқақ сұйық. Бұл майлардың ішінен қыздыру, жарық түсіру, ауа оттегімен жанасу және басқа факторлардың әсерінен қатты күйге өте алатын әсіресе кебетін майлар қажет. Кез – келген материалдың бетіне құйылған жұқа май қабығы кебеді де, жылтыр қатты астына  берік жұғатын электр оқшаулағыш қабыршақты құрайды. Майлардың кебуі сұйық бөлшегінің булануымен түсіндірілмейді, ол ауадағы біршама мөлшердегі оттегі майының жұтылуымен байланысты күрделі химиялық процесс болып табылады. Сондықтан, зығырлы және сол секілді майлардың кебуі кезінде май массасы азаймайды, тіпті біршама көбейеді. Майлар толық кебу үшін, мысалы майлы лактарды кептіру кезінде таза ауаның келуі қажет.

           Жарық түсіру кезінде, және де сиккатив деп аталатын кебудің химиялық реакция катализаторларының қатысуы кезінде, майлардың кебуінің жылдамдығы температураның жоғарылануымен көбейеді. Сиккатив ретінде қорғасын, кальций, кобальт және тағы басқалардың қосындысын пайдаланады. Осы металдарды әр түрлі қышқылдар тұздарының, оның ішінде еритін қабілеті бар түрінде майға енгізуге технологияға ыңғайлы.

          Ауыр көмірсутектерде кебетін майлардың қатайған қабыршықтары мысалы трансформаторлы майда, тіпті қыздыру кезінде де ерімейді сондықтан, тұрақты майлы болып табылады. Бірақ хош иісті көмірсутектерге, мысалы бензолға, олардың тұрақтылығы азырақ. Қыздыру кезінде қатайған қабыршық жұмсармайды.

           Химиялық табиғаты бойынша кебетін майлар глицерин мен органикалық қышқылдардың эфирі; осы заттардың  құрылымының жалпы сұлбасы

мұндағы R – майлы қышқылдың қалдығы. Егер R қалдығында көршілес көміртек  атомдарының арасында көптеген қос байланыстар бар болса, май термореактивті (кебетін) болып табылады; сонда осы байланыстардың ажырауы кезінде полимеризация процесі болуы мүмкін, яғни мұнайлы қабыршықтың қатаюы. Кебетін майлардың көп таралған түрлері зығырлы және тунг ағашынан жасалған.

            Зығырлы май алтын сары түсті, зығыр тұқымдарынан алынады. Оның тығыздығы 0,93 - 0,94 Мг/м3, ұйып қалу температурасы минус 200С шамасында.

           Тунг ағашынан жасалған майды алыс Шығыста және Кавказда өсірілетін тунг ағашының тұқымдарынан алады. Тунг ағашынан жасалған май азықтық болып табылмайды (зығыр сияқты). Тунг ағашынан жасалған майдың тығыздығы 0,94 Мг/м3, ұйып қалу температурасы – 0-ден минус 50С –қа дейін.

            Зығырлы маймен салыстырғанда тунг ағашынан жасалған май тезірек кебеді, оған қоса бетінен бастап кебетін зығырлы майға қарама – қарсы , тунг ағашынан жасалған май салыстырмалы қалың қабатта да біртекті кебеді және де зығырлы майға қарағанда одан да көп су өткізбейтін қабыршық береді. Кебетін майлар электр өндірісінде электр оқшаулағыш майлы лактарын, лак маталарын даярлау үшін, ағаштарды сіңіру және басқа да мақсаттармен қолданылады. Соңғы кездері кебетін майлардың  синтетикалық майлармен ауыстырудың негізгі ойы байқалып отыр. Өсімдік майлардың барлығы кебетін емес; олардың кейбіреулері аса баяу кебеді немесе тіпті кеппейтін болып табылады. Кеппейтін майлар сұйық диэлектриктер ретінде қолданылуы мүмкін.

            Касторлы майы майкене өсімдігінің тұқымдарынан алынады; кейде қағаз конденсаторларын сіңіру үшін пайдаланылады. Косторлы майдың тығыздығы 0,95 - 0,97 Мг/м3, ұйып қалу температурасы 10-нан 180С-қа дейін. Оның εr 200С кезінде 4,0-4,5, 900С кезінде εr – 3,5÷4,0 құрайды; tgδ 200С кезінде 0,01-0,03-ке тең, ал 1000С кезінде tgδ – 0,2-0,8; Eпр 200С кезінде 15-20 МВ/м-ке тең. Косторлы май бензинде ерімейді бірақ этил спиртінде ериді. Мұнайлы майға қарағанда косторлы қарапайым резеңкенін бөртуіне әкелмейді.

 

 

8  Қатты диэлектриктер

 

Барлық қатты диэлектриктер химиялық құрамына сәйкес 2 топқа бөлінеді: органикалық және бейорганикалық.

 

8.1 Қатты органикалық диэлектриктер

 

Органикалық полимер туралы ұғым.

Диэлектриктердің ішінде маңыздысы жоғарғы молекулалық органикалық материалдар.

Органикалық заттар деп көміртек элементтерінің басқа элементтермен қосылысын айтады. Көміртегінің әртүрлі молекулалық құрылысты химиялық қосылыстар түзетін күшті қабілеті бар. Органикалық электроизоляциялық материалдардың ең үлкен санына үлкен молекулалық  қосылыстар жатады. Электроизоляциялық техникада кіші молекулалы материалдардан жасалған синтетикалық  үлкен молекулалық материалдар. Маңызы үлкен молекулалы қосылыстар өзінің химиялық табиғатымен полимерлер болып табылады, яғни, заттар, молекулалар жиынтығы бір құрылысты атомдардан тұрады. Мономерден полимерге айналу реакциясын полимеризация деп атайды. Мономер молекуласының саны, яғни полимер. Бар молекуласын құраған санды полимеризация дәрежесі  - деп атайды. Полимеризацияға кері процесті – деполимеризация дейді.

Полимерлер сызықтық және кеңісті  болып екі топқа бөлінеді. Сызықтық полимердің молекулалары түзу тізбекті немесе тармақталған тізбекті болады, сондықтан молекуланың ұзындығының көлденең өлшеміне қатынасы өте үлкен; мысалы мыңдаған болуы мүмкін кеңістісі полимердің молекулалары кеңістікте әртүрлі бағытта біркелкі орналасқан, сондықтан формасы тұтас былайша айтқанда шар формасына ұқсас. Сызықтар бар. Сызықтық полимерлер иілгіш, созылған келеді. Олардың көбі біркелкі температураны арттырғанда жұмсарады, сонан соң ериді. Кеңістік полимерлер берік болады, ал кейде температураға шыдамай, химиялық апат болады.

Полимерлер термопластикалық және термо реактивтік болып бөлінеді (бұлар материалдар). Термопластикалық материалдар төмен температураның өзінде-ақ қатты болады, бірақ қыздырғанда олар жұмсарады да және  жеңіл деформацияланады. Теплопластикалық материалдардың ерекшелігіне оларды қыздырғанда пластикалық күйінен кері айналмайтын қасиеті пайда болмай бұрынғы қасиетін жоймайды. Термореактивтік материалдар қыздырғанда кері айналмайтын қасиеті пайда болады, яғни олар қатты күйге келеді, бұдан механикалық соққыға төзімді болады. Бұл қасиеттерге ие болумен қатар еру және жұмсару қасиетінен айырылады.

 

8.2 Полимерлердің синтездеу әдістері

 

Жоғары молекулалы қосылыстар алудың негізгі әдістері -поликонденсациялану және полимерлену реакциялары. Кіші молекулалы мономерлердің жоғары молекулалы полимерлер молекулаларына бірігуінің үш түрлі әдісін атауға болады:

1) эфирлік байланыстардың түзілуі есебінен;

;

2) қаныкпаған көмірсутектердің еселі байланысының үзілуі немесе тұйық. тізбектердің ашылуы есебінен;

3) функционалдық топтар аркылы амидтік байланыстардың түзілу есебінен

.

Поликонденсация реакцияларына, әдетте қос функциялы (бифункциялы) немесе көп функциялы мономерлер катысады. Олар бір-бірімен әрекеттескенде, қарапайым кіші молекулалы затты (көбіне суды) бөле отырып бірігеді.Мысалы, адипин қышқылының гексаметилен-диаминмен поликонденсациялануы  негізінде полиамидтік материал — найлонның алынуы:

 

.

 

Поликонденсация процесі сатылап жүреді: бір молекуладан кейін  келесісі қосыльш жалғасады. Аралық өнімдері — тұрақты қосылыстар, әрі карай процесс барысында олардын үнемі белсенділігін арттырып отыру қажет. Ол үшін көбіне температураны жоғарылатады. Сонда әрекеттесуші заттарды біртіндеп қыздырғанда молекулалық массасы да өседі.

Полимерлену реакциясы еселі (қос, үш) байланыстардың есебінен немесе тұйық тізбектердің ашылу салдарынан жүзеге асады. Мономерде реакцияға қабілетті бір топша болса жеткілікті. Полимерлену инициатордың әсерінен тізбекті процесс түрінде жүреді. Инициатор ретінде бос радикалдарға жеңіл айырылатын заттар қолданылады. Радикалдар мономер молекулаларын радикалдық түрге айналдырып, полимерленудің тізбекті реакцияларының басталуына себепші болады. Мысалы, стирол бензоил пероксидінің әсерінен полистиролға айналады.

 

Инициатордың (тізбек бастаушы) түзілуі:

 бұдан әрі  тобын деп  белгілейміз

 Тізбектің басталуы:

.

Тізбектің дамуы

.

 

Тізбекті полимерлену қопарылыстың жылдамдығындай жоғары жылдамдықпен өтеді. Оны төменгі температурада жүргізуге де болады. Полимерленудің аралық өнімдері тұрақсыз бөлшектер (біздің мысалымызда  радикалдар), сондықтан тізбектің өсу мономер түгел жұмсалып біткенше немесе тізбек үзілгенше жалғасады. Тізбек екі радикал өзара кездескенде сондай-ак радикал баска молекула әсерінен немесе ыдыс қабырғасына соқтығысып жойылған кезде үзіледі.

Полимерлену реакциясы радикалдық механизмнен басқа иондық механизммен де жүреді. Бұл кезде белсенді бөлшектер қызметін оң иондар (катионды полимерлену) немесе теріс иондар (анионды полимерлену) атқарады.

Біз жоғарыда стиролды полимерлеп полистирол алу реакциясын қарастырдық. Реакцияның жүруі өте қарапайым жөне жеңіл жүретін сияқты болып көрінеді. Шындығында полимерлену реакциясының жүруі күрделі әрі қиын процесс. Полимерлену тізбегі мен полимерлердің салыстырмалы молекулалық массасы шексіз өсе бермейді. Жоғарыда айтылғандай реакциялық қоспамен қатар өсіп келе жатқан екі тізбек өзара кезігіп, өсуі тоқтауы мүмкін, онда молекулалық массаның өсуі де тоқтайды. Полимердің молекулалық массасы — оның қасиеттерінің маңызды сипаттамасы болып табылады. Мысалы, молекулалық массасы 5000—10000 болатын кіші молекулалы полистирол өте сынғыш нәзік болады, сәл соққыдан ұнтақ болып шашылып кетеді. Ал молекулалык, массасы 50000-100000 болатын жоғары молекулалы полистирол жұқа мөлдір кабыршақ түзеді және "стирофлекс" деген атаумен электр, радиотехникада диэлектрик ретінде колданылады.

Табиғи және әртүрлі синтездік каучуктардың макро молекулалары өте иілгіш әрі серпімді болады. Олар молекуласында екі қос байланысы бар мономерлерден алынады. Оған мысал ретінде бутадиен-1,4-ті (дивинилді) полимерлеу арқылы синтездік каучук алуды қарастырайық. Реакция нәтижесінде ұзын, иілгіш, серпімді тізбектер алынады. Бутадиенді каучук полимері тізбегінің құрылысы этиленнің қатты полимерінен өзгеше болады. Бутадиен полимерленгенде көміртек атомдары арасында әлі де қолданылмаған қос байланыстар  яғни әрбір құрылымдық буында бір-бірден қос байланыс калады:

 

.

 

Бұл қалдык қос байланыстар әрі карай маңызды тәжірбиелік мәні бар реакцияларды жүргізу үшін өте кажет. Егер осындай каучукты күкірт катысында өңдесе, онда каучуктағы қос байланыстар есебінен күкірт каучуктың макро молекулалары арасында көпіршелер түзіп, көлденеңінен "тігілген" полимер алынады. Бүл процесс ягни шикі каучуктан берік және серпімді резеңке алу вулканизация (вулкандау) деп аталады:

.

Полимер тізбектерін "тігу" аркылы олардың беріктігі мен балқу температураларын жоғарылатады. Мысалы, 110—130°С-та жұмсаратын полиэтиленнің тізбегін радиация көмегімен "тіккеннен" кейін ол 150°-200°С-та ұзақ уақыт электр сымдарын оқшаулауға пайдалануға жарайтын болады.

         Полимерлерді тек көміртек атомдары арасындағы қос байланыс емес, молекуладағы кез келген кос байланыс есебінен алуға болады. Мысалы, өздеріңе белгілі формальдегид, ацетальдегид сияқты заттар да қос байланыс есебінен полимерленеді.

Қазіргі кезде бірге полимерлеу яғни сополимерлеу кең колданылады. Ол арқылы химиялык табиғаты әртүрлі молекулаларды полимерлеуге болады. Мысалы ацетиленге НС≡СН хлорсутекті НСІ қосу арқылы газ тәріздес хлорвинилді Н2С=СНС1 алып, оны полимерлеу арқылы поливинилхлоридке (—Н2С—СНС1—)n айналдырады. Ацетиленге сірке қышқылын СН3СООН қосып, винилацетат алады. Ол мөлдір серпімді винилацетат полимерін түзеді:

 

.

Егер хлор винил мен винилацетатты қосып полимерлесе жаңа
сополимер алынады:

.

Бұл сополимер мөлдірлігімен серпімділігімен жөне беріктігімен ерекшеленеді. Олар матаны, сымдарды қаптауга колданылады.

Сополимерлеу әдісі арқылы полимер материалдарынын алуан түрлерін алу мүмкіндігі ашылды. Қазіргі кезде "егу" аркылы сополимерлеу әдісі кен дамып келеді. Бұл әдісте алынған полимер тізбегінен баска заттың мономерін бүйір тізбекке өсіру (егу) жүзеге асырылады. Осы әдіс арқылы бүйір тізбектегі құрылым буындарының санын реттеп, полимерлердің қасиеттерін өзгертуге болады. Мысалы, жоғары молекулалы полиэтиленге бүйір тізбек етіп полистиролды "тіккенде", сополимердің балқу температурасы жоғарылап, жылуға әсері тұрақтанды. Көбіне бір полимерді басқа полимерге химиялык тігу аркылы полимердің беріктігін, серпімділігін арттырады. Қатты, морт қасиеті бар полистиролды каучукпен сополимерлеп, соқкыға төзімді, берік шеге қаққанда жарылып кетпейтін материал алынады. Сокқыға төзімді полистирол техникада, әсіресе тоңазытқыш жасауда кең қолданылады.

Құрамында металл органикалық қосылыстары бар жаңа жүйелер ашылғаннан кейін стерео арнайы полимерлеу белгілі болды. Катализдік жүйені пайдаланып, полимер молекуласьндағы негізгі тізбекке қарағанда бүйір топшалардың орналасуын реттейді. Төменде орынбасушылардың (X) орналасуының үш түрлі типі көрсетілген:

.

Егер орын басушылар тәртіппен орналасқан болса, стереореттелген деп аталады және бас тізбектегі орын басушылардың кеңістікте өзара калай орналасқандығымен ерекшеленеді. Оған изотактикалық  және синдиотактикалық  полимерлер жатады. Егер орынбасушылар ретсіз орналасқан болса, ондай полимерлер атактикалық  деп аталады.

Полимерлердің қасиеттері орынбасушылардың макро молекуладағы орналасу ретіне байланысты болады. Стерео реттелген полимерлер тығыз орналасқан болғандыктан, олардың балқу температуралары жоғары және кристалдануға бейім болады. Олар ыстыққа төзімді, беріктігі жоғары қабыршақтар (пленка) алу және талшықтар жасау үшін өте маңызды өнім. Мысалы, инициатор ретінде бензоил пероксидін пайдаланып алынатын полистирол атактикалык  құрылысты болады және 80оС-та балқиды. Егер полимерлеуді (изо-С4Н9)3 А1+ТіС14 катализаторын қолданып жүргізсе, изотактикалық полимер алынады. Ол 230°С-та ғана балқиды. Бұл мысалдар қазіргі кезде полимерлеу процесін бақылау мен бағыттаудың кең дамығандығын көрсетеді. Яғни берілген қажетті қасиеттері бар, анықталған құрылысты полимерлер алу әдістері табылды. Бұл өз кезегінде бағалы техникалық қасиеттері бар пластмассалар, каучуктар, талшықтар жасауға мүмкіндік берді.    

 

          8.3  Полимерлердің қасиеттері

 

Жоғары молекулалы қосылыстардың жалпы ортақ қасиеттері болады. Бірақ оны классикалық үлгідегі химия тұрғысынан түсіндіру киын.

Полимерлердің молекулалық массасы әртүрлі және құрылымының айрыкша сипаты болуына байланысты, олардың касиеттерінің кіші молекулалы заттардың қасиеттерінен айтарлыктай өзгешелігі бар. Кіші молекулалы заттар, әдетте өздеріне тән балқу, қайнау температураларымен және басқа да тұрақты шамалармен  яғни константалармен сипатталады.

Жоғары молекулалы косылыстардын бірінші ерекшелігі — мүлде жаңа орташа молекулалық масса түсінігінің болуы. Кіші молекулалы заттар қасиеттерінің тұрақты болуы, олардың молекулалық массаларының тұрактылығында. Ал жоғары молекулалы косылыстардың молекулалық массасы құрылым буындарының санына байланысты өзгеріп отырады. Осыған сәйкес касиеттері де елеулі түрде өзгереді. Ұзындықтары әртүрлі, бірақ бірдей химиялық буындардан тұратын макромолекулалар полимер гомологтар деп жоғарыда айтылды.

Жоғары молекулалы қосылыстардың молекулалық массалары үлкен болған сайын әртүрлі полимерлердің қасиеттеріндегі айырмашылыктар да азая береді, тіпті жеке зат ретінде айырмасы болмай қалады. Сондыктан полимер гомологтарды жеке химиялық зат ретінде бөлу әдісі жоқ деуге болады. Полимер гомологтардың коспасын молекулалық массалары бір-біріне жуық шамадағы фракцияларға бөліп қарастырады.

Осыдан жоғары молекулалы қосылыстардың молекулалык массасы орташа статикалык шама ретінде карастырылып орташа молекулалық масса түсінігі енгізілген. Молекулалық масса жөніндегі жаңа түсініктің мәні химиялық қосылысты сипаттауға жеткіліксіз. Себебі полимердің массасы өзгерген сайын өзіне тән физикалық қасиеттеріне орай маңызды көрсеткіштері мәнін жоғалтады. Сондай-ак орташа молекулалық масса бірдей болғанымен, полимер гомологтар қоспасындағы әрбір полимердің сандык қатынастары да қасиеттердің әртүрлі болуына апарады. Полимер гомологтар қоспасындағы жеке полимерлердің таралу мөлшерін полидисперстік дәрежесімен сипаттайды.

Жоғары молекулалы қосылыстардың молекулалык массасы өскен сайын физикалық касиеттернің өзгеруіндегі тағы бір ерекшелік  оларды қыздырғанда ерекше булану кұбылысы (ұшқыштығы) байқалмайды. Одан әрі қыздыра берсе, белгілі бір температурада термиялық айырылу процесі жүреді. Жоғары молекулалы косылыстар — мүлде ұшпайтын, газ күйіне ауыспайтын заттар.

Кіші молекулалы қосылыстар үш түрлі: газ, сұйык, қатты агрегаттық күйде бола алады, ал жоғары молекулалы қосылыстар үшін екі түрлі күй ғана белгілі — қатты және сұйық.

Полимерлерді қыздырганда болатын өзгерістер олардың кұрылым ерекшеліктеріне де байланысты болады.

Полимерлер көпшілік жағдайда ерімейді. Алайда түзу кұрылымды полимерлерді кейбір еріткіштерде аздап болса да ерітуге болады.

Бұл ерітінділер өте тұтқыр болады. Ал кеңістіктік полимерлер ерімейді. Мысалы кейбіреулері резеңке еріткіштерде тек қана ісінеді. Тармақты полимерлердің химиялық кұрамы молекулалық массалары бірдей болғанымен, сызыктық полимерлерге карағанда ерігіштігі жоғары болады. Оның себебі, сызыктық полимерлерде байланыстардың екі түрлі типі (химиялық валенттік байланыстар жөне молекулааралык химиялык байланыстар) өзара әсерлесу нәтижесінде энергетикалық сипаттамасының әртүрлі болуы, еру мен балқу мүмкіндігін анықтайды. Торлы құрылымды полимерлердің макро молекулалары арасында берік химиялық байланыс болатындықтан еріткіштерде ерімейді, тек ісінеді.

Полимердің келесі маңызды қасиеті — олар механикалық берік келеді, әсіресе кеңістіктік құрылымды полимерлер ерекше берік болады. Беріктік қасиет полимерлердің тармақталу дәрежесімен типіне байланысты. Тіпті молекула аралық байланыстар үлкейген сайын заттың қаттылығы да арта түседі, серпімділік модулі артып, салыстырмалы деформациялығы азаяды. Торлы құрылымды (кеңістіктік) полимердің қасиеттері алмаз тәрізді кристалл заттардың қасиеттеріне жақындайды. Сонымен полимерлердің беріктігіне әсер ететін факторлар қатарына молекулалқ массасы, табиғаты, макромолекулалардың бағдарлануы, құрылымдарының сипаты, тізбектерінің тігілу дәрежесі және т.б. жатады.

Қандай да бір заттың балқуы, буға айналуы немесе еріп кетуі үшін кыздыру аркылы немесе еріткіштің әсерімен оның молекулалары арасындағы өзара тартылыс күшін жеңу керек. Кіші молекулалы заттардың молекулалары арасындагы өзара тартылыс күші оңшалыкты мықты болмайды. Сондықтан олардың молекулаларын бір-бірінен ажыратып бөлу қиынға соқпайды. Ал үлкен молекулалы заттардың молекулаларының өзара әсері анағұрлым күшті, өйткені олар толып жатқан бутақтары арқылы бірін-бірі тартып тұрады. Сондықтан ондай молекулалы затты буға айналдыру немесе балқыту үшін едәуір қыздыру керек. Сонда кейбір заттардың молекулаларындағы атомдар арасындағы байланыстар үзіле бастап, зат шағылады. Ондай макромолекулаларды еріткіш молекулаларының әсері арқылы ыдырату мүмкін емес.

Сызықтық кұрылымды полимер мен кеңістіктік құрылымды полимерлердің қасиеттеріндегі айырмашылық каучук пен резеңке қасиеттерінен айқын байқалады. Сызыктық құрылымды молекулалардан құралған, вулканизацияланбаған каучук сұйық көмірсутектерде ериді және механикалык беріктігі онша жоғары болмайды. Ондай каучукты созып тартса, үзіліп кетеді. Ал сызыктық молекулалардың арасы күкірт атомдары арқылы қосылған вулканизацияланган каучук (резенке) еріткіштерде ерімей, тек ісінеді және булар едәуір берік болады.

Әдетте полимердің электр өткізгіштігі өте нашар. Олардың электрлік касиетіне оған электр өрісін бергенде көрсететін касиеттер жатады. Электрлік касиеттеріне карай полимерлер барлық денелер сиякты диэлектриктер, жартылай өткізгіштер және электр өткізгіштер болып бөлінеді.

Көптеген полюсті және полюссіз полимерлер диэлектриктерге жатады. Диэлектриктерге өте ұсақталған электр өткізгіш толтырғыштар (техникалық көміртек-графит, ұсақталған металдар) енгізілсе, электр өткізгіш материалдар алынады.

Жартылай өткізгіштерге косарланған байланысы бар және заряд тасымалы бар кешенді жүйелер жатады.

Полимерлердің электрлік қасиеттеріне электр өткізгіштік, электрлік беріктілік, диэлектрлік шығын, диэлектрлік өтімділік, электр реттік эффект, термополюссіздену жатады. Осындай касиеттеріне байланысты полимер материалдары техниканың маңызды салаларында қолданылады.

Полимерлердің жылу өткізгіштігі нашар. Жылу өткізгіштік дегеніміз — жылудың полимердің жылырақ бөлігінен суығырақ жеріне тасымалдануынан температураның теңесу процесі.

Полимерлердің қолдану аясын кеңейте түсуге мүмкіндік беретін қасиеттерінің катарына жеңілдігін, химиялық тұрақтылыгын, әсемдігін және т.б. жатқызуға болады.

Қазіргі кезеңде жобаланған қасиеттері бар синтездік полимер материалдар алу үшін ғылыми негізделген өңдеу тәсілдері қажет, яғни полимерлердің беріктігін арттыратын, морттығын төмендететін созылғыштығын жоғарылататын молекуланың қолайлы құрылымын қалыптастыру тәсілдері қажет. Полимерлердің кызмет ету мерзімін арттыру үшін оларға жылу төзімділігін, динамикалық беріктігін және т.б. негізгі қасиеттерін арттыратын арнайы қоспалар қосады.

Полимерлердің маңызы зор. Сондыктан оларды өндіру мен тиімді пайдалану — халық шаруашылығын дамытудағы негізгі бағыттардың бірі.

Қазіргі кезде қолданылып жүрген полимер бүйымдарын жалпы қасиеттері мен олардан жасалатын заттардың түріне, сондай-ақ өндіру әдісіне қарай төрт типке бөледі:

1)Конструкциялық пластиктер. Оларды көбіне пластмассалар деп
атайды Басқа полимерлерден айырмашылығы мынадай: пластиктер бөліну беріктігі 50—200 кг/см2 болатын қатты заттар.

2)Эластомерлер. Оған каучук, резеңке және осыларға ұқсас материалдар жатады. Эластомерлерге атына сәйкес жоғары (эластикалык) иілімділік, созылғыштық тән, деформациялығы қайтымды.

3)Талшықтар мен жіптер. Бұларға осы талшықтардан тоқылған маталар жатады. Бұл материалдардың қасиеттері молекулаларының үш өлшемінің қайсысын негізге алуға байланысты бір-бірінен айқын ерекшеленеді. Талшықты материалдардың беріктігі, иілімділігі, қаттылығы, кейде тіпті тығыздығы да анизотропиялық (дененің барлык немесе біркатар физикалық қасиеттері әр бағытта әр түрлі) болады. Бұл бастапқы полимердің химиялық құрылымы мен жалпы қасиеттеріне байланысты.

4) Қабыршақтар, лактар, бояулар және басқа қорғағыш әсемдегіш жабындар (пленкалар). Бұл заттарда қасиеттердің анизотропиялығы өте айқын байкалады. Лак, бояу материалдарының, олар жабатын негізбен берік байланысында — адгезияның да маңызы зор. Сондай-ак бұл типтегі материалдардың тағы бір ерекшелігі, алдын ала пішінін жасауға болмайды. Оларды қорғайтын заттың бетіне жұқа кабатпен жағып, қолма-қол пайдаланады.

 

8.4 Шайырлар

 

Шайыр – кең тараған материал. Ол органикалық қосылыстардан тұрады. Үлкен молекулалы зат смола лактардың, пампундтардың, пластикалық массалардың, пленкалардың, жасанды және синтетикалық талшықты материалдың негізгі құрамы ретінде кең қолданылады. Шайыр  шығу тегінен табиғи, жасанды, синтетикалық болып бөлінеді. Табиғи смолалар жануар организмінде /шеллактар/ және өсімдіктерде /канифоль, янтарь/ кездеседі. Жасанды смолаларды табиғи полимерден химиялық өңдеу жолынан алады, ол целлюлоза энергетикада ең кең тараған эфирлі целлюлоза электроизоляцияда ең маңыздысы синтетикалық смолалар. Электротехникада кең қолданылатын, полимеризациялық диэлектриктерге полистирал, полиэтилен, поливинин хлорид және басқалар жатады.

Полистирол – қатты, мөлдір, жоғарғы электроизоляциялық қасиеті бар материал. Полистиролды /-С8Н8-/п сұйық зат стиролдан С8Н8 полимеризация реакциясының нәтижесінен алады. Полистиролдың қасиеті әртүрлі заттар: катушканың каркастары, изоляциялық панельдері, электро өлшеуіш приборлардың қораптары т.б. заттарды алуға мүмкіндік береді. Полиэтилен – қатты, ашық сұр түсті, аздаған майлы, сөлдір материал. Электро изоляциялық қасиетті және  төзімділігі полистирол сияқты жоғарғы дәрежеде полиэтиленде этилен газынан алады /Н8С=СН2/. Полистиролдан полиэтиленнің айырмашылығы ол иілгіш жоғарғы жиілікті кабельдерді және қоршағыш шлангтер жасауға тиімді.

Ең қатты полиэтиленнен иілмейтін электроизоляциялық заттар жасайды. Катушканың каркасы, панельдер тағы басқа.

Поливинилхлорид – қатты зат газ тәрізді мономер – винилхлоридтің полимеризациясынан алған ыстыққа сығылып қайнатылған массаның ұнтақ тәрізді пловиншхлоридтен қатты термопластикалық материал – винопласт, қаңылтыр сияқты бет, пластина, түтік стерженьдер түрінде алады. Винопластан алынған заттарды механикалық өңдеуге болады /қайрауға, фрезермен өңдеуге және жеңіл пісіріледі. Поливинилхлоридтан аккумулятор ыдыстарын және әртүрлі электроизоляциялық детальдар соққыға төзімді заттар алынады. Органикалық шыны-полиметилметакрилат-полимерметильді эфирлі метакрил қышқылы термопластикалық қасиеті бар материал. Бұл мөлдір смола әртүрлі түске жеңіл боялады – оргстекло конструкциялық материал ретінде кең қолданылады. Оның қасиеті – электрлік доғаның салдарынан көп мөлшерде газ бөледі /СО, Н2, СО2/ газ материалға доға өшіру қасиетін береді, сондықтан органикалық шыны жоғарғы кернеуді разрядтағыш ретінде қолданылады, пайда болған доғаны тез арада өшіру үшін  қазіргі кезде әртүрлі синтетикалық смола электротехникада қолданылады. Олар полииденсациялық органикалық; новоолактар, глифталдық, эпоксидті смолалар, полиакрилаттар, фторорганикалық полимерлер, полимидтер.

 

Кейбір химиялық табиғи қосындылардың ұқсастығымен және кейбір ортақ физикалық қасиеттерімен сипатталатын кең материалдар тобының ғылыми атауы қажеттілігінше қатаң болғанымен, шайыр практикада қолданылады. Қажеттілігінше төменгі температурада шайыр – аморфты, стекло тәріздес, өте сынғыш масса. Қыздырған кезде шайыр жұмсарып  біртіндеп сұйық күйге айналады. Электризоляциялық техникада қолданыталатын шайырдың басым бөлігі суда еритін және аз гигроскопиялық болып келеді, бірақ химиялық табиғаты жағынан жақын органикалық ерітінділерде ериді. Әдетте шайыр жабыстырғыш қасиеттке ие болғандықтан сұйық күйден қатты күйге өткен кезде шайыр өзіне тиіп тұрған қатты денелермен берік жабысып қалады.

Шайыр лактардың, компаундардың, пластиналық масса, пленкпа, жасанды және синтетикалық волокондық материалдардың және тағы сол сияқты материалдардың ең маңызды құрамдас бөлігі ретінде кең қолданыс тапты.

Табиғи шайыр тіршілік иелерінде – жануар организмдер (мысалы, шеллак) немесе смолонсов өсімдігі (конифель) ретінде, оларды дайын күйде алады. Салыстырмалы түрде өте жеңіл тазарту операциялардан, яғни балқыту тағы басқа  өткізгеннен соң алады. Сонымен қатар бұған смолонсов ағаштарының жерде қалып қойған қалдықтары – шайыр қазбалары да (копол) жатады.

 

Синтетикалық шайыр.

Полиолефиндар.

Қарапайым олефин, яғни этилен малекуласындағы Н2С=СН2 немесе С2Н2 бір 2 байланысы бар С=С қанықпаған көміртегі, қалыпты температурада газ күйінде болатын зат. Этилен мұнай өнімдермен кең масштабта өндіріліп алынады.

Этилен полимер малекуласы полиэтиленнің қатты зат күшіндегі идеалды құрылым формуласы мына тізбек күйінде болады

Бірақ малекулалардың құрылысы бұдан да қиын болып келеді: малекулулар тізбегінде, аз болса да, екі жақтық тармақтар болады ( - СН3, -С3Н5 және бұдан да күрделі группалар); тізбектерде, тармақтарда да екі байланыс болады, төменгі қысымды полиэтилен өнімдерінде корбондық группалардың құрамында >C=0 оттегі қатынасады.

Ұзақ уақыт бойы полиэтилен алудың жалғыз тәсілі этиленнің өте жоғары қысым (300 МПа дейін) температурада (2000 C шамасындда) полимеризациялау болды; бұл жағдайда реакция инициаторы реакторға аз мөлшерде  енгізілетін оттегі болып табылады. Алынған материал жоғарғы қысымды полиэтилен деп аталады. Бұның нәтижесінде төменгі қысымды полиэтилен өндірісі пайда болады;  полимеризация кезінде қысымы бар болғаны 0,3 – 0,6 МПа, температурасы 800 С шамасында, катализаторы TiCl4 мен алюминийдің органикалық қосындысының бірімен аралсқан: (С2Н5)2AlCl, C2H2AlCl2, Al(C2H5)3 немесе Al(C4H9)3. Сонымен қатар орташа қысымды полиэтиленнін дайындауға мүмкіндік бар:  қысымы 3-7 МПа, температурасы 160-тан 275-ке дейін, полимеризация катализаторы – хром оксиды CrO3 немесе молибден МоО3.

 Жоғарғы қысымды полиэтилен салыстырмалы түрде тығыздығы (0.92 – 0.93 Мг/м3  және балқыту температурасы (105 – 1100 С ) төмен болады, оның малекулярлық  массасы  18000 – 35000. Жоғағы қысым мен температурадағы полимеризация режимі малекулярлық массасы өте аз өнім алып келеді, сонымен қатар орналасуы реттелген тізбектердің материал участкілерінің қалыптасуын қиындататын жанынан тармақтардың пайда болуына алып келеді. Жоғарғы қысымды полиэтилен басты малекула тізбегінде әрбір көміртегі атомы үшін 35-40 жандық тармақтары бар, ал төменгі қысымды полиэтиленде  бар  болғаны  әрбір 1000  көміртегі  С атомы  үшін 3–5 жандық тармақ. Төменгі қысымды полиэтилен және жоғарғы қысымды полиэтиленнің кристалдық фаза құрамы 55 – 60 %  және 80 -90 % сәйкес келеді (қалғаны аморфтық фаза). Төменгі қысымды полиэтиленнің тығыздығы (0.94 – 0.96 Мг/м3) және малекулярлық массасы жоғарырақ болып келеді және жоғарғы қысымды полиэтиленнен жоғарғы балқу температурасымен, сонымен қатар жоғарғы кристалдық дәрежесімен түсіндірілетін – созған кезде өзінің беріктігі мен созылмалығымен ерекшеленеді. Орташа қысымды полиэтиленнің тығыздығы 0.96 – 0.97 Мг/м3,  ал балқу температурасы 127 – 1300 С болып келеді, оның кристалдану дәрежесі 93 % дейін жете алуы.

Созған кездегі шектік беріктігінің мысал мәндері: Жоғарғы қысымды полиэтилен үшін 7 – 14, төменгі қысымды полиэтилен үшін 20 – 23, орташа қысымды полиэтилен үшін 27 – 33 МПа. Егер төменгі қысымды полиэтелен және орташа қысымды полиэтилен  катализатор іздерінен және басқа да араластырғыштардан жақсы тазартылған болса өздерінің электроизоляциялық қасиеттері бойынша жоғарғы қысымды полиэтиленге жол бермейді. Орташа қысымды полиэтиленнің басқа полиэтилен типтерімен салыстырғандағы ерекше қасиеттерінің бірі оның  өте аз мөлшерде газ өткізгіштігі. Әр түрлі полиэтилен типтерін жоғарыда айтылған әр типтің өзінің қасиеттеріне байланысты кабельдері изоляциялауға кең түрде қолданады.  (радиожиілікті және телефон кабелдер т.б.)

Жоғарғы қысымды полиэтилен өнеркәсіп бұйымдарына өндіру технологиясы полиэтиленнің басқа типтерін өндіру технологиясы әлдеқайда оңай екенін есте сақтаған жөн.

Қысқа уақытты қыздыру кезінде полиэтиленнің қызу беріктігі механикалық беріктігінің тез арада төмендеуімен шектеледі, ал ұзақ уақыт бойы жоғары температураның әсер етуінен ауамен әсерлесуіне қолайлы жағдайда тотығады, әсіресе бір уақытта жарықтандырылса. Материал құрамына тотықсыздандырғыштың енгізу арқылы полиэтиленнің жылулық ескіру процесін бәсеңдетуге болады. Құрамына құрымның енгізу әсерінен полиэтиленнің жарық әсерінен ескіруі әлсірейді, алайда полиэтилен төмендетілген құрымы бар, сол себепті , төмендетілген электризоляциянын қасиетке ие және электрлік изоляцияда емес кабельдік бұйымдардың қорғаныс қабықтары ретінде қолданылады.

Полиэтиленге (және тағы басқа полимерлі материалдарға) порофорды, яғни, қыздырылған кезде  газ боліп ыдырай алатын заттекті енгізген кезде, газ кеуестері бүкіл материал қалыңдығынды біркелкі таралатын кеуесті материал алуға мүмкіндік береді.

Радиожиіліктік электрлік изоляцияда өте қажетті болып табылатын өте аз көлемдегі массасыф мен (0.4 – 0.5 мг/м шамасында) сәйкесінше өте аз диэлектірлік өтімдәләкке ие.

1200 С ыдырап, азот газын бөліп шығаратын, кеуекті полиэтилен алуда кең қолданыс тапқан порофоромның бірі азодинитрилды изомайлы қышқылды болып табылады:

                   .

 

Полиэтиленнің қызу беріктігінің жоғарлату үшін оны иондармен қанықтырғыш сәулемен әсер етуге болады (мысалы, электрондар ағынын электрондар үдеткіштен немесе радиоактивті кобальт изотробынан СО60);  Бұл жағдайда екі байланыстың бар болуының  арқасында полиэтилен малекулаларының тізбектері бөлшектеп құрастырылады, яғни, кеңестік структурасы қалыптасады. 2000 – қа дейін аз уақыт қыздылылған сәулелендірілген полиэтилен,  формасын сақтап қалуға жеткілікті, 1Мпа шамасында өзінің механикалық беріктігін әлі де сақтайды. Жылулық құрылысымен шектелген, полиэтиленнің ұзақ қызу беріктігі, сәулелендірілген жоғарғы қысымды полиэтилен шамамен 1050  С, ал сәулелендірілген төменгі қысымды полиэтилен үшін одан да жоғары бағалануы мүмкін.   Салыстырмалы түрде, айта кететініміз қарапайым сәулелендірілген полиэтиленнің қызу беріктігі  900С жоғары емес. Сәулеленген полиэтилен сәулелендірілмеген полиэтиленге қарағанда қаттылау болып келетіндіктен және форматтау қиынға соғатындықтан, сәулеленуге форматталған өндіріс бұйымдары жіберіледі; мысалы, полиэтилен пленкасы немесе үздіксіз құрастыру процесіне арналған полиэтиленмен изоляцияланған кабельді бұйым белгілі бір жылдамдықпен сәулелендіру электрондар арқылы өткізе алады.

Деформацияланған түрде сәулеленген полиэтилен (және тағы да басқа полимерлер) қатты емес қыздырған кездегі өзінің сәулелендірмеген кездегі болған формасы мен размерін қайта қалпына келтіру қасиетіне ие. Бұл құбылыс термоусадко деп аталады және электроизоляциялық трубкаларда, муфталарда, орағыштардың герметикалық қабықтарында сәтті қолданыс тапты. Мұндай бұйымдар монтаждан кейін және келесі қыздырғаннан кейін көрінерлік береді да изоляция ішінде орналасқан өткізгіштерді қатты қысып тастайды. Полиэтилендік пленкамен сәулелендірілген бірнеше қабаттан тұратын орағыш  термоусадкадан кейін бөлек қабаттарының бір бірімен бірігуінің әсерінен  монолиттік болып кетеді.

Сәулелендіруден басқа материалға органикалық пероксид қосу нәтижесінде кеңестік құрылысты таза химиялық тәсілімен алуға болады, әдетте дикумил пероксиды

 

                                  

Жоғар температура әсер еткен кезде пероксид малекулалары полиэтилен малекулаларынан сутек атомдары жұлынып, бос радикалдарға бөлінеді. Полиэтиленнің химиялық құрылысы әдетте жоғары өндірістік агрегаттардың үздіксіз әсер ету нәтижесінде  пайда болады, бұл процесс сәулелендіруге қарағанда арзан әрі технологиялық ыңғайлы болып келеді.

    Гомологиялық тізімдегі олифиндердің этиленнен кейінгі өкілі - пропилен Н С = CH - CH . Пропилен - осы мономердің полимерінің структуралық формуласы

                                       

Пропилен тығыздығы 0.90 - 0.91 Мг /м және өте майысқақ болып келеді (500 - 700 % проценке созған кездегі), оның балқу температурасы өте жоғары - 160-170 C. Ұзақ  105C қыздыру нәтижесінде де оны балқу күйіне жеткізуге болады. Полипропилен мен полиэтиленнің электроизоляциялық қасиеттері бірдей болып келеді. Полипропиленнің ең жақсы қолданыс тапқан жері - оралған силовой конденсаторлардың диэлектрігі.

    Изобутилен полимері - Н С = C(СН ) - полиизобутилен - малекула құрылысы

                                

 

Жоғары малекулалы (малекулалық массасы 400 000 ға дейін) полиизобутилен - каучук тәріздес жабысқақ қасиеті бар заттек. Ол өзінің салқындық тұрақтылығымен ерекшеленеді (минус 80 C өзінің майысқақтығын сақтай алады). Изобутилен тығыздығы 0.91 - 0.93 Мг/м; химиялық беріктігі жағынан ол полиэтилен мен полипропиленге жақын.  Қаттылығын өсіру мақсатында полиизобутиленді басқа полимерлермен араластырады, мысалы полиэтиленмен, немесе полиизобутиленге толықтырғыштар енгізеді. Полиизобутилен сұйықтықты өткізу дәрежесі  басқаларға қарағанда өте төмен.

Полистрол. Стиролды полимерлеу арқылы алынады; ол өз кезегінде синтез жолымен алынады. Оның кемшілігі  төмен температурада өте сынғыш болып келуі, ыдыратқыштарға икемділігі нашарлығы, қызу беріктігінің нашарлығы. Полистролдың химиялық, суға төзімділігі мен диэлектрлік қасиеттері жоғары, мөлдір түсті өңдеудің барлық әдістермен оңай өңделетін пластмасса. Полистролдан пенаполистрол жасалады.

Жоғарыда қарастырылған полимерлер таза көмірсутек құрамды – полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, полистрол – полярлы емес диэлектрик болып табылады. Бұлардың электризоляциялық қасиетінің жоғары болуы да осыдан. Этиленнен туындайтын кейбір полимерлерді қарастырайық: поливинилхлорид, полинивиловый спирт, полиакрилаттар.

Поливинхлорид – газ тәріздес мономер – хлорлы винилдердің полимерленуінен пайда болатын қатты өнім Н2C = CH – Cl.

Малекуласында бір атомды этилен түрінде танимыз.  Поливинхлоридтің структуралық формуласы:

 

Поливинхлорид құрылысының асимметриялық болуының әсерінен полярлы диэлектрик болып табылады және полярлы емес диэлектриктерге қарағанда төмендетілген қасиеттерге ие. Ылғалдылық поливинихлоридтің меншікті кедергісіне аз әсерін тигізеді (ауаның 90 % ылғалдылығы кеінде де ρ 5·1013  Ом· м жоғары), бірақ  ρs –қа айтарлықтай әсерін тигізеді. Поливинхлорид су,  аралыстырылған қышқыл, май, бензин және спирт әсеріне берік болып келеді. Техникада және тұрмыста пластикалық масса және резина тәріздес өнімдер дайындау үшін,  көбінесе проводтарды изоляциялуға, кабельдердің сақтандырғыш қабықтарын және тағы сондай сияқты өнімдерді дайындау үшін қолданылады.

Поливинилхлоридтің майысқақтығын және суыққа төзімділігін арттыру мақстында оған қиын буланатын органикалық сұйықтық – пластификаторларды жиі қосады. Әдетте бұл материалдың электроизоляциялық қасиетін одан әрі төмендетеді.

Шеллак (ТУ 84-226-76) кейбір тропикалық жәндіктер мен өсімдіктердің шайырлы бөлінунен қалыптасатын гуммилакты тазарту барысында алынатын шайыр. Этил спиртінде ыдырайды. Слюда өнімдер өндірісінде спирттык ыдыратқыш ретінде қолданады.

 

Шеллактың негізгі қасиеттері:

Түсі..................................................................... ашық лимон түсінен қою қоңырға дейін

Тығыздығы........................................................1050 – 1090

Балқу температурасы........................................80 – 85

Құрамындығы шеллак шайыры бар…………83 – 86

Құрамында шеллак воскісі бар………………3 – 6

 

Канифоль (ГОСТ 19113-73) ағаш шайырларынан алады. Стекло тәріздес сынғыш болып келетін масса. Канифоль үш түрлі сортта шығарылады: жоғарғы, бірінші және екінші. Электроизоляциялық техникада канифольді шайыр, лак, компаунд өндірісінде қолданады.

 

Канифолдың негізгі қасиеттері:

Канифоль сорты

жоғарғы          бірінші          екінші

Жұмсару температурасы  …………………..     69                    68                  66

(Кремер-Сарнов бойынша)

Қышқылдық саны...........................................    169                   168                166

(Мг КОН 1 г)

Ылғалдылығы, %……………………………     0.2                   0.2                  0.2

 

Глифталевтік шайыр (ТУ 6-503.064-76, код ОКП 22263102000) № 1350 – термореактивтік шайыр, фталевтік ангидридтің глицеринмен конденсациялау нәтижесінде алынады. Сырт көрінісі бойынша – қатты, сынғыш, жылтыр тегіс бетке ие. Түсі ақшыл сарыдан қою қоңырға дейін. Этил спирті мен бензол қосылыстарында ыдырайды. Маканиттер дайындауда қолданады. Қолданыс аясына қарай 4 топқа бөлінеді: 1,2,2а және 3.

 

Глифталдық шайырдың негізгі қасиеттері:

Шайыр топтары

                                                                           1           2           2а           3

Шайырдың жұмсару температурасы.................. 80-85     86-90    91-103  104- ∞

(Кремер – Сарнов бойынша)

Бензол-спиртті қосылыста ыдырау ……………    97          94          80          40

Көрсеткіші (1:1), %

 

Крезольді – формальдегидті шайыр (ТУ ПБ-5-15-70) – трикрезолдың формальдегидпенаммиактың қатысуымен конденсациялаған кезде алынатын өнім. Сырт көрінісі бойынша – қатты, сынғыш, жылтыр тегіс бетке ие. Түсі ақшыл сарыдан қою қоңырға дейін. Этил спиртінде ыдырайды. Изоляциялық қағаздарды лактауға және текстолит пен гетинакс дайындауда қолданыс тапты.

Э-20 шайыры (ТУ 6-10-12-21-77, код ОКП 22251220101, 2225120102) дефенилолпропан мен эпихлоргидриннің сілтілік ортада конденсацияланған өнімі. Лак,  эмаль дайындауға арналған.

Э-20 шайырының негізгі қасиеттері

Құрамындағы гидроксиль группасының мөлшері..................................4,5 – 6,0

Құрамындағы эпоксид группасының мөлшері…………………………4,3 – 5,5

Суда ерігіш хлордың мөлшері..................................................................0,01

Жалпы хлордың мөлшері..........................................................................0,3

«кольца и шара» тәсілі бойынша балқу температурасы........................80 – 96

Иодиметрия шкаласы бойынша түсі........................................................7

    

Поливидті спирт, малекуласының құрылымдық формуласы

 

                                     

ванильный спирттің гипотетический полмері ретінде қарастырыла алады    Н С = CH - OH. Полярлық қасиеті жоғары болғандықтан , tgб жоғары болуынан және суда ерігіштігінен поливилдік спирт электрлік изоляцияда қолданыс тапқан жоқ деуге болады.

Фенопластар фенол мен формальдегид шайырлары негізінде жасалады. Бұл шайырды фенол (карбол қышқылы) мен формальгедитті поликонденсациялау арқылы алады. Фенол мен формальдегиттің өзара қатынасын өзгерту арқылы термопластикалық немесе термореактивті шайыр алуға болады. Мысалы, қоспада фенол көп болып, қышқыл катализатор қолданылса  (тұз қышқылы), новолк деп аталатын термопластикалық шайыр алынады. Егер фенол мен  формальдегид мөлшері тең немесе соңғы құраушы мөлшері  артық болса, онда сілтілі  катализатордың (аммиак, күйдіргіш натрий) қатынасуымен алынған шайыр (бакелит) термореактивті болады. Бакелит шайыры  5730  K (3000 C) температурада күйіп, көмірге айналады.

Фенопластардың беріктік, отқа төзімділігі мен қышқыл, сілті, органикалық еріткіштерге төзімділігі, диэлектрлік қасиеттері жоғары.

Фенол формальдегтид шайырларына әр түрлі толықтырғыштар қосу арқылы престелген, ұнтақ, талщықты қабатты пресматериалдар жасалады.

Қабатты пресматериалдар мата, картон, қағаз сияқты толықтырғыштарға термореактивті шайырдың спирттегі ерітіндісін сіңіріп, оларды престеу арқылы жасалады.

Анилинопластар анилиннің формальдегидпен поликонденсациялану нәтижесінде пайда болған шайырлар негізінде жасалады. Әдетте, амин шайырларының механикалық қасиеттері жоғары болғандықтан оларға толықтырғыш заттар қоспай ақ пластмасса жасайды.

Полиэфир шайырлары қос негізді органикалық қышқылдардың қос немесе көп атомды спирттер мен поликонденсациялау негізінде алынады. Бұл шайырға толықтырғыш ретінде шыны талшықтары мен шыны маталарын қосу арқылышыны пластиктер жасайды.

Полиэфир шайырыалкидты, талшық түзгіш, қанықпаған полиэфир шайырлары болып үш түрге бөлңнеді. Алкид тобынажататын шайырлардан тез кебетін лактар жасалады.

Талшық түзгіш полиэфирлі шайырлар (лавсан) берік, серпімді, қышқыл ортаға төзімді және 4230 К температураға дейін қасиеттерін өзгертпейді. Бұл шайырлардан транспортер лентасы, автомобиль дөңгелнгінің корды, шланг және т.б.  заттар жасалады.  Қанықпаған полиэфирлер – тұтқыр сұйық ерітінді. Бұл ерітінді қалыпты жағдайда қосалқы зат бөлмей қатты күйге айналатындықтан, автомобиль кузовын немесе корпусын жасау үшін қолданылады. Қанықпаған полиэфир шайырларын темір, болат сияқты берік заттармен қаңқалап (армировать) механикалық қасиеті жоғары конструкциялық материал жасауға болады.

Эпоксид шайырлары эпохлоргидринды дифенилолпропиленмен конденсациялау арқылы алынады. Бұл шайырдың механикалық, электрлік, физикалық қасиеттері жоғары болғандықтан, техникада желім жиі қолданылады. Эпоксид шайырлары  құрамына байланысты сұйық және қатты күйде болады. Бұл шайыр ағаш, шыны, металды желімдеу, темірдің бетін тотықтырмау үшін қолданылады. Қаңқаланған эпоксид шайырының штамптың матрицасы мен пуансон, құю өндірісінде құйманың үлгісі мен қалыптың жәшігін жасайды.

Полиамид шайырларынан капрон, нейлон, перлон талшықтарын жасайды. Полиамидтің балқу температурасы 488 – 5530 K. Бұл шайырдан матамен қатар подшипник, шарикоподшипник сеператоры, жылдамдық қорабының дыбыссыз айналатын тісті дөңгелектері сияқты техниканың детальдар мен қазнақты қосылыстар жасалады.

Полиамид шайырларының, беріктік  үйкеліске беріктік касиеттерін арттыру  үшін оларды термиялык өңдеуден өткізеді. Бұлшайырды электр бірі өкізгіштерінің бетіне ерітіп жағу аркылы өткізгіштер, ерітіп құю аркылы арқан жасайды. Полиамид талшығының созуға беріктік шегі 784кн/м2(80кг/мм2).

Полиуретан шайырлары  суға төзімді, мөлдір болады. Бұл шайырлардың термопластикалы  және термореактивті түрлері болады. Полиуретан негізінде алынған пластмассалардың бірі паралон жұмсақ ішкі жағы қуыс болып келген пласмасса. Бұл пласмассадан өте серпімді детальдар мен лак, желім жасалады.

Кремний органиалық шайырлар, кремний органикалық қосылыстарды гидролиздеу, полимердеу, конденсациялау жолдарымен алынады. Бұл шайырлардан майлау майы, лак сияқты отқа төзімді заттар жасалады.

Полиэтилен – химиялық тұрақтылығы жоғары, суыққа төзімді тамаша диэлектрик, жылуға төзімділігі (4130 К-қайін) мен беріктігі төмен (11,76-44,1Мн/м2 ).  Полиэтилениен түтік, лента, жұқа пленка жасалады.

Полипропилен –ақ түсті ұнтақ пластмасса. Бұл заттан газ өткізбейтін пленка мен синтетикалық талшықтар жасайды.

Полистрол-стиролды  полимерлеу аркылы алынады. Сиеттері жоғары, мөлдір түсті өңдеудің барлық әдістерімен оңай өңделінеті пластмасса. Полистролдан пенаполистрол жасалады.

Полимерлер шайыры негізінде әр түрлі  заттарды бір-біріне желімдеуге арналған БФ-2, БФ-4, БФ-6 маркалы желімдер жасалады БФ-2. БФ-4 маркалы желімдер шыны, форфор, пластмасса, металл, ал БФ-6  маркалы желім матаны желімдеуге арналған. Металдарды ПУ-2, ВС-10Т маркалы желімдеменде желімдейді.

 

8.5 Электроизоляциялық лак және компаунд

 

Лактар колландты ерітінділерінен тұратын әртүрлі пленка тәрізді таңдап алынған органикалық еріткіштердегі заттар. Пленка жасаушы еріткішті буландырып, оны қату процесінен /полимеризация/ өткізіп, қайта пленка өзінен пленка жасайтын қасиеті бар затты айтады. Пленка жасаушыларға: смола, өсімдік майы, эфир, целлюлоза т.б. Еріткіштер ретінде тез ұшқыш сұйықтарды қолданады, бензол, толуол, спирт, ацетон, скипидар т.б.. Лак құрамына тағы да енетін заттар пластификаторлар, сиккативтер.

Пластификаторлар – лак пленкасына созылғыштық қасиет беретін зат, оған жататындар: майсана /кастровое/ майы, қою қышқылды зығыр майы т.б.. Сиккативтер – сұйық  және  қатты олар лактың құрамына лак тез кебу үшін қолданады. Электроизоляциялық  лактар атқаратын қызметіне қарай: сіңіру лак, қорғағыш лак, жабысқақ лак болып бөлінеді. Сіңіру лактары двигательдердің обмоткасын оның сымдарының арасына изоляция жасау үшін, оларды өңдеу үшін қолданады. Олар электрлік және изоляциялық қасиеттерін жоғарылатады.

Қорғағыш лактар сіңіру лактарының үстінен боялады, майға төзімділігін ылғалға арттыру үшін қолданады. Кептіру әдісіне қарай лактар екіге бөлінеді: ауа арқылы (орташа температурада қатады, пеш арқылы 1000С температурасында қатады). Лактар негізіне қарай бөлінеді: смолалы, майлы, майлы – битумді және эфироциллюлозалы.

Компаунд – электроизоляциялық құрамы бірнеше заттардан жасалған, құрамында тез ұшқыш еріткіштері жоқ зат, яғни кампундтың қуаттылығын арттырады. Кампаундты қолданған кезде, ол сұйық күйде болады, бірте-бірте қатаяды. Кампаундтар атқаратын қызметіне қарай: сіңіру кампаунд, құюға арналған кампаунд, жағуға арналған кампаунд, сіңіру кампаунд электр машиналарын және аппаратураны трансформатор корпусына құю үшін қолданылады. Жағуға арналған кампаунд электр машинасының обмоткасының беткі бөлшектерін жағуға арналған. Ол ылғалдылығынан, майдан қорғайды. Өнеркәсіпте ең ерте шығарылған кампаунд битум болып табылады.

Кабельдер саласында маңыздысы – кабельді кампаундтар сіңірілген кабель массалар құюға арналған кабель массалары. Қазіргі кезде кең тараған эноксидті колиэфирлі кампаундтар.

  

    Лактар

 

    Лактар - бұл ұшқыш ерткіштердегі лактың негізін құрайтын компаундты шайырлар, битумдар, кебетін майлардан тұратын құрам. Лактарды кептірген кезде оның ерткіш құрамы ұшып кетеді, ал лактың негізі қатты күйге ауысады. Бұл кезде лактық қабат пайда болады. Электр оқшаулағыш лактарды қолдануы бойынша үш топқа бөледі: сіңдірілмелі, жабындаушы және желімдеуші лактар.

Сіңдірілмелі лактар талшықты оқшауламаларға (қағаз, картон, мата, электр машиналарының оқшаулағыш орамдары және аппараттары) сіңдіріледі. Лакпен сіңдірілген оқшауламаның ауа саңылаулары сіңген лакпен толтырылғандықтан жоғары электрлік беріктікпен және жылу өткізгіштікке ие болады (ауамен салыстырғанда). Нәтижесінде сіңдірілмелі оқшаулама лактары оқшауламаға мынандай қасиеттерін жоғарылатады. Олар: ойып тесілу кернеуі және жылу өткізгіштік, ал керісінше героскоптық қасиеті төмендейді және механикалық қасиеті жоғарылайды. Талшықты оқшаулама лакпен сіңдірілгеннен кейін ауамен тотығу әсері азайғандықтан оның жылуға төзімділігі жоғарылайды.

 Жабындаушы лактар қатты оқшаулама бетінде механикалық берік, тегіс, жылтыр, сұйыққа төзіміді қабаттардың пайда болуын қамтамасыз етеді. Мұндай қабат оқшауламаның беттік кернеу разрядын және беттік кедергісін арттырады, сонымен қатар лакталған бұйымды ылғалдан еріткіштермен химиялық активті заттардан және бұйымның сыртын әр түрлі ластықтардан сақтайды. Кейбір жабындаушы лактар (эмаль лактары) қатты изоляция бетіне емес, ал тікелей металға жағылады. Бұл іс-әрекет оның беткі қабатында электр оқшаулағыш қабатының пайда болуын қамтамасыз етеді. Жабындаушы лактардың бір өкілі пигменттелген эмальдар. Бұл лактардың құрамына пигмент кіреді, яғни органикалық емес құрамнан тұратын ұнтақ. Бұл лак жағылған бетке түс, механикалық беріктік, жылу төзімділік және адгезияны жоғарылатады.

Желімдеуші лактар қатты электр оқшаулағыштарды өз арасында немесе оларды металға желімдеу үшін пайдалынылады. Желімдеуші лактардың жоғары электр оқшаулағыш құрамдары мен аз героскоптық қасиеттерінен басқа олар жебінделген материалдан жоғары адгезиясын қамтамасыз ету керек. Жоғарыдағы лактарды топтастыру әрқашанда қатаң түрінде орындалуы мүмкін емес. Себебі, гетинакс және текстолит лактарын сіңдірілмелі және желімдеуші лактарға бірдей жатқызуға болады. Лактарды кептіру режимі бойынша келесі топтарға бөледі: пештік кептіру лактары, бұларды кептіру үшін температура 70 С жоғары болуы керек. Суық кептіру лактары (ауалық) олар бөлмелік температурада тез және жақсы кебеді. Лактардың кептіру режимі оның негізімен және еріткішпен анықталады. Егер лактың негізі термореактивті болса, оны кептіру ұшін жоғары температура керек болады, ал термопластикалық негізіндегі лактар бұндай жоғары темпераатураны қажет етпейді. Егер лактың құрамында еріткіш болса бұларды лактық негізінен тәуелсіз пешті кептіру режимімен кетіреді. Еріткіші бар лактар ( мысалы, бензин, ацетон ) бөлмелік температурада оңай буланады. Сондықтан олардың негізі жоғары температураны қажет етпейтін болса оларды ауалық кептіру режимі бойынша кептіреді. Пештік кептіру режимі бойынша алынған лактар әдетте ауалық кептіру режимі бойынша алынған лактарға қарағанда жоғары сапалы қабатты береді. Ауалық кептіру режимі бойынша алынған лактар көбінесе жөндеу жұмыстарында қолданылады.

Шайыр негізінде лактар – бұлар синтетикті, жасанды немесе табиғи шайырлы қоспалар.

   Бакелитті лактар – бұл бакелиттің спиртпен қоспасы. Бұл сіңдірілмелі және желімдеуші  термореактивті лак оқшауламаға жоғары механикалық беріктік береді, бірақ кіші эластикалық және жылулық қартаюға бейім қабатты құрайды. Олар гетинакс және текстолит, жоғары кернеулі электр аспаптарының оқшауламасын өндіруде қолданылады.

  Глифталь лактары – бұл глифталь шайырының сұйық көміртекті спирттік қоспалар негізіндегі еріткіштер. Бұл термореактивті лактар желімдеуші қасиеттерге ие және микопиттерді желімдеу үшін пайдаланады. Олардың қабаттарының иілгіштігі бакелитті лактарға қарағанда жоғары бірақ ылғалға төзімділігі төмен.

  Кремний органикалық лактар жоғары температурадағы кептіруді қажет етеді және жылуға төзімді, ылғалға төзімді қабатты құрайды.

  Полевинилхлоритті лактар бұлар бензиннің, майлардың, химиялық активті заттардың әсеріне төзіміді. Олар жабындаушы лактар ретінде оқшауламаны қорғау үшін қолданылады.

         Целилозды лактар – бұл эфирдің целилоздағы қоспасы. Целилозаны лактардың көп бөлігі салқын кептірудің әсерінен пайда болатын лактар. Ерекше орында нитро целилозды лактарға беруге болады (нитролактар). Нитролактардың қабаттары жоғары механикалық беріктікпен, жылтырлықпен, жақсы ауаға қарсы әсерімен, ылғалға қарсы әсерімен ерекшеленеді. Нитролактар металға жаман жабысқаннан алдын ала металға ауаның, жарықтың, ылғаладың әсеріне төзімсіз, бірақ металға жақсы жабысатын грунттық лакты жағады, сосын нитролакты жағады. Қаралып жатқан жағдайда бірінші қабат ыстық кептіруді қажет етеді. Нитролактар, сонымен қатар мақта, мата, автомобильдің және самолеттің сымдарын сіңдірген кезде қолданылады. Бұл істің мақсаты резинаны озонның лайдық және бензиннің әсерінен қорғау.

Май негізіндегі лактар. Бұл лактардың негізін кебетін майлар құрайды. Сонымен қатар, солардың құрамына қабаттың қатты болу процесін тездететін сиккативтер және еріктіштер (бензин немесе керосин) кіреді. Кейде май негізіндегі лактарды еріткішсіз қолданады. Себебі, олардың негізі өзінен сұйық болып келеді, бірақ бұндай лактар жоғары тұтқырлыққа ие және қолдануға ыңғайсыз. Май негізінде лактардың кебу жылдамдығы көп жағдайда оның құрамындағы сиккативке байланысты. Жоғары құрамды сиккативтің және ұшпалық еріткіштердің бар болуына байланысты лактар салқын кептірмелі болады, бірақ май негізіндегі лактардың құрамында сиккативтің көп болуы ұзақ уақыт жоғары температураның әсерінен қабаттың тез жылулық қартаюына әкеп соғады. Сондықтан май негізіндегі жоғары сапалы электр оқшаулағыш лактар құрамында аз сиккативтермен өндіріледі; бұлар ыстық кептірмені қажет ететін лактар. Май негізіндегі лактар болатты, электр техникалық беттерді эмальдау үшін қолданылады. Бұл істің мақсаты - болат беттерінің арасында пайда болатын айнымалы магниттегі өрісте құйынды тоқтардың әсерін азайту және сонымен қатар шығындарды азайту.

Қара лактар. Олардың құрамына қара түсін анықтайтын битумдар кіреді. Май негізіндегі лактармен салыстырғанда олар арзандау және жоғары элетр оқшаулағыш қасиетке ие, қартаюға аз ұшырайтын, бірақ аз иілгіш героскоптық қабат құрайды. Битумды лактардың майға төзімсіз және жеңіл көмірсутектерінің әсерінен ериді, әсіресе, ароматтық көмірсутектерден. Бұл қабаттарды қыздырған кезде олар жұмсаруға бейім.

        Таза битумды лактар – бұл битумның органикалық еріткіштердегі қоспасы. Бұлар суық кептірмелі лактар болып табылады. Оларды элетроқшаулағыш лактар ретінде қолданбайды, себебі олардың қабаттарының мынадай қасиеттері бар: аз иілгіш, төмен жылу төзімділік және төмен еріткіштерге төзімділік. Әдетте, бұл лактарды металды, бұйымдарды корозиядан сақтау үшін қолданылады.

         Май-битумды лактар. Бұлардың құрамында битумдар мен кебуші майлардан тұрады. Бұл лактардың қасиеті таза битумды және таза май негізінде лактардың арасында тұрады. Құрамында кебуші лактардың болуы, лак қабатын иілгіш және еріткіштердің, жылудың әсеріне төзімді болады. Май-битумды лактарға ең жақсы еріткіш бұл көмірсутектер (бензол, толуол) және скипидар. Адам ағзасына бензол еріткішінің зиянды булары болғандықтан бұл еріткіштер бензинмен қосылып қолданылады.

        Май-шайырлы лактар – бұл майлы лактар табиғи немесе синтетикалық шайырлардың негізіндегі лактар. Бұлардың бір өкілі май-глифталь лагы майлы лактармен салыстырғанда жоғары эластикалық қасиетке және төзімділікке, желімдеуші қасиетке ие, ал таза глифталь лактарынан айырмашылығы таза героскопиялық қасиетке ие. Бұл лактар май тоолтырылған трансформаторлардың ормаларына сіңдіріліп қолданылады.

 

       Электр оқшаулағыш лактардың кейбір қасиеттері

Қасиеті

       ФЛ-98

      УР-9144

      КО-964

       ГФ-95

Кептіру уақыты,сағ,

Көп емес...

2(105C-та)

 

0,5(130C-та)

 

1(200С-та)

 

2(105С-та)

 

Қабықшаның термопластикалық құрамы,сағ, аз емес...

 

 

 

 

30(155С-та)

 

 

-----------------

 

 

      200       (200С-та)

 

 

         48                 (150С-та)

Қабықшанын электрлік беріктігі мв/м аз емес :             

Қалыпты жағдайда...                

Жоғары температурада...

24сағ 95%дың салыстырмалы ылғалдығы бар атмосферада ұстағаннан кейін 20C-та                       

  24сағ 20C суда ұстағаннан кейін

 

 

 

 

                

        70

 

40(130С-та)

 

 

 

 

 

 

 

 

----------------

 

 

         10

 

 

 

 

 

           80

 

40(155С-та)

 

 

 

 

 

 

 

 

          50

 

 

---------------

 

 

 

 

 

         75

 

40(200С-та)

 

 

 

 

 

 

 

        50

 

 

-----------

 

 

 

 

 

          70

 

40(130С-та)

 

 

 

 

 

 

 

-----------

 

 

       40

    

Компаундтар – лактардан қарағанда құрамында еріткіштердің болмауымен ерекшеленеді. Олар әр түрлі: шайырлар, битумдар, майлар, т.б. тұрады. Егер компаунд бастапқы күйде қатты болса, оны қолдану алдынды керекті температураға дейін қыздырады. Бұл іспен біз компаунд массасының қажетті төмен тұтқырлығын аламыз. Компаундтар қолдану аясына байланысты екі негізі топтарға бөлінді:

1) сіңдірілмелі компаундтар, олардың қолдануы сіңдірмелі лактардың қолдану аясымен бірдей, яғни қасиеттері де бір-бірімен ұйқасады.

2) құймалы компаундтар, бұлар салыстырмалы үлкен қуыстарды, элекр машиналары мен аспаптарының  әр түрлі бөліктерінің арасын, сонымен қатар электр техникалық детальдарда, түйіндерде, блоктарда салыстырмалы қалың шабын алу үшін және бос кеңістікті толтыру үшін қолоданылады. Құймалы компаундтарды қоолдану мақсаты оқшауламаларда ылғалдан қорғау және химиялық активті заттардың әсерінен қорғау және разрядты кернеуді жоғарылату жылу шығыс шартын жақсарту үшін қолданылады.

Ең ескі уақыт бойынша қолдануға кірген өнеркәсіптегі компаунд анықталған жібу температурасы бар битумдар. Кей кезде битумды компаундтар элекртлік машиналардың стартер орамасына сіңдірме ретінде қолданылады. Сіңдірілмелі лактарға қарағанда битумды компаундтар жақсы ылғал, төзімділік және төмен ылғал өткізгіштік қасиетпен оқшауламаларды қорғайды. Бұның себебі, битумды компаундтарды немесе компаундтардың нақты суығаннан кейін толықтай үлкен саңылаусыз қатып қалады және құрамында еріткіштер болмағандықтан лактарда кездесетін еріткіш ізі оларда болмайды. Роторлық орамаларда сіңдірме ретінде битумды компаундтар термопластикалық қасиеттеріне байланысты қолданылмайды. Себебі, битум машинаның жұмыс температурасына дейін жібу әсерінен орталық күштердің әсерінен қозғалып тұрған орамадан лақтырылып кетеді.  Битумды компаундтардың жылуға төзімділік және майда төзіміділік қасиеттерін жоғарылату үшін оларға кебуші майларды қосады. Егер, битумды компаундтардан жібу температурасын төмендету үшін оларға компаунд араластырғыш қосады, яғни төменгі жібу температурасына ие битумдар (60-70 С). Бұған қажеттілік компаундтың ұзақ уақыт қызу кезінде пайдалануынан туады. Компаундтармен элекр таппараттарының катушкаларымен металдың жабылдырғыш арасындағы ауа саңылауларын толтыру жылу шығыс жағдайын жақсартады. Бұдан аспаптардың қуаты жоғарылау мүмкін. Жылу шығыс жағдайы жоғарғы жылу өткізгіштік коэффицентке ие.

        Кварц-компаундты қолдану арқылы одан сайын жоғарылатуға болады. Кварц-компаунд минералды-кристалды толтырғышпен таза кварцтық құммен араласқан битум. Кабельдік техникада кабельді комппаундтардың алатын орны зор. Оларға келесі компаундтар жатады: а) сіңдірілмелі компаундтар (сіңдірілмелі кабельдік массалар) оларды күштік кабельдердің қағаз оқшауламасын сіңдіру үшін қолдануды және олардың тұтқырлығын көбейту үшін канифолды немесе синтетикалық шайырды қосады. б) құймалы компаундтар (құймалы кабельдік массалар) муфталардың көбісін және тылсымаралық, кабель тылсымаралық, ойып тесілу кернеуін көбейту үшін мүмкін болатын оқшауламаларда болатын ылғалды алдын алу үшін байланыс бөлінетін және соңғы муфталарда қолданылады. Құймалы кабельдік массалар битумдардан мұнай майларынан немесе канифоолдан (жоғары кернеулі кабельдер үшін) тұрады.

Жоғарыда айтылған компаундтар бұлар термопластикалық: олар жылу әсерінен жібиді және кезекті суыту әсерінен қатаяды. Әдетте, термореактивті компаундтар термопластикалықтардан  қарағанда жоғары қызуға төзімді себебі, орнатылғаннан кейінгі қыздыру кезінде олар жібімейді, термореактивті компаундтар әртүрлі детальдарды және түйіндердә сіңдіру және құюда қолданылады. Оларға келесілер жатады: құрғақ трансформаторлар, электр машиналардың ылғалға төзімді оқшауламасы; жасалынған құйма оқшауламаның электрлік қасиетін жақсартады және ылғалданудан механикалық зақымданудан сақтайды, бірақ термореактивті компаундтармен жасалынған құймалар басқа детальдардан немесе басқа сипатты зақымдануларды жөндеуде кедергі келтіреді. Көпшілік жағдайда мұндай бөлшектерді ауыстырады.

          Эпоксидті компаундтар – бұл пластификатор және басқа да ингридиенттерімен эпоксидті шайырмен қосылып өндіріледі. Оны қолдану алдында жібіткіштер арқылы жібітеміз. Жібіткіштің түріне байланысты эпоксидті компаундтар салқында немесе қызуда қайта қатады. Эпоксидті компаундтар соңғы кездерде кабельдік құйма массасы ретінде қолданылады. Жоғары механикалық беріктікке ие болатын қатқан эпоксидті компаундпен жасалған муфта кей кездерде металдың корпуссыз жасалынуы мүмкін.

Термореактивті полэфир компаунды құрамына қаныққан полиэфир шайырымен активті араластырғыш ретінде қолданылатын стеролмен, метилметакрилатпен және басқа да қанықпаған мономерлерден құралады. Қату кезіндегі катализатор негізінде органикалық пероксидтер қолданылады. Поолиэфир компаундтары көп қалдық (6%-ға жуық)  қалдырады. Бұл қатынаста олар эпоксидті компаундтардан сапа жағынан төмен.       

 

9 Талшықты материалдар

 

Электроизоляциялық техникада талшықты материалдар қолданылады. Олар табиғи  жасанды, синтетикалық талшықтардан тұрады. Табиғи талшықтарға – мақта, зығыр, табиғи жібек, асбесті (неорганикалық) талшықтар жатады. Олар циллюлозаны химиялық өңдеуден өткізіліп алынады.  Оған шыны талшық  (стекловолокно)  жатады. Электр изоляцияға көп тараған синтетикалық талшықтар. Олар синтетикалық талшықтардан жасалған: капрон, лавсан және т.б. синтетикалық смолалар. Барлық талшықты материалдар ылғал тартушы: ылғал тартқыштығын төмендету үшін оларды электроизоляциялық лактар мен сіңірілген өңдеуден өтеді. Сіңірілген өңдеуден өткізілген зат қызуға төзімді болады. Талшықты материалдарға қағаздар, картондар, маталар, ленталар жатады. Электроизоляциялық қағаздардың сульфатты циллюлозадан, ағаштан өндіру арқылы алады. Электроизоляциялық қағаздардың негізгі шарттары: 1) конденсаторлық, 2) кабельдік,  3)сіңірілген, 4) орауға арналған, 5) жапсыруға арналған, 6) жеңілдетуге  арналған.  Электротехникалық кардон ЭВ, ЭМ маркалы ауада және  майда қолданады. Маталар және ленталар тек электроизоляциялық материал ретінде ғана емес, оларды механикалық төзімділігі және обмотканың негізгі изоляциясын қорғау үшін қолданады. Электр изоляцияда қолданылатын маталар: перкаль, бязь, миткель, шыны маталар, капрон, нейлон, табиғи жібек.

 

10 Электроизоляциялық лак маталар

 

Лак маталар иілгіш материал. Олар электроизоляцияланған лакпен өңделген. Маталар негізі мақта – маталары, жібек, капрон, шыны маталары ретінде қолданады. Лакпен өңделген маталар қатқаннан кейін лак маталары иілгіш пленка түзеді, бұл электроизоляциялық қасиетін жоғалтады. Мата негізгі лак. Маталар жоғары механикалық  төзімділікпен қамтамасыз етеді. Лам маталар электр машиналарының, трансформаторларында саңылау және орамдардың арасын изоляцияны, электр аппараттарының және приборының сымдарын, изоляциясын қамтамасыз етеді.

 

11 Каучук және резеңке

 

Эластикалық материалдар ретінде сымдар кабельдерді амортизациялық үшін электротехникада синтетикалық және табиғи каучук төзімділікке қолданады. Резеңке деген эластикалық материалдар каучукты вулканизациялап, оған қоспалар (бор, тальк ж.т.б.) пластификаторлары (парфин, вазелин т.б.) тездеткіштер қосып және асытушылар (тиурам), стабилизатор (неозон), жоғартқыштар (механикалық төзімділігін арттыру үшін: мырышты, к.йе т.б.) Вулканизацияланғанда каучукке қолданылған күкірт мөлшеріне қарай резеңке мынадай топқа бөлінеді: 1) жұмсақ резеңке – құрамында күкірт 1-3% 2), орташа қатты резеңке 3-7%, 3) қатты резеңке 14% -ға  дейін.

Резеңкенің құрамындағы күкірт 25% және одан жоғары болғанда, ол қатты материал болады, оны эбонит дейді. Резеңке изоляциядан қоршаған қабық, бензин және майға төзімді прокладкалар, шлангілер. Құбыр сымдар мен кабельдерді изоляциялау үшін қолданады.

 

12 Балауыз тәрізді диэлектриктер

 

Балауыз тәрізді диэлектриктер өзіндік қасиеті бар. Диэлектриктер жоғарғы су жұқпас қасиетімен және механикалық төзімділігі төмен қасиеттерін анықтайды. Мұндай диэлектриктерге парафин, церезин, галовакс жатады. Балауыз тәрізді диэлектриктер электроизоляциялық құрамында қолдануға мүмкіндік береді – кампаундтар және қағаз конденсаторы электроизоляциялық негізде  пластмасстин, асбесоцементтен, мрамордан және басқа  осындай материалдарды өңдеуге болады. Мұндай материалдарды өңдеуден сұйық күйге дейін қыздырады.

 

         13 Қатты анорганикалық диэлектриктер

 

13.1 Шынылар

 

Шыны – қатты аморфты зат анорганикалық тотықтардан алынған шыны жасаушылардан (SiO2, B2O3 т.б.) олардың аралығындағылар (Al2O3, PBO) байланыстырушылар (CaO, BaO) кейде сілтілер (Na2O, K2O). Анорганикалық шыныларды силикаттар деп атайды. Өзінің  химиялық құрамымен силикаттарын топқа бөледі: 1) сілтілік, 2) төменгі сілтілік. Сілтіліктер құрамында ауыр тотықтар бар төменгі сілтілік, сілтілігі жоқтар. Сілтілік шынылар ерігіш (13500С) құрамында сілтілік тотықтары көп көбінесе Na2O, K2O бар. Бұл  шынылар тобына: терезелер, ыдыстар, бөтелкелер шынылары жатады. Сілтілік шынылар электрлік мінездемесі төмен және үлкен сызықты ұлғаю коэффициенттеріне ие. Бұл төменгі термо тұйықтығына себепші болады. Сілтілік шынылар құрамында ауыр тотықтар бар электрлік мінездемесі жоғарғы. Бұл құрамға силикаттар (PBO, BaO). Олар электроизоляциялық бұйымдар (конденсаторлар, изоляторлар приборларға қолданылатын) жасауға қолданылады.

Сілтілігі жоқ шыныларда мүлде сілтілік тотықтар жоқ немесе ол арада аз мөлшерде 2% дейін сілтілігі жоқ шынылардан шыны талшықтар жасалынады. Электроизоляциялық шыны материалдарға сілтілігі аз шыны құрамында сілтілердің тотыға 6-тен өспейді. Бұл шынылардан шыны изолятор жасап шығарады.

Электротехникада шыныларды қолдануына қарай негізгі мынандай топқа бөледі:

    1) Конденсаторлық  шынылар. Конденсаторлық  шынылар диэлектриктер ретінде, жоғарғы кернеулік фильтрлерде, импульстік генераторларда  тербелмелі контурда – жоғарғы жиілікті құбырлар тербелмелі контурда пайдаланады.

    2) Қондырғылық шынылар. Бекітіп тұратын шынылар, бөлшектер, изоляторлар т.б. заттар жасау үшін пайдаланылады, әр–түрлі  электронды приборларды жасауға қолданылады.

   3) Лампалық шынылар. Жарық лампаларына пайдаланады. Олар металмен

дәнекерлейді.

        4) Толықтырғыштары бар шынылар. Ыстық престелген шынылар мен микалекс порошоктардан жасалған пластмассалар жатады. Электр техникада шыныларды балқытылып алынған шыны талшық қолдануды тауып отыр. Шыны талшықтардан шыны маталар, мата және шлангілерді жасайды. Шыны маталар ыстыққа төзімді. Шыны талшықтарымен орамдық сымдарды оқшаулағаннан кейін, мататаларды және шыны текстолиттерді лакпен изоляциялауға болады.

   5) Ауыр қышқылсыз сілті шынылар. Оларға терезелік, ыдыстық және

«пайрекс» деген шынылар жатады.

   6) Ауыр қышқыл қосылған шынылар. Оптика және электр оқшаулауға

қолданатын РbО қосылған «флинт» деген және ВаО қосылған «крон» деген ауыр шынылар жатады.

   7) Сілтілерсіз шынылар -  кварц шынылар, арнайы оптикалық шынылар.

 

13.2 Керамикалық  диэлектрикалық материалдар

 

Керамика қатты тығыз материал. Анорганикалық заттарды, минералды тотықтарды және аморфты кристалдарды заттардан тұрады. Барлық электрокерамикалық материалдар қолданылуына қарай үш топқа бөлінеді:

1)    изоляторлық, 2) конденсаторлық, 3) сегнетоэлектрлік керамика.

 

          Изоляторлық керамика

Электроизоляциялық  керамикаға электрофорфор және стеатит жатады. Электрофорфордың негізгі массасы (42-50%), кварцтың (20-25%), калий шпаты (22-30%) және жарамсыз форфор бұйымдарының арнаулы сорттары бар. Форфордың технологиялық процесі құрамындағы қоспалардың тазалаудан, ұқыпты тазалаудан массасы немесе тең етіп араластырудан  тұрады.

Бұл массадан әртүрлі жолмен (престеу, егеу т.б.) керекті үйлесімді кесінді алады. Алынған кесіндіні кептіреді, глазурмен сырлайды және күйдіреді. Фосфордан әртүрлі электрлік изолятор жасайды: линиялық, станциялық, аппараттық, беріктіктен тұратын форфор бұйымдары. Стеатит – электрофорфорға қарағанда қымбат. Себебі оны жасауға қымбат шикізат қолданады. Стеатиттің негізгі массасы табиғи минерал – талшықтан (3MgO×4SiO2×H2O) және көмірқышқылды берийден немесе СаСо3 тұрады. Стеатиттің  массасына серпімділігін арттыру үшін 15-20% сазды заттарды қосады. Пластикалық стеатит массасын алу үшін  алыну процесі электрофорфор массасының алыну процесімен ұқсас.

 

Конденсаторлық  керамикалық материалдар

Бұл топқа диэлектрик өтімділігі Е-20-500 жоғарғы керамикалық материалдар жатады. Негізгі компоненті  конденсаторлық керамикалардың қос тотықты титан ТіО2 жатады.

Диэлектрик өтімділіг одан да жоғары материал алу үшін қос тотықты титан мен басқа тотықтыларды байланыстырады.

Қос тотықтар қоспасын күйдіру процесіне сол қосылған метал мен титанаттар түзеді; кальций титанаты (СаТіО3), магний титанаты (МgТіО3) т.б. Барлық титанаттар жоғарғы диэлектриктік өтімділігімен анықталады (Е-20-250). Керамикалық конденсаторларды әртүрлі тәсілдермен жасайды: престеу, құю. Кез келген  тәсілмен алынған затты  пеште күйдіреді. Металл электродтармен керамикалық  конденсаторлардың бетінен күмісті жағу тәсілін пайдаланылады.

 

Сегнетокерамика

Керамикалық конденсатор металдар ішінде маңызды орынды барий ВаТіО3 алады. Диэлектрик өтімділігі өте жоғары Е-1500÷1700. Мұндай үлкен шама диэлектрик өтімділігі барий титанаты керамикасында интенсивті дамиды, диэлектриктер өзінен-өзі поляризацияланады, бұл сегнетодиэлектер-де байқалады. Барий титанаты керамикасынан тек төменгі жиілікте тұрақты тоқты конденсатор жасалынады, себебі барий титанатының электрлік қасиеті төмен.

 

14 Слюда (Ақық)

 

Қопарылыс жұмыстарынан соң слюда талшықтары сыртқы минералдық заттардан тазартылады да, мұны соғылған шикізат деп атайды. Соғылған шикізаттар қол жұмыстарынан кейін миканит өндірісінде тазартылған слюда қолданылады. Механикалық төзімділігін жақсарту үшін электрлік машиналарын изоляциялауға қолданылатын миканиттер слюданың  әр бөлек беттеріне және де орама беттеріне жапсырылған лак көмегімен, құрғақ смоламен, кейде қағаз талшықтар қабатымен, маталармен бір немесе екі жағына жапсырылады.

Формаланған миканиттер жасалған детальдарға: коллекторлық  манжеттер, цилиндрлер, трубкалар жатады. Майысқыш миканит өзінің майысқыштық қасиетімен электрлік аппараттарда, әр машиналарда майысқыш аралықтағы төсем ретінде кең қолданады. Жылу ұстағыш миканиттер әр изоляцияланған заттар ретінде қыздырғыш (прибор) құралдарында болады. Слюда ресурсының көптігіне қарамай тазарған слюда тапшы әрі қымбат.

Сондықтан біздің елімізде энергетика өндірісінің жедел түрде дамуына байланысты тазартылған слюданы басқа материалдармен ауыстыруды мақсат етіп отыр. Күнделікті практикадан мынаны көруге болады. Жоғарғы кернеулік  машиналарда миканит изоляциясын ауыстыратын негізгі материал слюда изоляциясы болып табылады. Коллекторлық жинағыштық және түрлендіргіштік миканиттері слюдапластпен ауыстырылады.  

 

15 Қағаз және картон

 

Қағаз және картон – бұл қысқаталшықты құрылымды жаймалы немесе орамды материал. Ол көбінесе целлюлозадан тұрады. Әдетте қағазды өндіру үшін ағаш целлюлозасын қолданады. Ағаш құрамына целлюлоза мен судан басқа заттар да кіреді, олар қоспа ретінде қарастырылады: лигнин (ағашқа сынғыштық береді), смолалар, тұздар және т.б. Қоспаларды алып тастау үшін, үгітілген ағашты қышқылдар мен сілтілердің судағы ерітіндісінен тұратын (олар суда еритін қосылыстарға ауыстырады) қазанда қайнатады; Кейін целлюлоза сумен мұқият жуылып, қоспадан тазартылады. Күнделікті жазу және басып шығару қағаздары, соның ішінде, осы кітап басылып шыққан қағаз да сульфитті целлюлозадан дайындалады, ол ағашты сұрғыш қышқылдан тұратын ерітіндіде қайнатқаннан пайда болады. Мұндай целлюлоза дайындалу процесінде тез ақ түске айналады.

   Ал, электрлі оқшаулағыш ретінде қолданылатын қағаз және ерекше қаптаулы және сол сияқты қағаздар дайындау кезінде сулфатты және натронды целлюлоза қолданылады. Олар жегіш натриидан тұратын ерітіндіде ағашты қайнату арқылы алынады. Әдетте сілтілі целлюлоза ағармай, сарғыш түсін сақтап қалады. Ол ағаштың бояғыш заттарының алынбауынан. Сілтілі целлюлоза сульфитті целлюлозадан қымбатырақ. Бірақ, сілтілік қайнату барысында ағаштың целлюлозасы ең аз макромолекулаларының бұзылуына ұшырап, қышқылдық қайнатуға қарағанда жоғарырақ молекулярлық массасы мен талшықтар ұзындығын сақтап қалады. Сілтілік қағаздар жоғары механикалық қаттылық пен жылулық ескіруге төзімді болады. Бұл техникалық, соның ішінде электрлік оқшаулама қағаздарына ерекше қажет. Қағазды дайындау үшін механикалық өңделген целлюлоза көп көлемді сумен бірге қағаз жасау машинасының жылжымалы сеткасына біртұтас қабатпен құйылады. Сетка ұяшықтарынан суды алып тастау, тығыздау, кептіруден кейін рулон түрдегі қағаз пайда болады. Рулон қағаздың созылуы кезіндегі қаттылығы енінде, яғни қағаз машинаның сетка енінде қаттырық. Себебі талшықтардың бейімделуі рулон ұзындығына қарағанда енінде жоғарырақ. Қағаздың қаттылығы ылғалдылыққа да тәуелді: өте құрғақ немесе ылғал қағаз төмендетілген механикалық қаттылыққа ие (20- сурет).

 

 

20 сурет- Ені 15 мм жолақшаға арналған қалыңдығы 80 мкм 

К-080 маркалы кабельді қағаздың айыру күші. Ауаның салыстырмалы ылғалдылығы -ға байланысты рулонның еніне қарай (қисық 1) және ұзындығына қарай (қисық 2).

Кабельді қағаз ГОСТ 645-77 сәйкес түрлі маркалармен шығарылады. Олар К, КМ, КВ, КВУ, КВМ және КВМУ (бұл әріптер: К-кабельді, М-көпқабатты, В-жоғары вольтті, У-тығыздалған дегенді білдіреді) әріптерімен және 15-тен 240-қа дейінгі сандармен (15-тен 240 мкм.-ге дейінгі қағаздың қалыңдығын көрсететін) белгіленеді. К, КМ маркалы қағаздар кернеуі 35 кВ-қа дейінгі күштік кабельдерде қолданылады. КВ және КВУ - 35 кВ және одан жоғары, КВМ және КВМУ – 110 кВ және одан жоғары. Екітүрлі маркалы тығыздалмаған кабельді қағаздардың көлемді массасы 0.76 немесе 0.87 Мг/M^3, ал тығыздалғандарда 1,09-1,10 Мг/M^3. Мұнай майларымен майланған тығыздалған қағаздар тығыздалмаған қағаздарға қарағанда жоғары диэлектрлік өтімділікке ие.  Осыған байланысты кернеуі 35 кВ-тан жоғары кабельдер құралымында тығыздалған және тығыздалмаған қағаздардың келесі құрамасы қолданылады: талсымға жақын қабаттары тығыздалған қағаздан, ал одан кейінгі қабаттар тығыздалмаған қағаздан жасалады. Сондықтан талсымнан алынуы кезінде оқшаулама азаяды (бұл жерде кабелдің айнымалы кернеудегі жұмысы айтылған). Бұл оқшауламада электр өрісінің кернеуліктігінің бірқалыпты таратылуын қамтамасыз етеді. 

  Күштік кабельдердің қағаздық оқшауламасының әлсіз жерлері- тесілу даму көзі, қағаздың бөлек ленталары арасындағы саңылаулар болып табылады. Тұтқыр майланған кабельдерді (мысалы, май-канифольді компаундпен) қолдану кезінде кабельдің көптеген реттілік қыздырулары мен суытуларынан кейін талсымға жақын саңылаулар жартысы компаундпен толтырылмай қалады. Бұл саңылауларда иондалу орнайды. Ол қағазды да компаундты да бұзып, біртіндеп талсымнан кабельдің қорғасын қабатында тармақтық зарядтардың өсуіне әкеп соғады. Кабельдік оқшауламаның ескіруі аз майланған кабельдердің жұмыс электр өрісі кернеуліктігінің аз болуына(3-4 Мв/м) әкеледі. Мұндай типті кабельдерді салыстырмалы аз жұмыс кернеуінде(35 кВ-тан көп емес) қолданады. Одан жоғары кернеуде май немесе газ толтырылған кабельдерді қолданады. Ол кабельдерде жұмыс кернеулік өрісі 10-нан 12 Мв/м-ге дейін барады.

КТ және КТУ маркалы телефон қағазы  ГОСТ 3553-73 – қа сәйкес 50 мкм қалыңдыққа ие. Телефон кабельдерінің оқшаулау көлемін азайту үшін (салыстырмалы төмен кернеулікте жұмыс істейтін бұл кабельдерде қағаз майланбаған күйде болады) телефон қағаздарының көлемді массасы аз болуы тиіс (0,80-ден кем емес -  0,82 Мг/м3). Телефон қағазы табиғи түсте (сарғыш, сульфатты целлюлоза қасиеті), сол сияқты қызыл түс, көк, жасыл түстерге боялған түрде шығарылады; әртүрлі түстер телефонды кабельдерді бір-бірінен айыруға көмектеседі.

  ЭИП-53, ЭИП-63 және ЭИП-75 маркалы майланған қағаз (сандар қағаздың граммдағы 1 м2 массасын білдіреді; сәйкесінше бұл қағаздардың қалыңдығы 0,09; 0,11 және 0,13мм) жаймалы гетинакс жасауға қолданылады.

ЭН-50 және ЭН-70 маркалы оралған қағаз (сандар микрондағы номиналь қалыңдықты білдіреді) – майланған қағазға қарағанда жіңішке және тығызырақ.

 Конденсаторлық қағаз – ерекше қажетті және жауапкершілікті материал; майланған күйде ол қағазды конденсатор диэлектригі ретінде қолданылады. Екі түрде шығарылады: КОН-жай конденсаторлық қағаз және силкон – күштік конденсаторларға арналған қағаз. Көлемдік массаға байланысты маркалар бөлінеді: 0,8 (тек силкон), 1 және 2. 0,8 маркалы қағаздар көлемдік массасы 0,8 Мг/м3; 1 маркалар – 1,0 Мг/м3 және 2 маркалар – 1,17-ден 1,25  Мг/м3 дейін. Әртүрлі маркалы бұл қағаздардың номиналь қалыңдығы – 4-тен  30 мкм дейін. Конденсаторлық қағаз ені 12-ден 750 мм орама түрде шығарылады. Механикалық , химиялық қасиеттерден бөлек ( «үзілу ұзындығы» 8000-8500-ден кем болмауы тиіс, күлділігі-КОН қағазы үшін 0,4 %-тен көп емес және силкон қағазы үшін 0,3%-тен көп емес) ГОСТ электрлік оқшаулама қасиетін реттейді, соның ішінде, ең көп токөткізгіштік қосылу санын (30 мкм. қалыңдықты силкон-1 қағазы  үшін 1 м2-қа 5-тен 1800 қосылуға дейін және 1 м2-қа қалыңдығы 4 мкм КОН-2 қағазы үшін) және ең аз тесіп өту кернеуін ( 240 В-тан (қалыңдығы 4 мкм КОН-2 қағазы үшін) 600-ге дейін (қалыңдығы 30 мкм силкон-1 қағазы үшін)).

Конденсаторлық қағаздың қалыңдығының аз болуы конденсатордың меншікті сыйымдылығының жоғары болуын қамтамасыз етеді.

Қағаз конденсаторда майланған күйде қолданылады. Сондықтан  майланған қағаздың электрлік оқшаулама қасиетін анықтауға  көмектесетін есептеу формуласының болғаны абзал. Мұндай формулаларды целлюлоза қабаттарының реттілік қосылуын, майлану массасын және ауаны қарастыратын диэлектриктің эквивалентті схемасына жүгіне отырып, В.Т.Ренне алды.

  Ренненің майланған қағаздың диэлектриктік өтімділігін анықтайтын бір формуласын мысалға келтірелік:

 

                .                         (1)

 

Мұндағы, - майланған масса диэлектриктік отімділігі;  =6,6 – целлюлоза диэлектрлік өтімділігі;  - майланбаған қағаздағы қуыстардың көлемдік құрылымы(- құрғақ, майланбаған қағаздың көлемдік массасы,  Мг/м3 – целлюлоза тығыздығы); y-майланған массаның тұруы мен қатуы кезіндегі көлемдік отыруы.

Қағаз қуыстарындағы ауаны толығымен шеттейтін сұйық диэлектрикпен майлағанда (1) формуласы жеңілденеді, себебі онда y=0 қабылдауға болады. Құрғақ қағаздың есептегенде (1) формуласы одан да жеңілденеді. Себебі, бұл жағдайда тек y=0 емес, = 1.

                             

   

а – масса типінің әсері; б – cұйық масса майлауы кезінде қағаздың тығыздығының әсері.

21 сурет - Майланған конденсаторлық қағаздың диэлектрлік өтімділігінің

 майланған массаның диэлектрлік өтімділігіне   тәуелділігі

 

22 сурет- tg-ның жай қағаз (қисық 1) және ацетилденген (қисық 2) қағаздың қалыпты температурада ауаның салыстырмалы ылғалдылығынан тәуелділіктері

 

  2-суретте майланған массаның  диэлектрлік өтімділігінің майланған конденсаторлық қағаздың диэлектрлік өтімділігіне әсері көрсетілген. Электр өрісінің ұзақ әсер етуінен майланған қағаздың ескіруін ескере отырып, тұрақты кернеуде сұйық майланған қағаз конденсаторларда жұмыс істеу кернеуі 25-35 МВ/м, ал айнымалы кернеуде 12-15 МВ/м, 50 гц жиілікті болады.

  Күштік электрлік конденсаторлар диэлэктригі ретінде конденсаторлық қағазбен қатар синтетикалық пленкалар да кеңінен қолданыла бастады; бұл мақсатта жоғары қызуға төзімділікте tg-сы төмен полярлы емес полипропиленды пленка қолданудың болашағы бар. Диэлектригі екі қабаттан: қағаз және пленкадан тұратын қағаз-пленкалы конденсаторлар да шығарылады. Мұнда қағаз фитиль қызметін атқарады. Ол арқылы майлану процесі кезінде майлайтын масса конденсатор тереңіне енеді.

Микалентті қағаз. Микалента төсемесі ретінде қолданылатын электрлік оқшаулама қағаз түрі. Ол ұзынталшықты мақтадан жасалады. Ол 202 мкм қалыңдыққа, 17 граммға тең 1 м2 массаға ие; ені 450 немесе 900мм.-ға тең орама түрде шығарылады. 

Картон көбінесе қағаздан қалыңдығымен ерекшеленеді. Электрлік оқшаулама картондары екі түрде дайындалады: ауалық картон, қаттырақ және созылмалы. Олар ауада жұмыс жасауға арналған. Майлы картон-құрылымы әлсіз және жұмсағырақ. Олар көбінесе трансформаторлық майларда жұмыс жасауға арналған. Майлы картондар маймен майланады және майланған күйде жоғары электрлік беріктікке ие болады. Орама күйде тек жұқа электрлік оқшаулама картондары шығарылады. Көбінесе картондар жайма түрде өндіріледі. Электрлік оқшаулама картондары ағаш немесе мақта целлюлозасынан дайындалады.

          Ерекше қағаз немесе картон. Электрлік оқшаулама үшін жоғарыда айтылған целлюлозадан дайындалатын кағаздар және картондар типті материалдардан басқа целлюлозаға басқа талшықтық материалдар қосылған немесе құрамына целлюлоза мүлдем кірмейтін қағаздар да қолданылады. Осылайша   целлюлоза  мен  полиэтилендік  талшық қосылған қағаздардың тек

целлюлозалық қосылған қағаздармен салыстырғанда , tg және ылғалсіңіргіштігі азырақ, ал механикалық беріктігі жоғары болады. Мұндай қағаздар жоғары кернеулі кабельдерді оқшаулауда қолданылады.  

        Целлюлоза эфирлері целлюлозамен салыстырғанда аз , tg және ылғалсіңіргіштікке ие болады. Целлюлозаның толығымен өзінің эфирлеріне айналып, одан талшық дайындалуынан бөлек, талшықтың беткі қабатын эфирге айналдыратын, бірақ талшықтың басқа бөліктерін өзгертпейтін химиялық өңдеу жасалуы да мүмкін. Осылайша, целлюлозадан жасалған ацетилденген қағаз біртіндеп ацетилцеллюлозаға айналып, целлюлозалық қағазға қарағанда ең жақсы электрлік оқшаулама және аз ылғалсіңіргіштік қасиеттерге және де жоғарырақ қызуға төзімділікке ие болады. Одан жоғарырақ (10-250-қа) қызуға төзімділікке CN2H2 цианамиді ерітіндісімен өңделген қағаз ие.

Пластикалық массалар – бұл қыздыру мен қысым әсерінен пластикалық деформация нәтижесінде бұйымға өңделуге және соңынан  суыту  немесе пішінге қату нәтижесінде бекітілген пішінді сақтауға қабілетті табиғи немесе синтетикалық жоғары молекулалық қосылыстар негізіндегі материалдар. Пластмассалардың маңызды компоненті болып  толықтырғыштар – ұнтақ тәрізді, талшықты және шығу тегі органикалық сол сияқты бейорганикалық  басқада заттар табылады. Пластмассалардың қасиеттері жеке компоненттердің құрамына,  олардың үйлесіміне және мөлшерлік қатынасына байланысты. Бұл  жеткілікті шектерде пластиктердің сипаттамаларын  өзгертуге мүмкіндік береді. Байланыстырушы заттың сипаты бойынша пластмассалар  термопласты полимерлер негізінде алынатын термопластыларға (термопластылар) және термореактивті шайырлар негізінде – термореактивтілерге (реактопластар) бөлінеді. Термопласттар бұйымға жақсы өңделеді, аз шөгуге ие болады,  үлкен серпімділікпен, кіші морт сынғыштықпен ерекшеленеді; олар әдетте толықтырғышсыз дайындалады. Кейінгі жылдары  болаттарда минералды және синтетикалық талшықты (органопласты) толықтырғышты термопластар қолданылады. Термореактивті полимерлер қатайғаннан және  байланыстырушы термо орнықты күйге көшкеннен кейін морт сынғыш, жиі оларды қайта өңдеу кезінде  үлкен шөккіштікті (10-15%-ға дейін) береді, сондықтан да олардың құрамына  күшейтуші толықтырғыштарды кіргізеді.

Толықтырғыштар түрі бойынша пластмассалар ағаш ұны түрінде, сульфидті целлюлоза, графит, тиальк, ұсақталған шыны, мрамор, асбест, слюда, байланыстырушылармен сіңірілген (жиі оларды карболиттер деп атайды) ұнтақыларға (пресс-ұнтақтар) бөлінеді; мақта және зығыр (талшықты жіп), шынылы талшықты (шыны талшықты), асбест (асбо шалқыты)  түріндегі толықтырғыштары бар талшықтыларға;  жапырақты  толықтырғыштардан (гетинакстағы қағаз парағынан, мақтадан жасалған, шынылы, текстолитте асбесті ұлпалар,  шыны текстолитте және асбо текстолитте,  ағаш қабатты  пластиктерде ағаш шпон) тұратын қабатты; үгіндітәрізді (байланыстырушы сіңірілген ұнтақ немесе ағаш шпонның екесктері түріндегі толықтырғыш); газды толықтырылған (толықтырғыш – ауа немесе бейтарап газдар). Кейінгілер құрылымына байланысты пенопластқа және кеуекті пластарға бөлінеді. Қазіргі заманғы композициялық материалдар толықтырғыш ретінде көмірлік және графиттік талшықтардан (карботалшықты жібі) тұрады; бор талшығынан (борталшықты жібі).

Қолдануы бойынша пластмассаларды  күшті (конструкциялық, фрикциялық және антифирикциялық, электр оқшаулағыш) және күшті емес (оптикалық тұнық, химиялық төзімді, электр оқшаулағыш, жылу оқшаулағыш, сәндік, тығыздағыш, көмекші) деп бөледі.

Термопластикалық пластмассалар тұнық  органикалық шыны, жоғары және төмен жиілікті диэлектриктер, химиялық төзімді материалдар ретінде қолданылады; бұл пластмассалардан  жұқа қабыршақтар мен талшықтар дайындалады. Мұндай материалдардан алынған бөлшектер  шектеулі  жұмыс температурасына ие болады. Әдетте 60-700С-тан жоғары қыздыру кезінде олардың физика-механикалық сипаттамалары күрт төмендеуі басталады, алайда біршама жылуға төзімді пластмассалар 150-2500С температура да, ал кейбірі - 400-6000С жұмыс істей алады.

Полиэтилен – түссіз газ кристалданушы полимерлерге жатқызылатын этиленнің полимерлеу өнімі.

Полипропилен – этилен туындысы болып табылады. Металл органикалық катализаторды қолдана отырып полипропиленді алады.

Полистирол – қатты, қатаң, тұнық аморфты полимер.

Фторпласт – (фторпласт-4, фторлон-4) термиялық және химиялық төзімді материал болып табылады.

Органикалық шыны - бұл күрделі эфирлер акрилді және метакрилді қышқылдар негізіндегі тұнық аморфты термопласт. Ол ерітілген қышқылдар мен сілтілер, көмірсутекті отындар мен жағармай әсерлерінен төзімді, эфирлерде және органикалық қышқылдарда  ериді.

Органикалық шыны авия және авто құрылыста қолданылады, одан жарық техникалық бөлшектер, линзалар мен т.б. дайындалады.

Қабаттық армирленген термореактивті пластмассалар. армирленген толықтырғыш қабаттармен параллель орналасқан пластикалық материалдар қабаттық армирленген термореактивті пластмасса тобын құрайды.

Композициялық пластмассалар. Композициялық термореактивті пластмасаларға фенолальдегидтік, карбамидтік, эпоксидтік және әртүрлі толықтырғышты басқада шайырлар негізіндегі полимерлер жатқызылады. Толықтырғыштар ретінде әртүрлі талшықтар қолданылады: шынылы (шыны пластикті), көміртегілік (карбо талшықты – көмір пластар), борлылар (бор талшықты), жіп тәрізді  кристалдар негізіндегі органикалық (тотықтар, карбидтер, боридтер, нитридтер, сонымен қатар жоғары беріктікпен қатаңдыққа ие болатын металдық (сымдар: вольфрамды, молибденді, титандық, болат).

Газ толтырылған пластмассалар қатты және газтәрізді фазалардан тұратын гетерогенді дисперсітк жүйені білдіреді. Пластмассадан бөлшектер дайындау технологиясы  материалдың табиғатымен байланысты бірқатар өзгеше ерекшеліктерге ие болады.

 

16 Пластмассалар

 

Пластмассаларды жоғары кысым әсерімен және көп жағдайда бір мезгілде қыздыру белгілі бір формаға келумен сипатталады. Бұл пресс-форманың көрінісіне сәйкес келеді және бұйымдарды жасап щығаруға арналған. Қажетті мөлшердегі және сыртқы пішімдегі пресс-форманы бір рет дайындау арқылы көп мөлшерде бұйымдарды престеуге болады. Бұл бұйымдар пресс-форманың ішкі қуысының нақ өзі болып табылады. Жаппай өндірілген бірдей пішімдегі және өлшемдегі бұйымдарды қолдану (пайдалану) еңбек өнімділігінің жоғарылығын және дайын бұйымдардың бағасының төмен болуын қамтамасыз етеді. Пресс-форма мыңдаған бұйымдарды дайындағанан кейін тозып, престелетін бөлшектердің өлшемдері анық емес бола бастайды.

Электротехникада пластмассалар электр оқшаулаушы ретінде де, конструкциялық материалдар ретінде де кеңінен қолданылады. 1 суретте пласмассадан престелген күрделі конструкциялы бірнеше бұйымдар берілген. Бұл бұйымдарды қарапайым мехеникалық өңдеу арқылы дайындау өте қиын болар еді. Ал пластмассаны престеу кезінде бір ғана технологиялық операция бұйымдарды дайын күйде алуға мүмкіндік береді. Көптеген пластмассалар жоғары механикалық беріктік пен жақсы электр оқшаулаушы қызметке ие; олардың артықшылықтарына, сонымен қатар, жеңілділік те жатады (әдетте пластмассалардың тығыздығы 0.9 – 1.8 Мг/мз).

 

 

23 сурет- Пресс-ұнтақтан жасалған электр оқшаулаушы бөлшектер

 

Көп жағдайда пластмассар екі басты компоненттен тұрады: байланыстырушы және толықтырғыш. Байланыстырушыға әдетте органикалық полимер жатады және олар қысым әсерінен деформациялану қасиетіне ие болады. Кей жағдайларда бейорганикалық байланыстырушылар да қолданылады, мысалы микалекстегі шыны, асбоцементтегі цемент. Толықтырғыш байланыстырушы заттекпен тығыз байланысты. Олар ұнтақ тәріздес, талшықты, парақты (“ағашты ұнтақ” - ұсақ жоңқа, “тасты ұнтақ”, мақта-мата, талшықтас немесе шынылы талшық, слюда, қағаз, мата) болуы мүмкін. Толқтырғыш пластмассаны елеулі арзандата отырып, оның механикалық сипаттамаларын (беріктікті ұлғайту, нәзіктікті азайту) жақсарта аламыз. Әдетте толқтырғышты енгізу нәтижесінде гигроскопиялылық және электр оқшаулануы нашарлайды. Сондықтан жоғары электр оқшаулаушы қасиеттерді талап ететін пластмассаларда, көп жағдайда, толықтырғыш болмайды.

Алайда кварцты ұнтақ тәрізді толықтырғыштар пластмассаның  tgδ төмендетіп және жылу өткізгіштікті жақсарта отырып, жылулық тесілу кезінде электрлік беріктікті жоғарылата алады. Бірақ кварцты толықтырғыш пресс-форманың жылдам тозуына алып келеді.

Пластмассаның құрамына материалдың иілгіштігін арттырып, сынғыштығын азайтатын пластификатор, белгілі бір түс беретін бояңыштар және басқа да қоспалар енгізіледі.

Пластмассадан жасалатын бұйымдардың негізгі жасалу технологиясы көбінесе байланыстырушылармен анықталады. Байланыстырушылардың түріне байланысты платмассаларды суық және қызған пресстелу деп бөледі: суық престелу – қалыпты температурадағы; кызған престелу – пластмассаларды престеу кезінде қыздыруды қажет етеді. Органикалық байланыстырушылары бар электр оқшаулаушы пластмассалардың көбі қызған престелуді қажет етеді. Бұл пластмассалар термопластты (термопласттар) және термоактивті (реактопласттар) болып жіктеледі. Байланыстырғыш термопластикалық массалар әр түрлі еріткіштерде өздерінің ерігіштік және жұмсарғыштық қабілетін сақтап қалады. Ал термоактивті пластмассадағы байланыстырғыштар престеу кезінде (немесе кезекті жылулық өңдеуде) қыздыру әсерінен ерімейтін және балқымайтын күйге өтеді.

Термопласттарға поливинилды және полимидты смола, целлюда майлары және т.б. негізіндегі пластмассалар, ал реактопласттарға фенолформальдегид, карболидты және басқа да термоактивті смола негізіндегі пластмассалар жатады.

 

17 Пресс-ұнтақт және фасонды бұйымдарды дайындау

 

Пресс-ұнтақ – қажетті мөлшерде алынған, ұсақталған, құрғатылғын және ұқыпты араластырылған пластмассалардың құрамдас бөлігі. Ол әр түрлі формадағы бұйымдарды жасауда негізгі материал қызметін атқарады. Құрамында толықтырғышы бар пресс-ұнтақтар құрғақ күйде де қолданылуы мүмкін, ал толықтырғыш пен байланыстырушының ұнтақталуы мен араласуы арқылы қатты күйде болады. Немесе сулы (лакты) күйде, алдын ала толықтырғыштың байланыстырушы ерітіндісімен жұтылуы. Лакты тәсіл бір жағынан ерітіндінің шығынына алып келсе, екінші жағынан пресс-ұнтақтың біртекті болуын қамтамасыз етеді. Пресс-ұнтақты дайындау үшін дейірмендер, араластырғыштар, вакуумды құрғатқыштар, дайын ұнтақты игеруге арналған елеуіш және тағы басқа да құрылғылар қолданылады.

Фасонды бұйымдарды престеу. Әдетте оны жоғарғы қысымның пайда болуын қамтамасыз ететін гидравликалық престерде өндіреді. Қатты болаттан жасалған және хромдалған пресс-формаға қажетті мөлшеде пресс-ұнтақ салып, престің төменгі плиткасына қояды. Содан кейін пресс плиталарын жақындатады, ал ішіндегі пресс-форма пресс-ұнтаққа қысым түсіреді. Егер бір уақытта қысым түсіру мен қыздыру керек болса, онда престің пластиналары немесе пресс-форма электр қыздырушы құрылғымен жабдықталады. Не болмаса плитаның тесілген каналдарынан немесе пресс-форма қабырғалары арқылы жіберілетін бу мен ыстық су арқылы қыздырылады. Престеу соңында қысымды төмендетіп, престің плиталарын ажыратып, пресс-формадан дайын өнімді алады. Егер термореактивті пресс- ұнтақ қолданылса, престелген өнімді пресс-формадан ыстық күйінде алуға болады; ал егер пресс-ұнтақ термопластты болса, онда әлі жұмсақ өнімдерді зақымданудан қорғау үшін оларды пресс-формада салқындату керек. Ол үшін плитаның жаңағы каналдарынан енді суық су жіберу керек.

Оңай бөлшектерді (24 суретті қара) дайындау үшін пресс-ұнтақты матрица және төменгі пуансонмен шектелген кеңістікке салады. Пресс плиталарын байланыстырған кезде жоғарғы пуансон матрицаның саңылауына мықтылап орнығады. Престеу соңында дайын өнімді пресс-формадан итеріп шығарады. Пресс форманы жасау барысында дайындалатын өнім көлемінен пресс-фораның көлемі айтарлықтай үлкен болуын ескеру қажет.

 

 

 

 

 

 

 

 1 – жоғарғы пуансон; 2 – өнім; 3 – матрица; 4 – ішкі пуансон; 5 – пресс плитасы; 6 – ығыстырып шығарушы.

 

24 сурет-  Компресті престеуге арналған пресс-формалар конструкциясы

 

Пресс-форманың жұмыс ауқымын азайту, пресс-ұнтақтың жылу өткізгіштігін жақсарту және көп мөлшерде дайындау үшін таблеткалау қолданылады, яғни алдын ала осы ұнтақтан таблеткаларды престейді (қыздырусыз және төменгі қысымда). Пресс-форманы қыздыруға кететін уақытты қысқарту үшін және сәйкесінше жоғарғы өнімділікті қамтамасыз ету үшін таблеткаларды алдын ала престеу кеңінен қолданылады. Бұл қыздыру термостатта  жасалуы да мүмкін. Одан да жақсы нәтижелерді жоғарғы жиілікті электр өрісіндегі қыздыру беруі мүмкін. Бұл кезде қыздырылатын материал арнайы құрылғыға жоғарғы вольтты генератордан қысым түсетін конденсатор бұлттарының арасыны қойылады. Сонымен қатар, материалдың бүкіл қалыңдығы бойымен диэлекртлік жоғалту жылуы бөлінеді, ал ол тез қызуды қамтамасыз етеді. Жоғарғы жиілікті алдын ала қыздыру пресс-формадағы мателиалдың төзімділік уақытын бес-он және одан да көп есеге азайтады. Престеу процесі кезіндегі барлық технологиялық операциялар: пресс-ұнтақты өлшеу, таблеткалау, таблеткаларды пресс-формаға салу, қыздыру, қысым беру, пресс-формада ұстау, дайын өнімдерді жою (жаппай өндіру кезінде автоматтандырылады).

Қысым астында құю. Термопласттардан жасалған бұйымдарды алуда қысым астында құю әдісі жиі қолднылады. Материалды пресс-формадан тыс қыздырылған цилиндрде жұмсартады және цилиндрдегі қозғалып тұратын поршенмен (плунжермен) пресс-формаға карай енгізеді. Қысым астында құю – үзілмелі процесс. Плунжер бір жағына қарай қозғалған кезде машинаның ішкі жағын жүктеу өтеді, екінші жаққа қарай қозғалғанда престеу өтеді. Жұмсартылған термопластикалық массаны қажетті формадағы ұштықпен үздіксіз процеспен қысып шығару арқылы бұйымдарды дайындау болып табылады. Бұл әдіс (шприцтеу, экструзия) стержн, лента, құбыр және осы сияқты бір қалыпты ұзын бұйымдарды дайындауда қолданылады. Сонымен қатар, экстузия полиэтиленнен, поливинихлоридтен және тағы басқа термопласттардан кабельдерді изоляциялау, қорғаныс қабаттарын құру үшін кеңінен қолданылады (25 және 26 суреттерді қара).

1 – басы; 2 – термопара; 3 – қыздырушы элементтер; 4 – бұрамда; 5 – температураны өлшеу және қадағалау аспаптары бар қалқан; 6 – пластмассаны енгізуге арналған саңылау; 7 – корпус; 8 – бұрамданы салқындату үшін судың құйылуы; 9 – судың шығарылуы.

 

25 сурет - Пластмассалы оқшаулағышты сымға жағуға арналған бұрамда

                           престің жұмыс бөлігінің қиындысы

 

1 – мысты ток өткізегіш желі; 2 – желі бетіндегі жартылай өткізгіш экран; 3 – желінің полиэтиленді оқшаулануы; 4 – оқшауланған желі бетіндегі жартылай өткізгіш экран; 5 – мысты лентадан жасалған экран; 6 – бірге қосылып бұралған кабельдың үш желісі бетіндегі мыстан және текстильді лентадан жасалған бандаж; 7 және 9 – толықтырғышы бар полиэтиленен жасалған қорғаныш қабықшасы; 8 – алюминилі лентадан жасалған сауыт.

26 сурет- Полиэтиленнен жасалған қорғаныс қабығы бар және оқшауланған үш орамды күшейткіш кабель

Сварка және желімдеу. Көптеген термопластты пластмассалар, металдар сияқты, сваркалау арқылы жақсы байланысады. Пластмассаларды сваркалау кезіндегі қыздыру ыстық ауа ағысы арқылы жүзеге асырылады. Жоғарғы жиілікті өрісте қыздырылатын сварка да айтарлықтай табысты. Сонымен қоса сәйкесті желіммен пластмассаларды бір бірімен және басқа материалдармен желімдеу де қолданылады.

Термоактивті пластмассалардан жасалған өнімдердің қасиеттері пластмассаның құрамы мен престеу тәртібіне байланысты болады. Мысалы, кеңінен таралған К-21-22 (толықтырғышы бар крезолформальдегидті термоактивті смола) маркалы пресс-ұнтақты компессионды престеу (тәртібі: пресс-формадағы меншікті қысым  25—30 МПа, пресс-форма температурасы  155 – 160° С, қысым әсеріндегі және қыздыру барысындағы пресс-формадағы 0,5 – 1 мин  уақыт төзімділігіне престелетін өнімнің 1 км сәйкес келеді) кезінде келесі қасиеттерге ие болатын өнімдер алынады: тығыздығы 1,33 1,40 Мг/м3; созу барысындағы шекті беріктік кем дегенде  30 МПа, сығылу кезінде 150 МПа; меншікті тұтқырлығы  4,2  кДж/м2–тан кем емес; Мартенс бойынша жылу төзімділік 120   128° С; жылу өткізгіштік коэффициенті 0,16 – 0,22 Дж/(м•К); сызықты кеңеюдің температуралық коэффициенті α=(4,9 – 5,3)• 10-5 K-1; ылғал сіңіруі 24 сағ массада 0,25%-дан аспайды; меншікті кедергісі кем дегенде 5• 1010 Ом•м; tgδ кем дегенде 0,05 (қалыпты температурада және 50Гц жиілікте).

 

17.1 кесте – Пластмасса қасиеттері


      Негізгі

  компоненттер


Тығыздық, г/см3


Температура, ° С


Қатаңдық, Мн/м2 (кгс/мм2)


Созы-лу кезін-дегі серпі-мділік моду-лі, Гн/м2 (кгс/мм2)


Тұтқырлық,
кдж/м2


Бұзылу қысымы, Мн/м2 (кгс/мм2)


Полимер


Толық-

тырғыш


бөлі

ну кезінде


сығылу кезінде


май-ыст-ыру кезінде

Термопласттар<


Полиэтилен



0,945


60—80


45—60 (4,5—6,0)


0,4—0,55

(40—55)


бұзылмайды


20—40

(2—4)


40—80

(4—8)


20—30 (2—3)

 

 



1,38


60—70


130—160 (13—16)


3—4

(300—400)


100—120


40—60

(4—6)


80—120

(8—12)


80—120 (8—12)

Поливинилхлорид


Полистирол



1,047


75—85


140—150 (14—15)


3—4

(300—400)


10—15


35—40 (3,5—4)


80—110

(8—11)


80—90 (8—9)

 

Термопластиктердің қасиеттері. Плиэтиленен, полистиролдан және басқа да полярлы емес полимерден жасалған пластмассалардың tgδ толықтырғыштарсыз төмен болады. Плиэтиленен және полистирол араластырылғанын есептемегенде бұл пластмассалардың кемшілігі қызуға төзімділігінің төмендігі болып саналады.

Поливинихлоридтен жасалған пластмассалар (талшықтарсыз және пластификаторсыз), яғни винипласттар, қалыңдығы 0,3тен 10 мм аралығындағы жапырақтар түрінде дайындалады. Жапырақтарды бірінің үстіне бірін қойып қыздырған кезде тұтас жасалған пластина немесе тақтай түріндегі материалдар алынады. Сонымен бірге винипласттардан құбырлар, стержндер және әр түрлі фасонды бұйымдар дайындалады. Винипласт  созу барысындағы шекті беріктік кем дегенде  50 МПа болады, бөліну алдындағы салыстырмалы ұзару 10 нан 50% дейін, меншікті тұтқырлық кем дегенде 120 кДж/м2; ол көптеген еріткіш және химиялық активті заттарға байланысты өте аз мөлшерде гигроскопиялық және жоғарғы төзімділікке ие. Винипласттың электр оқшаулаушы қасиеттері: ρ=1013 Ом•м; ρs=1014 Ом; εr=3,2 – 4,0; tgδ=0,01÷0,05; Eпр=15÷35MB/м. Мартенс бойынша жылу төзімділік 65°C-тан  төмен емес.

Винипласт әр түрлі  электрлік аппаратураларда оқшаулаушы қызметін атқарады, әсіресе жоғарғы ылғалдылық жағдайында және химиялық активті заттар әсерінде, бірақ салыстырмалы төменгі жумыс температурсынада қолданылады.

 

Әдебиеттер тізімі

 

1. Богородицкий Л.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электро­технические   материалы. 2-е изд. - Л.: Энергоатомиздат, 1985. -304 б.

2. Корицкий Ю.В. Электротехнические материалы. 3-е изд.-М.: Энергия, 1985.-319 б.

3. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники.- М.:  Высшая школа, 1990.-306 б.

4. Антипов Б.Л., Сорокин В.С., Терехов В.А. Материалы электронной техники. Задачи и вопросы. -М. : Высшая школа, 1990. -208 б.

5. Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В. Корицкого. - т.1-3. - М.: Энергия, 1987.

6. Бекмагамбетова К.Х. Электротехническое материаловедение.- Алматы: «Ғылым», 2000.-256 б.

7. Алиев И.И., Калганов С.Т. Электротехнические материалы и изделия. - М.: Academia, 2005. – 280 б.

   

Мазмұны 

Кіріспе                                                                                                                           3

1 Диэлектриктердің тесілуі                                                                                        4

2 Газ тәрізді диэлектриктердің тесілуі                                                                      6

3 Сұйық диэлектрикті тесіп өту                                                                               11

4 Қатты диэлектриктерді тесіп өту                                                                          13

5 Диэлектриктердің химиялық, физикалық және механикалық    қасиеттері    15

6     Диэлектрлік заттар                                                                                             27

7    Сұйық диэлектриктер                                                                                          31

8  Қатты диэлектриктер                                                                                             41

9 Талшықты материалдар                                                                                         66

10 Электроизоляциялық лак маталар                                                                      66

11 Каучук және резенке                                                                                            66

12 Балауыз тәрізді диэлектриктер                                                                            67

13 Қатты анорганикалық диэлектриктер                                                                 67

14 Слюда (Ақық)                                                                                                        70

15 Қағаз және кортон                                                                                                70

16 Пластмассалар                                                                                                       74

17 Пресс-ұнтақт және фасонды бұйымдарды дайындау                                       75

Әдебиеттер тізімі                                                                                                       78