Curs 8

CLASIFICAREA MATERIALE ELECTROIZOLANTE

Numarul mare existent şi dezvoltarea extrem de rapidă a producţiei de materiale electroizolante pune în mod deosebit necesitatea unei clasificări a materialelor existente. Criteriile de clasificare sunt:

Clasificarea după sarea de agregare, criteriu discutat într-o prelegere anterioară. Clasificarea după stabilitatea termică: această clasificare imparte materialele dupa clase de izolaţie. Această clasificare prezintă dezavantajul ca se referă la sisteme de izolaţie şi nu la materiale propriu-zise , iar pe de altă parte nu oferă posibilitatea alegerii unui material pentru condiţiile impuse de un anumit scop si loc.

Clasificarea dupa compoziţia chimică: este relativ uşor şi comod de lucrat cu aceasta clasificare (mai ales din punct de vedere didactic) unele materiale se împart în materiale organice şi materiale anorganice. Legătura dintre aceste categorii mari realizăndu-se cu ajutorul materialelor siliconice (compusi organici ai siliciului realizaţi pe cale sintetică), se pot indica pentru fiecare categorie , in funcţie de compoziţia chimică anumite proprietaţi precum si domenii de utilizare. Clasificarea după enciclopedia materialelor electroizolante: constituie o clasificare adoptată de Comitetul Electrotehnic Internaţional în funcţie de condiţiile de forma şi stare finală a materialelor . În această clasificare se ţine cont de materialele ce necesită pentru utilizare acelasi mod de prelucrare.

8.1. CLASIFICAREA MATERIALELOR ELECTROIZOLANTE DUPĂ STABILITATEA TERMICĂ

Folosind drept criteriu de clasificare stabilitatea termică, materialele electroizolante se împart în clase de izolaţie şi au caracteristica comună temperatura maximă la care pot fi utilizate timp îndelungat. Pentru determinarea stabilităţii termice, pe lângă temperatură, se pot utiliza şi mărimi electrice (constante de material) ca de exemplu scăderea rigidităţii dielectrice cu creşterea temperaturii (vezi STAS 10242/1–75 şi STAS 10514/1–70), mărimi fizice sau mărimi mecanice.

O clasă de izolaţie cuprinde materialele care au o stabilitate termică comparabilă, la o temperatură de serviciu dată. Acestea sunt:

Clasa Y – (90°C) - Materiale textile pe bază de celuloză, fire poliamidice, hârtii celulozice, cartoane – neimpregnate, polietilenă, polistiren, PVC, cauciuc natural vulcanizat etc.

Clasa A – (105°C) - materale textile pe bază de celuloză, fire poliamidice, hârtii celulozice, cartoane, impregnate cu lacuri uleioase, oleorăşinoase şi oleobituminoase, precum şi lichide electroizolante, folii poliamidice, de triacetat de celuloză, materile combinate, folieprespan, leteroid, cauciuc pe bază de butadienă cu acrilnitril şi cauciuc pe bază de clorbutadienă ,etc…

Clasa E – (120°C) Emaliluri polivinilacetolice, poliuretanice sau epoxidice pentru conductoare. Mase plastice fenolice cu umplutură organică, stratificate pe bază de hârtie (de tip pertinax) şi de ţesătură (de tip textolit). Răşini epoxidice, poliesterice, poliuretanice.

Clasa B – (130°C) Materiale pe bază de mică sau hârtie de mică fără suport sau cu suport din hârtie sau ţesătură organică, precum şi pe bază de fire de sticlă şi azbest – impregnate cu lacuri oleobituminoase, bachelitice epoxidice, poliuretanice, gliptalice. mase plastice cu umplutură anorganică. Stratificate pe bază de fire de sticlă şi azbest. Emailuri teraftalice pentru conductoare.

1

Clasa F – (155°C) Materiale pe bază de mică sau hârtie de mică fără suport sau cu suport anorganic, precum şi pe bază de fire de sticlă şi azbest – impregnate ciu răşini alchidice, epoxidice, poliesterice, sau cu răşini siliconice modificate etc

Clasa H – (180°C) Materiale pe bază de mică sau suport, sau cu suport anorganic, sau pe bază de fire de sticlă sau azbest – impregnate cu lacuri siliconice. Mase plastice cu umplutură anorganică. Cauciucuri siliconice.

Clasa C –(>180°C) Materiale anorganice (mica, sticla, ceramica, marmura, azbestul etc.). materiale pe bază de mică, samica, fără suport sau cu support din fire de sticlă – impregnate cu compuşi anorganici sau răşini siliconice cu stabilitate termică peste 220 °C. Politetrafuoretilena (teflon), etc.

Clasificarea materialelor în clase de izolaţie este în prezent nesatisfăcătoare deoarece se referă la grup e de materiale ce pot intra în constituţia unui sistem de izolaţie, dar nu oferă posibilitatea alegerii unui material pentru condiţiile impuse de un anumit scop sau loc de utilizare. Ca urmare este căutat un alt criteriu de clasificare a materialelor, propus de către Comitetul Electrotehnic Elveţian şi adoptat de CEI (Comisia Eletrotehnică Internaţională). Această clasificare cuprinde în fiecare grupă materiale de aceeaşi formă şi stare finală, care necesită pentru utilizare acelaşi mod de prelucrare.

8.2. CLASIFICAREA MATERIALELOR ELECTROIZOLANTE DUPĂ COMPOZIŢIA CHIMICĂ

Este relativ uşor şi comod de lucrat cu aceasta clasificare (mai ales din punct de vedere didactic) unele materiale se împart în materiale organice şi materiale anorganice. Legătura dintre aceste categorii mari realizăndu-se cu ajutorul materialelor siliconice (compusi organici ai siliciului realizaţi pe cale sintetică), se pot indica pentru fiecare categorie , in funcţie de compoziţia chimică anumite proprietaţi precum si domenii de utilizare.

Importanţa practică acestei clasificări constă în necesitatea grupării după natura chimică a materialelor destinate unui domeniu dat de temperaturi de utilizare, deci unei clase date de izolaţie. Astfel materialele organice prezentate în primele clase de izolaţie nu pot fi asociate materialelor din clasele (H) şi (C), sau invers.

8.2.1. MATERIALE ELECTROIZOLANTE ORGANICE

Materialele electroizolante sunt în marea lor majoritate materiale organice. Dacă numărul cunoscut al combinaţiilor anorganice este de circa 40000 , numărul combinaţiilor cunoscute depăşeşte 1000000. Această diversitate se datorează carbonului care se poate combina cu hidrogenul , sau prin legături covalente cu oxigenul , sulful , azotul , halogenii etc.

Materialele electroizolante organice, după starea de agregare se împart în: gazoase; lichide; solide ultimile două, fiind subclasate în funcţie de origine.

8.2.1.1. GAZE ELECTROIZOLANTE

Materialele electroizolante gazoase servesc in electrotehnică fie pentru izolaţia aparaturii de înaltă tensiune, fie ca mediu de răcire, fie drept medii pentru evitarea oxidării sau coroziunii materialelor conductoare sau izolatoare.

2

Permitivitatea gazelor este aproape de unitate, datorită polarizabilităţii lor şi a densităţii foarte reduse. Polarizarea de oxidare fiind practic neglijabilă, gazele respectă relaţia lui Maxwell.

Conducţia gazelor se datoreşte prezenţei ionilor şi electronilor liberi în gaze apăruţi sub acţiunea unor factori externi.

Pierderile prin ionizare pot conduce la încălziri excesive şi la străpungerea dielectricului ce conţine incluziuni gazoase.

Rigiditatea dielectrică a gazelor, la temperatură constantă, depinde de densitate şi de presiune. Proprietatea gazelor de a avea rigiditate dielectrică marea la presiuni scăzute (aproape de vid) este utilizată în practică la fabricarea condensatoarelor cu vid pentru tensiuni şi frecvenţe ridicate, iar rigiditatea mare a gazelor la presiuni ridicate, la folosirea acestora în aparatură, cablurile şi condensatoarele de înaltă tensiune.

Cel mai utilizat dintre dielectricii gazoşi este aerul deoarece constituie elementul izolant între părţile active şi carcasă în toate construcţiile electrotehnice uscate. Aerul prezintă neajunsul că favorizează oxidarea şi coroziunea metalelor din componenţa maşinilor, aparatelor şi instalaţiilor electrice. Remediul se realizează prin utilizarea azotului ca mediu dielectric, iar dacă este impusă acesutia şi funcţia de agent de răcire se utilizează hidrogenul. Deşi hidrogenul are rigiditatea dielectrică de aproximativ 15 ori mai mică decât aerul, se utilizează ca dielectric şi agent de răcire mai ales în maşinile electrice de puteri mair, deoarece are densitatea de asemenea mai mică (de aprox. 15 ori) decât aerul deci pierderile prin fiecare sunt corespunzător mai mici. Pe de altă parte căldura masică, conductivitatea termică şi transmisivitatea (solid– gaz) este mai mare decât a aerului. Hidrogenul prezintă însă neajunsul că în amestec cu oxigenul, în anumite condiţii, devine exploziv.

Gazele electronegative, constituie o categorie importantă de dielectrici gazoşi îndeosebi pentru utilajele antideflagrante din industria extractivă. Aceste gaze au mare afinitate pentru electroni datorită uşurinţei cu care clorul şi fluorul din compoziţia lor formează ioni negativi. În consecinţă prezenţa lor împiedică formarea arcului electric sau a scânteilor evitând astfel pericolul exploziei gazelor de mină. Cele mai utilizate gaze electronegative sunt: – hexafluorura de sulf (SF6) şi – perdluorcarbonii.

8.2.1.2. MATERIALE ELECTROIZOLANTE ORGANICE LICHIDE

Dielectricii lichizi sunt reprezentaţi mai ales de către uleiurile de diferite nature care în timpul exploatării îşi păstrează starea lichidă.

După natura lor uleiurile se clasifică şi se subclasifică astfel:1) Uleiuri naturale: – vegetale (uleiul de ricin);

– minerale (uleiul de transformator, uleiul de condensator, uleiul de cablu).

2) Uleiuri sintetice: – clorurate de tip askareli (pentaclordifeni, pentaclordifenil+ triclorbensen) având denumiri comerciale ca: clophen, permitol, sovol, sovtol etc. Aceste uleiuri sunt nainflamabile, neoxidabile, cu bună stabilitate chimică şi electrică.

Alte lichide electroizolante ca benzolul, toluenul şi diferiţi esteri organici nu se utilizează de obicei ca atare şi mai ales ca solvenţi pentru prepararea lacurilor electrotehnice.

La conductivitatea gazelor s-a scos în evidenţă că le sunt dielectrice cât timp li se aplică un câmp electric mai mic decât cel de ionizare. În criogenie se întâlnesc adesea cazuri în care gazele lichefiate au atât rolul de agenţi criogenic cât şi de dielectric. Gazele în stare lichidă (ca heliul,

3

azotul, neonul, hidrogenul etc.) prezintă proprietăţi dielectrice comparabile sau uneori chiar mai bune decât uleiurile electrotehnice. Proprietăţile dielectrice ale lichidelor criogene ca şi ale dielectricilor ce sunt lichizi la temperatura ambiantă, nu diminuează sensibil în prezenţa impurităţilor. Ca urmare menţinerea acurateţei dielectricilor lichizi este o necesitate parţială.

Uleiurile minerale sunt obţinute prin distilarea fracţionată a ţiţeiului. Ele constituie amestecuri în hidrocarburi parafinice (CnH2n+2), naftenice (CnH2n) şi aromatice(CnH2n–6), care determină prin proporţia lor caracteristicile uleiului. Atât rafinarea cât şi recondiţionarea unui ulei vechi comportă tratarea cu acid sulfuric pentru îndepărtarea impurităţilor, apoi neutralizare cu hidroxid de sodiu, spălare cu apă, decantare şi centrifudare, urmate de uscare şi filtrare astfel ca să fie eliminate orice urme de apă şi impurităţi în suspensie. Într-un ulei de bună calitate hidrocarburile parafinice nu trebuie să depăşească 30% şi nici cele aromatice să nu atingă această proporţie, deoarece primele măresc vâscozitatea şi ritmul de îmbătrânire, iar celelalte se descompun sub acţiunea arcului sau descărcărilor degajând o cantitate de carbon (semiconductor). În schimb hidrocarburile naftenice trebuie să fie cel puţin în proporţie de 60%. Uleiurile minerale se utilizează în transformatoare şi cabluri ca dielectric având rigiditate mare şi tg δ bună şi în întrerupătoare ca izolant şi mediu de stingere a arcului.

În exploatare calităţile uleiurilor se alternează sub acţiunea câmpului electric, temperaturii, oxigenului şi contactului cu alte corpuri (metale şi dielectrici solizi). Ca urmare proprietăţile uleiului variază cu temperatura şi frecvenţa, ceea ce a impus elaborarea unor norme de verificare periodică a uleiurilor din transformatoarele şi agregatele de mare importanţă tehnică şi economică. Proprietăţile uleiurilor se determină pe baza normelor din standarde, cum sunt: STAS 286–79, STAS 6799–78, STAS 6798–73, STAS 8908–76, iar în afara acestora pe baza normelor interne ale fabricilor producătoare.

Uleiurile sintetice se utilizează mai ales în construcţia condensatoarelor deoarece prezintă permitivitate mai mare decât cele minerale ceea ce permite reducerea volumului, la aceeaşi capacitate, cu 30–40%. Din cauza conţinutului de clor care se degajă sub acţiunea arcului electric şi formează şi acidul clorhidric în combinaţie cu hidrogenul, aceste uleiuri prezintă pericolul de toxicitate şi de coroziune a conductorilor şi a dielectriclor. De aceea se evită folosirea lor în transfomatoare şi întrerupătoare fără măsuri speciale de precauţie. Unele material organice solide sunt solubile în uleiurile clorurate sau fluorurate. Din această caută se evită punerea în contact a difenililor cu fenolii sau masele plastice care conţin fenoli. Uleiurile sintetice fluorurate nu prezintă dezavantajele askarelilor şi pot fi utilizate şi pentru transformatoare însă şi unele şi altele sunt mai scumpe decât cele minerale.

Lacuri electroizolante: sunt soluţii coloidale în solvenţi volatili ale răşinilor, bitumurilor, uleiurilor sicative şi ale altor substanţe care formeaza baza lacului. Ele se utilizează pentru impregnare, cînd se numesc lacuri de impregnare , la lipire cînd se numesc lacuri de lipire, şi la acoperire (emailare) când se numesc lacuri de acoperrire.

În compoziţia lacurilor intră: baza, solventul, diluantul şi adausurile speciale. Baza lacului este formată din răşini naturale, răşini sintetice, bitumuri, uleiuri sicative, esteri de celuloză.

Solventul este un lichid care se evaporă uşor. El poate fi nepolar (benzina, petrolul) cînd se utilizează la dizolvarea substanţelor nepolare sau slab polare(bitumuri, uleiuri sicative), polare (alcooluri acetona) când baza este polară (răşini esteri de celuloză) , aromatic (benzen, xilen, toulen) când baza sete aromatică (polistiren).

Diluantul este un lichid care se utilizează în scopul micşorării vâscozitătii lacului, el poate să nu fie solvent pentru baza lacului respectiv.

Adaosurile speciale sunt:sicativi, plastificatori, coloranţi şi alte tipuri de substanţe.

4

Compundurile sunt amestcuri de bitumuri, răşini, uleiuri şi uneori ceruri sau colofoniu, în general fără solvenţi. Ele sunt solide la temperatură normală şi se utrilizează în primul rînd ca mase de umplere la manşoanele de cablu, apoi la impregnare şi acoperire. Pentru compundurile de umplere, în afară de proprietăţile electrice contează ductibilitatea, stabilitatea la frig, punctul de inmuiere şi contracţie. Pentru compundurile de impregnare conteaza calităţile electrice la temperatura normală de funcţionare a utilajului şi nehigroscopicitatea. Pentu compundurile de acoperire calităţile care se cer în mod deosebit sunt: nehigroscopicitatea, contractia la răcire, duritatea şi conductivitatea termică.

8.2.1.3 MATERIALE ELECTROIZOLANTE ORGANICE SOLIDE

Materialele organice solide sintetice posedă un număr mare de atomi de carbon pe moleculă şi se pot forma prin diferite procese chimice prin gruparea monomerilor în polimeri (sau macromolecule) cu mii de atomi de carbon pe moleculă.

Procesele de formare a macromoleculelor: polimerizarea; policondensarea şi poliadiţia, imprimă şi anumite proprietăţi specifice materialului format. Policondensarea: reprezinta un procedeu de formare a macromoleculelor in urma căruia rezultă şi diverse procese secundare (de obicei apă), Reacţia de policondensare este de forma :

nA (A’)n + B

unde : A - molecula substanţei iniţiale; n - numarul de molecule din aceasta substanţă care se unesc într-o macromoleculă de forma (A’)n ; B - substanţa secundara formată .

Policondensarea este o reacţie în trepte, adică adaugarea de noi monomeri la compusul in formare necesită aproximativ aceeaşi energie de activate şi aceeasi viteză de reacţie . Policondensarea poate fi întreruptă în orice stadiu si poate fi continuată în momentul dorit , ceea ce creează posibilităţi de realizare a unor produse deosebite de cele finale. În funcţie de natura substanţei iniţiale, macromoleculele rezultate din procesul de policondensare pot avea stuctură spaţială sau liniară ca in figurile prezentate în continuare. În cazul structurii spaţiale , forţele de legătură între molecule sunt importante , iar substanţa respectivă este insolubilă şi infuzibilă , deoarece este practic imposibil de a despărţi moleculele una de alta prin încălzire sau prin acţiunea vreunui solvent . În acest caz că produsul restectiv , răşina este termorigidă. (stadiul C).În cazul unei structuri liniare, forţele de legatură sunt mai reduse , iar substanţa respectivă este fuyibilă . Răşinile care posedă astfel de însuşiri se numesc termoplaste. Poliadiţia este ca şi policondensarea o reacţie în trepte. Nu apar produse secundare , la fel ca la reacţia de polimerizare. Produsul final are deci aceeaşi compoziţie chimică ca şi monomerii iniţiali de baza. Polimerizarea este un procedeu de aglomerare a moleculelor iniţiale , monomerii în macromolecule , polimerii , dupa reactia : nA (A)n unde : A - molecula monomer; n - numărul de monomeri ; (A)n este polimerul rezultat

Ca structură polimerii sunt aproape în totdeauna liniari şi deci termoplastici. Nefiind însoţit de formarea substanţelor secundare, polimerizarea dă nastere la produse cu calitaţi efective mai bune (in stare mai pură). Stabilitatea termica a acestor produse este în schimb mai redusă (structură liniară). Proprietăţile mecanice sunt însă mai bune , având rezistenţa mecanică superioară , putând fi utilizate in mod obişnuit ca mase plastice fără a mai fi necesară umplutura

5

Din punct de vedere a structurii moleculare materialele solide se pot grupa în: Micromoleculare (ceruri şi substanţe ceroase) Macromoleculare (răşini)

Proprietatea esenţială pe care structura o conferă corpului constă în comportarea acestuia la solicitări termice.

Cerurile şi substanţele ceroase (corpurile micromoleculare) au structură cristalină, cu un număr mic de atomi de carbon pe moleculă şi ca urmare temperatura lor de topire este redusă la 30–60 °C. Au avantajul că prezintă pierderi mici de energie (tg δ ≈ 10–4) şi practic independent de frecvenţă.

După originea lor cerurile pot fi : de origine animală (ceara de albine) , de origine vegetală (ceara de carnauba – extrasă din frunzele unui soi de palmier) , de origine minerală (ceara montană extrasă din carbunele brun). Substanţele ceroase se clasifică in :

- nepolare - parafina- cerezina- vaselina

- polare - uleiul de ricin hidrogenat - naftalina clorurată

Substanţele ceroase nepolare se caracterizează prin pierderi dielectrice reduse, chiar in câmpuri electrice alternative de frecvenţă mare, fapt explicabil prin polarizare electronică care are un caracter predominant. Parafina este un amestec de hidrocarburi saturate din seria Cn H2n+2. Se obţine prin distilarea păcurii rezultate din prelucrarea ţiţeilor parafinoase. Se mai poate obţine din cărbunele brun, huilă, lignit. Este incoloră sau albicioasă (dacă este pură) sau este galbenă dacă este oxidată sau impură. Serveşte, în general, la impregnarea materialelor electroizolante pe bază de celuloză. Impregnarea se poate face în vid la 100ºC ÷110ºC, ceea ce presupune uscarea prealabilă a materialului impregnat. Operaţiunea se poate executa şi fără uscare dacă se execută prin fierbere,în aer, la temperatura de 150ºC-170ºC.

Unul din dezanvantajele importante constă în fenomenul de contracţie, deosebit de pronunţat, ceea ce face ca porii materialului să nu ţie perfect umpluţi permiţând astfel pătrunderea umidităţii.

Avantajele parafinei – pierderi dielectrice foarte mici în câmpuri electrice alternative cu frecvenţă foarte mare fapt care justifică utilizarea la compunduri de impregnare şi umplere destinate să funcţioneze la frecvenţe foarte mari. Contracţia poate fi diminuată utilizând parafina cu adaos de 10% cerezină.

6

Cerezina se extrage din ozocherită. Are proprietăţi asemămătoare cu parafina, dar se deosebeşte prin : contracţie mult mai redusă la solidificare ; rezistenţă mare la oxidare ; temperatura de topire mai ridicată . Se utilizează la impregnarea şi umplerea condensatorului ; la realizarea unor compunduri pentru umplerea si impregnarea cablurilor. În scopul creşterii temperaturii de topire la valori de peste 100 ÷ 120o C parafina si cerezina au fost realizate pe cale sintetică. Vaselina se folosesc vaseline naturale si vaseline sintetice, vaselina naturală se obţine din ţiţeiul parafinos. Vaselinele sintetice reprezintă un amestec de ulei mineral cu parafină sau cerezină. Dupa gradul de puritate coloarea poate varia de la alb la brun. Proprietăţile sunt analogice cu ale parafinei. Vaselinele sunt utilizate, de regulă, pentru impregnarea condensatoarelor cu hârtie (fapt care conduce la creşterea rigidităţii dielectrice a hârtiei. Datorită constituţiei vâscoase, stratul dielectric devine mult mai omogen. Servesc deasemenea la protejarea unor piese metalice (din cupru sau din oţel), contra oxidării ţi a coroziunii ). Substanţe ceroase polare Prezintă o permitivitate dielectrică mare fapt pentru care sunt utilizate la impregnarea condensatoarelor cu hârtie în scopul realizării unor condensatoare cu capacitate mare şi volum mic. Uleiul de ricin hidrogenat se obţine prin hidrogenarea uleiului de vicin. După gradul de hidrogenare produsul final poate avea aspectul vâscos al unei vaseline sau poate avea structură cristalină. Naftalina clorurată se poate obţine prin clorurarea naftalinei. Reprezintă un amestec de triclornaftalină şi tetracornaftalină cu o structură microcristalină.

Răşinile sunt substanţe macromoleculare cu structură amorfă sau parţial cristalină, termoplaste sau termorigide, naturale sau sintetice sunt mult utilizate în industria electrotehnică servind dupa natura lor la fabricarea lacurilor electroizolante, a emailurilor, a maselor plastice , fibrelor şi foliilor

Materialele macromoleculare (răşinile) după natura lor pot fi: naturale: - animale: sellacul;

- vegetale: colofoniul - fosile: copalul (chihlimbarul),

Sintetice: - de polimerizare: polistiren, polivinilcarbazol, polietilenă, poliizobutilenă, policlorură de vinil, politetrafluoretilenă (sau teflon);

- de poliadiţie: poliuretani; epoxidice; - de policondensare: poliamide, poliesteri, carbamidice, fenolice, melaminice etc.)

Răşinile naturale sunt în prezent utilizate numai la prepararea unor lacuri şi compunduri, deoarece proprietăţile lor sunt sub nivelul celor de natură sintetică.

Şellacul este un amestec de acizi organici cu compozitie chimica complexa. Provine din secretia unor insecte din ASIA de sud est. Se prezinta sub forma unor solzi a caror culoare variaza,in functie,de gradul de puritate,de la portocaliu pana la brun roscat. Se remarca prin bune calitati de incleiere utilizandu-se,de preferinta, la prepararea lacurilor de lipire si rar pentru cele de impregnare. Prin incalzire,pelicula devine termorigida, ceea ce confera produselor o buna stabilitate termica. Salacul poate deveni termoplastic numai in urma unui tratament chimie. Fiind un material de import este frecvent inlocuita cu unele rasini sintetice(gliptalice si melaminice)

Colofoniu (sacâzul) este o raşină care se extrage din conifere. Are aspect semifluid, lipicios şi se descompune prin distilare in terebentina si colofoniu. In functie de material prima si de temperature de prelucrare, culoarea colofoniului poate varia de la alb transparent pana la negru. În amestec cu uleiul mineral, pentru a mării vâscozitatea acestuia, se utilizeaza la impregnarea izolaţiei

7

de hârtie a cablurilor de forta, sau la umplerea mufelor de cablu. Sarurile acizilor din colofoniu sunt utilizati I industria lacurilor ca sicativi. Colofoniul nu se poate utilize ca baza pentru lacuri,deoarece peliculele rezultante se cojesc şi crapă. Se utilizează şi ca fondant petru lipirea cuprului caci la 1500C dizolva oxidul de cupru.

Chihlimbarul privine din rasina unor conifere fosile şi se gaseste in cantitati reduse în spatial fostei URSS,in SUA, Polonia iar in Romania in muntii Buzaului. Se topeste la 2500....3000C,remarcandu-se printr-o foarte mare rezistivitate de volum(1020 ),o rigiditate dielectrica mare,si tg mic, precum si bune calitati mecanice. Fiind un material foarte scump se utilizeaza in realizarea unor piese mici, la fabricarea unor aparate electrostatice si la obtinerea unor lqa curi cu calitati deosebite.

Rasini sintetice de polimerizare Lungimea mare a macromoleculelor cu structură liniară conferă acestor răşini calităţi mecanice bune. Se utilizează mai rar ca materiale auxiliare, mai des ca materiala plastice de turnare sub presiune (extrudere) şi sub formă de pelicule. Pot fi utilizate la fabricarea maselor plastice fără a mai fi nevoie de umplutură, de aceea odată cu răşinile descrise se arată şi masele plastce obţinute din acestea. Răşinile din polimerizare pot fi nepolare şi polare.

Răşini de polimerizare nepolare:Dacă molecula monomerului iniţial este nepolară, atunci şi molecula polimerului obţinut va fi deasemenea nepolară, în procesul de polimerizare neproducându-şi modificarea compoziţiei chimice.

Răşinile de polimerizare nepolare şi masele plastice obţinute din acestea se remarcă prin valori mici ale permitivităţii relative şi ale tangentei unghiului de pierderi dielectrice, putând fi utilizate până la frecvenţe ridicate. Chimic, polimerii nepolari (cu excepţia teflonului), sunt hidrocarburi de tip nesaturat, (adică conţin legături duble).

Principalii polimeri nepolari utilizaţi în electrotehnică sunt: polistirenul;polietilenă; poliizobutilenă; polipropilenă; politetraflouretilenă(denumit şi teflon şi având denumirea abreviată PTFE).

Polietilena este un polimer cu molecule lungi, întâlnită şi la substanţe ceroase nepolare(parafină, cerezină) cu număr mic de monomeri. Lungimea considerabilă a moleculei schimbă îmsuşirile substanţei. Este un material elastic, având o alungire mai mare. În urma unui tratament cu raze X, temperatura de lucru poate atinge 150ºC, pe seama formării punţilor transversale între moleculele liniare ale polietilenei. Se livrează sub formă de peliculă. Sub formă de pulbere se utilizează pentru fabricarea izolaţiei cablurilor de înaltă frecvenţă prin metoda extinderii. Pentru a mări elasticitatea şi a uşura prelucrarea se amestecă cu poliizobutilenă, o răşină asemănătoare. Se sudează, nu există chituri care sa o lipească. O altă variantă a polietilenei este polietilena reticulată, având acele punţi transversale obţinute în urma prelucrării cu radiaţii α şi β; posedă calităţi mecanice superioare. Este cunoscută deasemenea, polietilena clorosulfonată (numită şi hipalon), obţinută prin introducerea de grupări clorosulfan (SO2Cl). Este mult mai rezistentă şi mai flexibilă decât polietilena netrată având temperaturi de utilizare între -50ºC...120ºC, dar cu calitatăţi electrice mai scăzute. Polietilena poate fi întâlnită sub formă de plăci, tuburi, folii, piese turnate, izolaţii de cabluri şi conductoare.

Polistirenul se obţine prin polimerizarea stirenului (C8H8), monomerul fiind un lichid transparent şi incolor la temperatura camerei. Polimerizarea se produce lent la temperatura camerei, dar poate fi accelerată prin căldura şi lumină, cu ajutorul unor substanţe de adaos numite catalizatori. Răşina obşinută este transparentă, termoplastică, practic nepolară, cu bune calităţi electrice, dar cu temperatura de inmuiere şi rezilienţa scăzute şi prezentând defectul de a fi inflamabilă. Pentru corectarea defectelor de mai sus s-au dezvoltat copolimerii stirenullui (în diverse variante şi diferite denumiri). Se utilizează sub formă de piese, plăci, tuburi, folii, fire, obţinute prin presare, turnare sub

8

presiune, injectare sau extrudere, precum şi sub formă de lacuri electroizolante. Polistirenul se pretează în toate stările şi formele sale ca dielectric în circuite de înaltă frecvenţă datorită pierderilor foarte mici (similar parafinei) în câmp alternativ. Din polistiren se fabrică benzi flexibile (stiroflex) pentru izolarea cablurilor de înaltă frecvenţă ca şi materiale poroase (stiporor) utilizate pentru izolaţii electrice, termice şi fonice, sau pentru ambalarea instrumentelor de măsură.

PTFE (teflon) este cea mai bună răşină sintetică, cu stabilitate termică peste 250 °C, păstrându-şi proprietăţile şi în domeniul temperaturilor criogene până în apropiere de 0 [°K]. PTFE se utilizează în condiţii de solicitări intense termice şi de umiditate, pentru maşini şi aparate electrice izolate în clasele H şi C. Se fabric sub formă de plăci, bare, tuburi, carcase şi folii (0,05–1,6 mm).

Dintre răşinile sintetice de polimerizare se utilizează frecvent în electrotehnică şi polimerii acidului acrilic, fie ca răşini tari (pexiglas) fie ca răşini de lipire (plexigum)

Răşinile de policondensare şi de poliadiţie sunt utilizate la fel, fie în stare solidă, fie în stare vâscoasă ca materiale de lipire sau ca bază a lacurilor. Câteva dintre aceste răşini sunt surprinse în tabelul următor, în care sunt prezentate şi răşinile siliconice deşi acestea, ca şi uleiurile siliconice constituie o categorie de trecere între materiale organice şi cele anorganice

Răşinile fenoplaste (sau bachelitice) se utilizează până la temepraturi de 150 °C pentru piese electroizolante, ca bază a lacurilor sau ca liant la fabricarea stratificatelor (pertinax, textolit etc.). Policondensarea se poate opri şi apoi continua după necesităţi. Cu catalizator bazic se obţine în timpul reacţiei între 100 şi 160 °C, bachelita A (Rezol) termoplastă, aproape vâscoasă, bachelita B (Rezitol) termoplastă, nerigidă; şi bachelita C (Rezit) termorigidă, durp insolubilă. Combinaţii între fenoplaste şi carbamidice, sau melaminice pot fi realizate pentru îmbunătăţirea unora dintre proprietăţi sau pentru diversificarea posibilităţilor de utilizare.

Răşinile poliamide se disting ca bază a emailurilor cu mare aderenţă în special la conductorii de aluminiu sub denumirea de izoperlon, izorelon. Poliesterii sub formă de fibre, hârtie, ţesături, filme sau folii transparente (nylon, bostarphan) se utilizează în construcţia transformatoarelor uscate şi a bobinelor pentru electromagneţi.

De asemenea se utilizează pentru materiale combinate (nuvolit, poliflex) sau ca support pentru produse pe bază de mică (H2Msi). Răşinile epoxidice prezintă ca o caracteristică esenţială aderenţă foarte bună la suprafaţa corpurilor şi se utilizează atât ca bază a lacurilor de împregnare mai ales pentru izolanţii în clasa F. Prezintă de asemenea mare rezistenţă la acţiunea arcului electric, mare rezistivitate de suprafaţă, foarte bune proprietăţi mecanice şi lipsă de incluziuni gazoase. Răşinile epoxidice se utilizează în amestec cu un catalizator (durifivator), fără a necesita solvenţi, ca răşini de turnare, de presare, de impregnare sau de lipire, ca şi pentru fabricarea stratificatelor cu ţesături de sticlă (sticlotextolit) sau a materialelor combinate pe bază de mică şi ţesături de sticlă.

Răşinile sintetice cu mare aderenţă cum sunt cele fenolice şi epoxidice se utilizează pentru fabricarea maselor plastice stratificate ca: – pertinax (umplutură din hârtie de cablu preimpregnate, suprapuse şi presate la cald); – textolitul (cu umplutură din ţesuturi textile); – sticlotextolitul ( cu umplutură din ţesătură de sticlă).

Din grupa materialelor electroizolante organice face parte şi celuloza şi derivaţii celulozei (esterii şi ecterii celulozei) Materialele elecroizolante din celuloză ocupă un loc important in izolatia electrică a dispozitivelor de putere de frecvenţă industrială, deoarece se fabrică din materiale prime relativ ieftine (lemn, bumbac), care, impregnate corespunzator pot functiona la tensiuni înalte.

Celuloza neimpregnata – constituie partea solidă esenăţială a plantelor, din care se extrage, prin separare de celelalte substanţe organice. Este o substanţă macromoleculară naturală cu gradul

9

de polimerizare 1000-2000. celuloza se obţine din lemnul de conifere, din bumbac, cânepă iută, etc. Fie prin procedeul acid –prin fierberea lemnului mărunţit intr-o soluţie acidă de bisulfit de sodiu, obţinându-se celuloza sulfit, fie prin procedeul bazic folosindu-se o soluţie de sulfat de sodiu şi hidroxid de sodiu, obţinându-se celuloza sulfat. Printr-un procedeu bazic modificat se obţine celuloza „kraft” cu foarte bune calităţi mecanice. Celuloza este un hidrant polimer de carbon, cu o structură macromoleculară. Proprietătile fizico-chimice esenţiale ale celulozei sunt: higroscopicitatea care reprezintă o caracteristică esenţială ce se datoreşte legăturii de hidrogen ce se stabileste între moleculele de apă şi grupările OH din molecula celuloză precum şi capilaritătii şi absorbţiei firelor (prezenţa umidităţii în material, modifică mult caracteristicile electrice) precum şi continutul de saruri, ce înrăutăteşte de asemenea proprietăţile celulozei.

Îmbătrînirea celulozei. Ca urmare a schimbărilor chimice ce au loc în structura celulozei, în special sub acţiunea oxigenului şi a căldirii, proprietăţile mecanice şi dielectrice ale celulozei scad , deci materialul îmbătrâneşte. Oxidarea este datorată oxigenului şi este acceterată în prezenţa unor oxizi metalici. Moleculele sunt depolimerizate, lungimea lor se micşorează ceea ce provoacă o diminuare a calităţilor mecanice. Oxigenul de nastere unor reacţii cu molecule de celuloză şi apă ceea ce conduce la creşterea de grupe polare şi a acidităţii existente, ceea ce reduce considerabil calităţile electrice ale materialului. De aceea la fabricarea celulozei se vor utiliza materii prime fără oxizi metalici sau aciditate, iar impregnarea va fi o metodă de bază în protejarea ei.

Căldura are ca efecte depolimerizarea, creşterrea aciditătii, creşterea cifrei de cupru, degajând gaze ce pot forma pungi în material. Aceste pungi gazoase favorizează descărcările parţiale şi străpungerea.

În majoritatea cazurilor in practică se utilizează sub formă de electroizolanţi nu celuloza simplă ci impregnată. Produsele impregnate prin astuparea porilor existenţi capătă rigidităţi dielectrice mult mărite, pierderi dielectrice acceptabile, bună stabilitate chimică şi proprietăţi mecanice satisfăcătoare. Prin impregnare se împiedică umezirea materialului, dimensiunile moleculelor de apă fiind fiind mai mari decât eventualii pori existenţi. Prezenţa unor pori mici are importanţă în cadrul solicitărilor de lungă durată; prin descărcările parţiale ce apar, se ajunge la o străpungere termică rapidă.

Celuloza se impregnează fie cu ulei mineral, fie cu uleiuri sintetice clorurate (askareli) sau cu alte lichide electroizolante. In cazul hîrtiei impregnate cu ulei mineral se poate observa că procesul de impregnare îmbunătăţeşte proprietăţile electrice ale produselor. În cazul hîrtiilor impregnate cu uleiuri sintetice clorurate, stabilitatea materialului la tensiunea de frecvenţă industrilă aplicatză un timp îndelungat este superioară celor impregnate cu ulei mineral.

Produsele din celuloză au cea mai mare utilizare în electrotehnică sub formă de: – hârtii (de condensator, telefonică, de cablu, hârtia suport pentru produse de mică); – cartoane (prespanuri); – fibra vulcan (leteroidul) este celuloză tratată cu clorură de zinc; – filme (triacetat de celuloză); ţesături (de bumbac, in, mătase naturală, mătase artificială); – tuburi linoxinice (sterling sau varnish). Produsele de hârtie, ţesături sau fibre se utilizează de obicei impregnate ca lacuri cleoase, răşinoase, cleobituminoase, în general organice.

În aceeaşi categorie de materiale se găseşte şi cauciucul natural, un produs obtinut din latexul arborelui de cauciuc. Din punct de vedere chimic este un polimer termoplastic al hidrocarburii naturale impregnate. Este un material slab polar, se înmoaie la 50ºC şi devine sfărâmiciosla temperaturi joase.Calitatea esenţială a cauciucului este elasticitatea. Alungirea la rurere ajunge la 400-500%, particularitate explcabilă prin forma in zig-zag a moleculelor.

10

Neajunsul principal este instabilitatea chimică (explicabilă prin prezenţa legăturilor duble în moleculă, una din ele fiind liberă.) şi gama relativ redusă de temperaturi (+10ºC .....+30ºC) în care-şi păstrează elasticitatea.

Pentru îmbunătăţirea şi lărgirea gamei temperaturilor de utilizare, cauciucul se vulcanizează, adică se amestecă cu sulf şi se incălzeşte. În timpul vulcanizării are loc un proces de polimerizare, ce constă în unirea între ele a moleculelor lungi de cauciuc prin punţi transversale. Cauciucul vulcanizat este termorigid. Vulcanizarea îmbunătăţeşte atât rezistenţa rezistenţa la încălzire cât şi la îngheţ şi măreşte rezistenţa mecanică fată de solvenţi. În funcţie de cantitatea de cauciuc şi sulf se obţin două produse distincte: la un procent redus de sulf (cca 4%) rezultă cauciucul vulcanizat moale sau guma care are o elasticitate mare (alungire la rupere 150-500%), iar la un procent de 25-30% sulf, se obţine cauciucul vulcanizat tare sau ebotina (un material rigid). Ebotina a fost larg întrebuinţată datorită bunelor proprietăţi electrice şi neelectrice şi este, in prezent, pe cale de inlocuire cu mase plastice din răşini sintetice, mult mai ieftine.

Cu toate calităţile sale mecanice şi electrice la care de adaugă ne higroscopicitatea, utilizarea cauciucului natural este limitată de următoarele dezavantaje:-se înmoaie la o temperatură nu prea ridicată;- la creşterea temperaturii devine inflamabil;-nu poate fi utilizat la înaltă tensiune, fiind atacat de ozonul format în prezenţa arcurilor electrice;-este atacat de produse petroliere;-este un material de import;

Cauciucul sintetic se fabrică din alcool etilic, păcură sau gaze naturale. Există mai multe varietăţi de cauciuc sintetic utilizat în electrotehnică: cauciucul butanic, perbunanul, neoprenul etc. Faţă de cauciucul natural cele sintetice prezintă calităţi electrice mai modeste, sunt mai puţin elastice şi prezintă o rezistenţă mai redusă la rupere şi sfâşiere. Prezintă, în schimb următoarele calităţi: -rezistenţă sporită la îmbătrînire; -se oxidează mai greu;-rexistă mai bine la temperatură;

Perbunanul se obţine prin copolimerizarea butadinei cu acrilnitrilNeoprenul rezultă din polimerizarea clorbutadinei. Ambele varietăţi de cauciuc menţionate,

sunt inferioare din punct de vedere al proprietăţilor electrice faţă de cauciucul natural, dar sunt stabile faţă de ozon, ulei mineral, benzină şi ozigen. Rezistă la o temperatură până la 120ºC. Perbunanul este semiconductor, fapt pentru care este folosit la fabricarea curelelor de transmisie care nu se electrizează prin frecare.

8.2.2. MATERIALE ELECTROIZOLANTE ANORGANICE

Materialele electroizolante anorganice cuprind câteva gaze, câteva roci naturale, cuarţul, azbestul şi mica.

Ca materiale electroizolante gazoase, în izolaţia electrică se folosesc: aerul, azotul, bioxidul de carbon şi hidrogenul precum şi gazele nobile: heliu, neonul, argonul, criptonul, xenonul.

Aerul conţine în proporţie de 78% (volum) azot şi 21 % (volum) oxigen, precum şi cantităţi mici de alte gaze ca: argon, bioxid de carbon, neon.

Gazele nobile se obţin prin distilarea fracţionată a aerului lichid şi sunt neuter din punct de vedere chimic. Gazele naturale se utilizează în izolarea unor cabluri, încondensatoarele cu gaz, în becurile electrice sau ca agent frigorific.

În domeniul rocilor naturale, numai marmura şi şistul au unele utilizări restrânse în electrotehnică.

11

Marmura este o roca metamorfă care se obţine în blocuri mari şi se poate prelucra mecanic la dimensiunile dorite. A fost utilizată pentru tablourile de comandă, dar a fost înlocuită în zilele noastre aproape complet cu materiale electroizolante moderne.

Şistul se foloseşte în special cel argilos care este o rocă densă sub formă de plăci care constă în principal în bioxid de siliciu. E adecvat pentru plăcile de bază ale demaratoarelor şi pentru alte aparate asemănătoare cu în clase de execuţie grea. Serveşte de asemenea ca material de umplutură în compoziţia unor mase de presare.

Cuarţul din punct de vedere chimic este un bioxid de siliciu (SiO2). Cuarţul cristalizează sub formă trigonal – trapezoidală. Cuarţul este unul dintre materialele cele mai răspândite pe pământ. În forma cea mai pură există în cristalul de stâncă. Mai frecvent, cuarţul apare sub forma mai puţin pură de cuarţit ca parte componentăa nisipurilor. În stare naturală, cuarţul se prelucrează în electrotehnică mai ales ca nisip cuarţos folosit pentru stingerea arcului electric în siguranţele fuzibile. Din materialul cuarţos se produc în forme rotative de centrifugare mai ales corpuri cu simetrie de rotaţie. Cuarţul şi sticla de cuarţ pot fi produse astăzi şi sintetic.

Cristalul de stancă datorită preţului mare aproape că nu se foloseşte, dacă se face abstracţie de utilizările piezo-electrice ale cuarţului. Făina de cuarţ se foloseşte ca material de umplutură în raşinile de turnare. Din sticla de cuarţ se produc lamele de acoperire pentru celulele solare şi baloane mici de sticlă la becurile cu tratogeni. Din materialul cuarţos se obţin izolatoare de susţinere pentru instalaţiile de desprăfuire electrostatică, încălzitoare de imersie. Starturile de bioxid de siliciu produse sintetic serversc pentru izolare în circuitele intergrate.

Asbestul este cel mai important pentru electrotehnică este crisolitul (hidroxilicat de magneziu), în structură fibroasă cu fire relativ lungi. Formula structurii cristalului este Mg3[(OH)4/Si2O5]; se cristalizează monochinal. Exploatarea azbestului se face la suprafaţă sau în subteran. Bucăţile de azbest cu fibra lungă se scot din roca dinamitată, se curaţă grosier,se sortează după lungimea fibrelor în diferite clase de calitate. Restul de rocă cu conţinut de azbest se introduce în mori speciale, de unde se colectează aşa –numita fibră de moară, un fel de vată moale.Gradul de valorificare al azbestului brut e mic în raport cu masa de stancă care se prelucrează, el depaşeşte rareori 5%, şi din această cauză, partea care poate fi prelucrată în fibre de filare însumează de la 5 până la 20%. Din fibrele lungi prin operaţia de filare se obţin fire care se prelucrează şi sub formă de ţesături, şnururi şi benzi. Fibrele scurte prin flotare în apă şi adăugarea unei cantităţi reduse de liant setransformă în hârtie respectiv mucava. Azbestul sub formă de fibre de lungimi diferite şi scame se utilizează ca material de consolidare şi umplutură în diferite formule de mase de presare, respectiv piese presate. Firele de azbest se folosesc, de asemenea, la izolaţia unor conductoare. Produsele de azbociment constau în proporţie de 80% din fibre de azbest măcinate şi 20% din ciment Portland. Azbocimentul se obţine prin amestecarea fibrelor de azbest cu ciment şi apă, după ce se presează sub formă de plăci sau direct ca piese. După întărire materialul prezintă rezistenţă mecanică ridicată.

Azbocimentul se caracterizează prin rezistenţa la arcul electric şi rezistenţă termică ridicată .Este rezistent la flacară şi la radiaţii termice mari şi poate fi expus laîn regim de durată la temperaturi de până la 350°C. Plăcile şi piesele de azbociment se folosesc pentru camere de stingere şi plăci suport solicitate termic. Fibrele de azbest se pot prelucra în fire, şnururi, ţesături, benzi, hârtie şi carton.Azbestul nu este un material electroizolant bun, dar este hygroscopic iar conţinutul de apă are mare importanţă asupra proprietăţilor sale electrice. Azbestul e rezistent la arcul electric si descărcări luminescete. Azbestul pur (cu un continut de 95 – 99 % ) suportă temperaturi de 400°C. Azbestul poate fi folosit numai la solicitări electrice modeste, însă

12

acolo unde sunt temperaturi mari sau condiţii chimice dure el este indispensabil şi astăzi. Pentru instalaţiile de înaltă frecventă nu este utilizabil.

Mica apare în natură în diferite tipuri, dintre care pentru electrotehnică douăprezintă mare importanţă:

– muscovitul sau mica potasică ;– flogopitul sau mica magneziană.Mica muscovit a fost mult timp cea mai utilizată datorită proprietăţilor electrice

excelente. Mica flogopit a fost mai mult folosită aplicatiile unde stabilitatea la temperature înalte avea o însemnătate deosebită.

Muscovitul e un silicat de potasiu – aluminiu de forma KAl2 (OH)2/AlSi3O10 iar flagopitul un hidrosilicat de potaiu-magneziu aluminiu.

Mica se extrage din mai multe părţi ale globului, în blocuri neregulate, prin exploatare la zi şi uneori în subteran. Mica este înglobată, de cele mai multe ori în filoane de ferospat şi cuarţ care sunt incluse în roca primitivă ( adesea granit).

Mica muscovit, denumită şi „rubimica“ este larg răspândită în lume dar surseleprincipale de exploatare sunt India, Brazilia şi SUA.

Mica flogopit denumită şi „ambermica“ este de asemenea larg răspândită dar principalele surse sunt: Madagascar, Canada, SUA şi Rusia. În Romania există zăcăminte limitate de mică muscovit. Proprietăţile micei depind în mare masură de puritatea şi structura ei cristalină. Mica perfectă e transparentă ca sticla dar de cele mai multe ori ea este puţin colorată. La muscovit predomină nuanţele deschise: verzui, galbui, roşiatec şi gri. Flogopitul este mai închis la culoare şi prezintă culori mai expressive ca: galben de chihlimbar, roşu şi brun.Culorile roşu – brun indică conţinutul de fluor, cele brune până la nergru conţinutul de fier, magneziu şi mangan. Mica se poate cliva uşor în foiţe subţiri, absolut uniforme, ca o consecinţă a rezistenţei mici a legăturii Van-der-Waals. Aceste foiţe sunt flexibile şi elastice. Mica este rezistentă la conturnare. Ceea ce caracterizează de asemenea mica este rezistenţa mare la străpungere electrică şi o mare rezistivitate de volum. Factorul de pierderi dielectrice depinde puţin de temperatură şi frecvenţă. Mica e rezistentă la arcul electric şi la descărcări luminescente. O foiţă transparentă de mică de 25 µm grosime lasă să treacă 90% din lumina vizibilă.

Mica are o mare rezistenţă la temperaturi ridicate care sunt limitate de temperature de calcinare. Aceasta e temperatura la care se degradează grupele hidroxilice. Mica devine la această temperatură tulbure şi îşi pierde rezistenţa. Această temperatură se situează la muscovit între 600 şi 800 °C,iar la flogopit între 700 şi 900 °C. Mica este sensilbilă de asemenea la variaţiile bruşte de temperatură.

Mica sintetică–fluorflogopit (Si3, AlO10 F2Mg3)K posedă multe din carateristicile naturale, şi în câteva privinţe este un material superior pentru aplicaţiile electrice, însă preţul foarte ridicat şi dificultăţile de fabricaţie îi restrâng utilizările. Din mică se realizează următoarele semifabricate: Plăci rigide – mica asamblată sub presiune cu sau fără căldură exterioară, sub formă de plăci rigide cu următoarele subcategorii: – miconită de colector – material rigid pe bază de mică, utilizat la separatoare izolante între lamele de colector. – termonicanita – cu rezistenţă la temperatura specificată – micanita de formare – poate fi formată la cald pentru scopuri generale – micanita dură

Materiale flexibile - mica asamblată, suficient de flexibilă pentru a putea fi aplicată prin bobinare sau înfăşurare, cu sau fără încălzire se împarte în urmatoarele subcategorii: – micanite şi micabenzi flexibile – mica asamblată sub forma de coli, foi şi benzi; – micanite si micabenzi flexibile; – micabenzi poroase

13

Sticla este materialul cel mai reprezentativ din grupa materialelor electroizolante anorganice produse sintetic .

Din punct de vedere fizic, sticla e un lichid subrăcit cu o structură amorfă. Aceasta este o consecinţă a faptului că vâscozitatea creşte aşa repede la întărire încât nu se pot forma nici un fel de cristale .Moleculele rămân astfel în distribuţie neordonată.

Sticla se obţine din amestecul mai multor oxizi din care cel mai important e bioxidul de siliciu care, de regulă, există ca nisip cuarţos. Alţi oxizi sunt: trioxidul de bor, trioxidul de aluminiu, oxidul de calciu.

Materialele folosite la fabricarea sticlei sunt: nisip feldspat, argilă, ecolină. Procedeul de obţinere a semifabricatului de sticlă constă în:turnare, trefilare, laminare, suflare, presare şi centrifugare.

Din sticlă se realizează izolatori de trecere, ţesături impregnate sau nu şi suporturi pentru produse pe bază de mică.

8.2.3. MATERIALE ELECTROIZOLANTE SILICONICE

Acestea formează o categorie aparte de dielectrici deoarece fac trecerea de la materiale organice la cele anorganice, reunind proprietăţile acestora. Ele sunt combinaţii oranice ale siliciului, având la bază gruparea siloxan (succesiune de atomi de siliciu–oxigen). polisioxanii (sau siliconii) pot avea macromolecule liniare sau arborescente (spaţiale), deci se pot prezenta fie în stare lichidă, fie în stare solidă.

După starea în care se află siliconii sunt: lichizi (uleiurile siliconice), vâscoşi (unsori), elastomeri (caucucuri siliconice) solizi (răşini).

Datorită grupării siloxanice stabilitatea termică a siliconilor este de peste 200°C, chiar 250°C şi îşi păstrează proprietăţile până la (–60°C). Rigiditatea uleiurilor siliconice este apropiată de 200 [kV/cm] iar factorul de pierderi este foarte mic.

Uleiurile siliconice se utilizează în transformatoare şi întrerupătoare speciale(antiexplozive), iar unsorile pentru protecţia contactelor electrice sau la ungerea matriţelor în care se toarnă răşini epoxidice (pentru a împiedica lipirea). Răşinile se utilizează ca bază a lacurilor siliconice prin dizolvare în toluen sau xilen (50–60% răşină).

Lacurile siliconice au la bază răşinile siliconice şi servesc pentru impregnarea ţesăturilor de sticlă (banda glasil); pentru materiale combinate pe bază de mică de tipul (S2MSi), (H2MSi) etc.; pentru fabricarea sticlotextolitului şi a micanitelor pe bază de samica sau romica; pentru impregnarea sistemelor de izolaţie ale maşinilor electrice de mare şi foarte mare putere (sistemul izotemax). Lacurile siliconice sunt nehigroscopice, neinflamabile, rezistente la curenţi supreficiali de scurgere şi au mare aderenţă la suprafaţa corpurilor (ceramice, sticle, metal etc.).

Cauciucurile siliconice se utilizează uneori cu inserţie de sticlă fie sub formă de benzi, fie ca izolaţie pentru cabluri şi prezintă proprietăţi asemenătoare răşinilor şiuleiurilor, remarcându-se prin proprietăţile mecanice excelente, iar din punct de vedere electric prin: – permitivitatea relativă la 106 Hz, ε = 2,8–8; – factorul de pierderi la 106 Hz, tg δ = 10–3; rezistivitatea de volum ρV = 1017 [Ωcm]; rezistivitatea de suprafaţă ρS = 1013 [Ω]; rigiditatea

14

dielectrică ES = 120–290 kV/cm. Cauciucurile siliconice cu proprietăţi superioare celorlalte tipuri de cauciucuri utilizate în electrotehnică.

Interesul tehnicii s-a concentrat în întregime asupra polimerilor lichizi, răşinoşisau cauciucoşi. Din punct de vedere tehnic, produsele siliconice se împart în acest sens în uleiuri siliconice, răşini siliconice şi cauciucuri siliconice.

Răşinile metilsiliconice sunt în general prea rigide pentru utilizările practice adăugarea grupelor de fenol nu înbunatăţeste numai comportarea elastică ci şi rezistenţa termică. Astfel, la raşinile siliconice sunt combinaţi aproape întotdeauna metilsiloxani şirespectiv fenilsiloxani.

Răşinile de impregnare pentru izolaţii după procedeul de impregnare sub vid şi presiune, pentru înaltă şi joasă tensiune, în special pentru motoarele de trecţiune de clasă H, sunt realizate pe bază de fenilmetilvinilhidrogen-polixiloxani cu catalizator încorporat de platină.

Răşinile siliconice sunt rezistente la conturnare, insesibile la efectul Corona şi la arcul electric. Rezistenţa la iradiere este de 2MGJ/Kg. Răşina siliconică este incombustibilă, în foc se produce bioxid de siliciu. Este în mare masură rezistentă la oxigen şi ozon şi prin aceasta rezistă la îmbătrânire. Răşinile siliconice sunt folosite la impregnarea înfăşurărilor maşinilor electrice foarte solicitate şi sub formă de răşini de turnare fără solvenţi.

Cauciucul siliconic are rezistenţa mecanică mai mică decât a altor elastomeri; este comparativ mai bun în domeniul temperaturilor coborâte şi mari. Cauciucul siliconic este în general, rezistent la conturnare şi descărcări luminoscente şi poate fi expus în funcţie de durată, unei doze de radiatie de 10-100 KJ/Kg. Câteva sorturi sunt apte de întrebuinţare până la -60oC; temperatura de îngheţ se situează întotdeauna sub -50oC, în formulări speciale chiar -100oC. Cauciucul siliconic poate fi considerat ca fiind neinflamabil; la flacară se produce un schelet silicic care încă mai asigură o izolaţie. Vaporii de apă sunt cei care acţionează nefavorabil asupra cauciucului siliconic. Chimic cauciucul siliconic nu este afectat de acizii slabi, alcalii, solvenţi polari sau soluţii de săruri corozive. Este rezistent la sulf şi compuşi de sulf sub acţinea cărora sorturile de cauciuc cunoscute se intăresc. În contact cu benzina, hidrocarburile alifatice clorurate şi solvenţii aromatici, cauciucul se umflă pierzând rezistenţa mecanică, iar cu acizii concentraţi îl distrug. Rezistenţa la ulei depinde de felul cauciucului siliconic. Acesta este sensibil la ozon, insensibil şi rezistent la intemperii, este inodor şi insipid şi inofensiv din punct de vedere fiziologic. În mare măsură este rezistent la ciuperci si bacterii. Principalele proprietăţiile electrice ale acestuia sunt prezentate în tabelul următor.

Cu cauciucul vulcanizabil la cald se produc plăci şi tuburi flexibile, se izolează conductoare şi cabluri. Plăcile de cauciuc se utilizează ca straturi interne pentru izolaţia de fază; tuburile flexibile izolate pentru conductele de conexiuni ale motoarelor foarte solicitate. Conductele de alimentare izolate asemănător se utilizează pentru cuptoare şi termoelemente, pentru bobinele de cursă inversă a bobinajului pe orizontală a aparatelor TV şi alte aparate solicitate termic.

De asemenea izolatoarele de trecere etanşe, la lichid pentru unele condensatoare se produc din cauciuc siliconic.

Cablurile de aprindere izolate cu cauciuc siliconic au dat rezultate la motoarele cu ardere internă.

Cablurile grele sunt în stare de funcţionare chiar în cazul unui incendiu mai multă vreme pentru că nu se formează nici o punte de carbon conductoare.

Tipurile de cauciuc siliconic vulcanizabile la rece, cu vâscozităţi diferite, corespund pentru fixarea prin turnare a pieselor electronice şi pentru încapsularea unor circuite întregi şi aparate. Este

15

de menţionat de asemenea folosirea pentru înfăşurarea statorică a cauciucului siliconic la unele motoare de curent trifazat.

Cauciucul siliconic posedă de acestea o excelentă capacitate de izolare în cazul impurtificărilor pronunţate.

Uleiuri siliconice sunt lichide transparente, clare, inodore si insipide. Proprietăţile lor sunt în mare masură determinate de gradul de condensare. Uleiurile siliconice sunt lichide izolante foarte valoroase. Permitivitate relativă scade cu temperatura de la 2,8 , pentru a atinge la 200°C valoarea 2,3. Factorul de pierderi variază în gama de temperaturi de la 0 la 200 °C şi în gama de frecvenţe de la 102 până la 107 Hz între 1 şi 2 x 10-4.

Sub influnţa radiaţiilor de mare energie, moleculele uleiurilor siliconice, parţial se reticulează, parţial se dregadează.

Pentru utilizarea în electrotehnică este inportant faptul că în cazul unui incendiu se produce ca rezid principal de ardere bioxid de siliciu, care spre deosebire de carbon nu este bun conducător. Uleiurile siliconice sunt rezistente la apă, oxigen şi o serie de substanţe chimice şi sunt atacate de acizi şi unele de alcalii. Ele sunt solubile în benzină, benzen, toluen, tetraclorură de carbon, esteri şi în carbon cu greutatea moleculară mai mare. Uleiul siliconic poate fi întrebuinţat ca lichid izolant şi ca lichid de inpregnare pentru cablu, condensatoare şi transformatoare, într-o gamă largă de temperaturi, dar din cauza preţului ridicat are o utilizare limitată. Datorită comportării hidrofuge este folosit adesea pentru acoperirea în strat subţire a izolatoarelor expuse unei atmosfere umede. Corpurile străine aderă pe pelicula siliconică mai greu decât pe glazura de porţelan, astfel izolatoarele tratate cu silicon sunt apărate de efectul corona mărindu-se substanţial şi tensiunea de conturnare la ploaie.

Asemănător acţionează pastele produse din ulei siliconic şi agenţi de îngroşare (de exemplu acid silicic pirogen), care în atmosfera inpurificată inpiedică curenţii de conturnare şi străpungerile pe izolatoare. Particulele străine sunt învelite şi prin aceasta se izolează una de alta şi de umiditatea de pe suprafaţa izolatoarelor.

Străduinţele depuse în acestă direcţie au condus în cele din urmă la material izolante care au făcut posibilă stabilirea claselor termice F (155°C) şi H (180 °C). Ambele clase sunt astăzi internaţional recunoscute. Conform normelor clasa termică F se poate satisface cu răşini siliconice modificate organic sau răşini echivalente, iar clasa H cu siliconi.

Tostuşi, de exemplu răşinile metil-siliconice superior reticulate nu corespund cerinţelor ce li s-ar pretinde pentru a intra în clasa H. Răşinile siliconice au durata de viaţă care în comparaţie cu cele ale răşinilor organice este cel puţin egală celor cunoscute din practica îndelungată pentru clasele de caldură A şi B ale răşinilor organice. De un interes deosebit pentru utilizarea siliconilor ca materiale electroizolante, este faptul că se pot obţine tipuri de răşini siliconice corespunzătoare „Normelor pentru materiale electrice antigrizutoase şi antiexplozive“ în ceea ce priveşte stabilitatea faţă de amestecuri de dizolvanţi şi abur din diferite grupe de inflamabilitate.

16