电阻系数大于107Ω·cm的材料在电工技术上叫做绝缘材料,它的作用是在电气设备中把电位不同的带电部分隔离开来。因此绝缘材料应具有良好的介电性能,即具有较高的绝缘电阻和耐压强度,并能避免发生漏电、击穿等事故;其次耐热性能要好,尤其是不因长期受热作用(热老化)而产生性能变化。此外,还应有良好的导热、耐潮和有较高的机械强度,以及工艺加工方便等特点。

(一)绝缘材料的分类

常用绝缘材料按其化学性质不同,可分为无机绝缘材料、有机绝缘材料和混合绝缘材料。

(1)无机绝缘材料。有云母、石棉、大理石、瓷器、玻璃、硫黄等,主要用作电机、电器的绕组绝缘、开关的底板和绝缘子等。

(2)有机绝缘材料。有树脂、橡胶、棉纱、纸、麻、蚕丝、人造丝等,大多用以制造绝缘漆、绕组导线的被覆绝缘物等。

(3)混合绝缘材料。由以上两种材料经加工后制成的各种成型绝缘材料,用作电器的底座、外壳等。

(二)绝缘材料的基本性能

绝缘材料的品质在很大程度上决定了电工产品和电气工程的质量及使用寿命,而其品质的优劣与它的物理、化学、力学和电气等基本性能有关,在修理电机和电器时必须合理选用。固体绝缘材料的主要性能指标有以下几项:

1.绝缘强度

绝缘材料在高于某一极限数值的电压作用下,通过电介质的电流将会突然增加,这时绝缘材料被破坏而失去绝缘性能,这种现象称为电介质的击穿。电介质发生击穿时的电压称为击穿电压。单位厚度的电介质被击穿时的电压称为绝缘强度,也称击穿强度,单位为kV/mm。

需要指出,固体绝缘材料一旦被击穿,其分子结构将发生改变,即便取消外加电压,它的绝缘性能也不能恢复到原来的状态。

2.绝缘电阻

绝缘材料的电阻率虽然很高,但在一定的电压作用下总有微小电流通过,这种电流称为泄漏电流。泄漏电流由两部分组成:一部分流经绝缘材料内部;另一部分沿绝缘材料表面流动。为了更清楚地表明材料的绝缘性能,通常用表面电阻率和体积电阻率两项指标对各种不同的绝缘材料进行比较。同一种绝缘材料,由于温度不同或表面状态(水分、污物等)不同,绝缘电阻值也会有很大的差异。随着温度的升高,体积电阻值将下降。绝缘材料受潮后,体积电阻值和表面电阻值都会降低。绝缘材料表面积污后,其表面电阻值也要下降。

3.耐热性

耐热性是指绝缘材料承受高温而不改变介电、机械、理化等特性的能力。通常,电气设备的绝缘材料长期在热态下工作,其耐热性是决定绝缘性能的主要因素。

绝缘材料在高温环境工作,其性能往往在短时间内显著恶化,如温升使绝缘材料软化,使绝缘塑料因增塑剂挥发而变硬、变脆等。绝缘材料在长时期的使用过程中,会发生物理变化和化学变化,使电气性能和力学性能变坏,这就是通常所说的老化。影响绝缘材料老化的原因很多,热是主要因素,温度过高会加速绝缘材料的老化过程。因此,对各种绝缘材料都规定了使用时的极限温度,并将绝缘材料按其正常运行条件下允许的最高工作温度,分成7个耐热等级,见表1-1。

表1-1　电工绝缘材料的耐热等级

续表

4.黏度、固体含量、酸值、干燥时间及胶化时间

绝缘漆是以高分子化合物为基础,能在一定条件下固化成膜或把其他材料粘接成整体的绝缘材料,因此也被列入固体绝缘材料的范围。绝缘漆分为有溶剂漆和无溶剂漆两类。有溶剂漆一般是以合成或天然树脂等为漆基,掺入适量的溶剂、稀释剂、颜料和填料等制成的。烘干或气干后,绝缘漆中的溶剂和稀释剂必须全部挥发,剩下的漆基、颜料和填料固化并附着在有关物体表面,形成坚韧的漆膜。无溶剂漆是由合成树脂、固化剂和活性稀释剂等组成的,活性稀释剂参与固化的化学反应,是漆基的组成部分,因此固化过程挥发物少。对于有溶剂绝缘漆,除了规定其固化后的性能指标以外,还对黏度、固体含量、酸值和干燥时间作出具体规定。对于无溶剂绝缘漆要规定其黏度及胶化时间。

5.机械强度

根据各种绝缘材料的具体要求,相应规定抗张、抗压、抗弯、抗剪、抗冲击等各种强度指标。各种不同的绝缘材料还有各种不同的性能指标,如渗透性、耐油性、伸长率、收缩率、耐溶剂性和耐电弧等。

(三)电工绝缘材料的型号

电工绝缘材料的统一型号一般由4位数字组成。

第一位数字是按绝缘材料的应用和工艺特征分类,其代号见表1-2。

第二位数字表示同一分类中的不同品种。常用标号表示为:

(1)漆、树脂和胶类:“0”表示浸渍漆,“3”表示瓷漆,“6”表示硅钢片漆。

(2)浸渍纤维制品类:“2”或“4”表示漆布、漆绸,“6”表示半导体漆布,“7”表示漆管。

(3)层压制品类:“0”表示层压纸板,“2”表示层压玻璃布板,“5”表示层压纸管,“6”表示层压玻璃布管,“7”表示纸棒,“8”表示玻璃布管。

(4)压塑料类:“0”表示电木粉填料压塑料,“3”表示玻璃纤维填料压塑料。

(5)云母制品类:“1”表示柔软云母板,“2”表示塑料云母板,“4”表示云母带,“5”表示换向器云母板,“7”表示衬垫云母板,“8”表示云母箔。

(6)薄膜、粘带和复合制品类:“0”表示薄膜,“5”表示薄膜绝缘纸和玻璃漆布复合箔。(www.daowen.com)

第三位数字表示耐热等级。

“0”表示Y级,“1”表示A级,“2”表示E级,“3”表示B级,“4”表示F级,“5” 表示H级,“6”表示C级。

第四位数字表示同一类产品的顺序号,以示配方、成分或性能的差别。

表1-2　绝缘材料按应用和工艺分类

例如,型号1031的绝缘材料,称为丁基酚醛醇酸漆。其型号表示为:

(四)电机常用绝缘材料

1.绝缘漆

(1)浸渍漆。采用浸渍的方法,将绝缘漆渗透到纤维或被渗件内部作填充绝缘的油漆,称为浸渍漆。主要用于浸渍电动机等电气设备的线圈和绝缘零部件,以填充其间隙和微孔,通过晾干或烘干化成一个整体。经过浸渍处理的产品,减少了受空气中氧气氧化的作用,提高了产品的电绝缘性、耐潮性、导热性、机械强度和使用寿命。它分为有溶剂浸渍漆和无溶剂浸渍漆两大类。

有溶剂浸渍漆是含有挥发性溶剂的浸渍漆。它具有渗透性好、储存期长、使用方便等特点。其缺点是浸渍和烘干时间长、固化慢,漆中溶剂可能对其他绝缘材料产生影响,挥发出的溶剂会污染环境并且也是一种浪费。

无溶剂浸渍漆与有溶剂浸渍漆的主要区别是,所用溶剂是活性溶剂,参与无溶剂浸渍漆基合成树脂的反应,溶剂挥发少。无溶剂浸渍漆的主要成分是合成树脂、固化剂和活性溶剂。特点是固化快、流动性和渗透性好、绝缘整体性好及固化过程挥发少等。它具有提高绝缘结构的导热性和耐潮性能,降低介电损耗和材料消耗,减少污染,提高质量和工效的优点。

(2)覆盖漆。采用喷、刷、辊、浸等方法,涂覆在金属、绝缘结构件、电磁线纤维层或线圈等的表面,起到增强电气绝缘或防护性能的漆称为覆盖漆。

覆盖漆品种很多,以漆的组分来分,有清漆和磁漆两种。漆中不含填料和颜料的为绝缘清漆,否则为绝缘瓷漆。绝缘清漆多用于绝缘零部件表面和电器内的涂覆,绝缘瓷漆多用于线圈和金属表面涂覆。

覆盖漆按其漆基树脂类型又可分为醇酸漆、环氧漆和有机硅漆。环氧漆具有更好的耐潮性、耐霉性、内干性、附着力以及漆膜硬度高等优点,能适用于湿热地区电机、电器零部件的表面覆盖。

覆盖漆有烘干和晾干漆。晾干漆的性能差些,储存不稳定,适用于不宜烘干的零部件的覆盖。

2.浸渍纤维制品

浸渍纤维制品是以棉布、棉纤维管、薄绸、玻璃纤维布(或管)以及玻璃纤维与合成纤维交织物为底材浸以绝缘漆制成,有绝缘漆布、绝缘漆管和绑扎带3种。

(1)绝缘漆布。它主要用作电动机绕组的对地绝缘、槽绝缘和衬垫绝缘。常用的是2432醇酸玻璃漆布(或带)。它的电气性能及耐油性、耐潮性都比较好,机械强度较高,并具有一定的防霉性能。

(2)绝缘漆管。它是由相应的纤维管作底材,浸以不同的绝缘漆,经烘干制成的棉漆管、涤纶漆管和玻璃丝管,适于作电动机等电气设备线圈的引出线或绕组连接线的绝缘套管。常用的是2730醇酸玻璃漆管。它具有良好的电气性能和力学性能,耐油性、耐潮性较好,但弹性较差。

(3)绑扎带。绑扎带是以经过硅烷处理的长玻璃纤维,经过整纱并浸以热固性树脂制成的半固化带状材料,又称无纬带。它主要用来绑扎电动机转子绕组的端部,替代无磁性的合金钢丝、钢带等金属。绑扎带在使用时承受较大的张力,因此要求其环抗张强度高。常用的是B17玻璃纤维无纬胶带(即无纬玻璃丝带)。

3.绝缘层压制品

绝缘层压制品又称积层制品或积层塑料。绝缘层压制品是以有机纤维或无机纤维、布作底材,浸涂不同的胶粘剂,经热压(或卷制)而成的层状结构的绝缘材料。采用不同的底材、胶枯剂含量、成型工艺,可制成不同的耐热等级以及不同机械、电气、理化性能的制品。常用的层压制品有3种:①3240层压玻璃布板;②3640层压玻璃布管;③3840层压玻璃布棒。这3种有机玻璃纤维的层压制品适宜做电动机、电器的绝缘结构零件,如绕组的支架、垫条、垫块、槽楔等。

4.压塑料

常用的压塑料有两种:①4013酚醛木粉压塑料;②4330酚醛玻璃纤维压塑料。它们都具有良好的电气性能和防潮、防霉性能,尺寸稳定,机械强度高,适宜做电动机、电器的绝缘零件。

5.云母制品

在电动机、电器工业中,需要用云母及其制品作高温绝缘材料,如电动机的整流子、电容器等。电工绝缘材料常用的是白云母和金云母。白云母具有玻璃光泽,无色透明;而金云母则近于金属和半金属光泽,常见的为金黄色、棕色或浅绿色,透明度稍差。它们都具有良好的电气性能和力学性能,耐高温,化学稳定性和耐电晕性好,并易于剥离加工。白云母的电气性能较金云母好,但金云母柔软性和耐热性能比白云母强。

常用的云母制品有云母带、云母板、云母箔和云母玻璃4种,由云母或粉云母、胶粘剂和补强材料组成。不同的材料组成不同特性的云母制品。胶粘剂主要有沥青漆、醇酸漆、环氧树脂漆、有机硅胶漆等。补强材料主要有云母带纸、电话纸、无碱玻璃布和云母玻璃布等。

6.粘带

粘带是指在常温或在一定温度和压力下能自枯成型的带状材料,分薄膜粘带、织物粘带和无底材粘带3类。粘带的绝缘性能好,使用方便,适用于电动机等电气设备绕组绝缘、包扎固定和电线接头的绝缘包扎等。

7.薄膜和薄膜复合制品

电工用薄膜及其复合制品。电工用薄膜是指由合成树脂制成的薄膜,其厚度大致为0.006～0.5mm,也可按需要制成更薄或更厚的薄膜。它被用来作为线圈和电线、电缆外皮的绕线绝缘层以及电容器的介质层。

复合制品是在薄膜的一面或两面粘合一层纤维材料(如青壳纸、漆布等)的一种复合材料。其作用是加强薄膜的力学性能、提高抗拉强度和表面平整度。常用的复合制品有聚酯纤维纸与聚酯薄膜合成的复合箔、玻璃漆布与聚酯薄膜合成的复合箔、绝缘纸与聚酯薄膜合成的复合箔等。其主要用于中、小型电动机的槽绝缘以及电动机、电器线圈的端部绝缘。