電工絕緣材料及其制品在電氣設備中還要承受機械負荷的作用，它的機械強度及其在機械作用下的形變能力更具有極重大的實際意義。如高壓開關中除承受電氣復合外必須承受開啟合攏的機械應力，特別是在電氣設備中作為支撐用的層壓制品、引拔制品、真空壓力浸漬玻璃纖維制品要求更嚴格。作為電工絕緣材料的力學性能標志的有拉伸強度、彎曲強度、伸長率、壓縮過程中的形變以及表示材料韌性的沖擊強度、表示材料剛性的硬度。作為粘接絕緣材料及其他材料的膠黏劑和絕緣油漆還必須有黏結強度和附著力的指標。 此外絕緣材料本身需要進一步加工，如層壓制品等，要經受車、銑、刨的機械加工，不分層、不丟渣、不損傷、不開裂，應具有優良的力學性能。云母帶、漆布帶、綁扎帶等在包線圈和綁扎過程也要求有適宜的拉伸強度和伸長率的指標。如纖維復合材料在作槽絕緣、相間、匝間絕緣時也要求材料本身的黏結強度，剪切而不分層；做襯墊時又足夠的撕裂強度；下線時做槽襯要有一定挺度。浸漬過時線圈和絕緣零件要耐一定的接卸碰撞和防塵，因此就要求漆膜有一定的硬度、韌性和附著力，不會受碰就丟渣，因此絕緣材料的力力學性能不僅是電氣設備運行的需要也是施工的要求。 溫度對電工絕緣材料的電性能和物理及力學性能都有極為嚴重的影響。大多數情況下，當溫度升高時，電工絕緣材料的基本性能都惡化（絕緣電阻、擊穿強度、介質損耗、拉伸強度、彎曲強度等都降低）。因此電工絕緣材料的性能與溫度的關系，在各種溫度下承熱能力以及絕緣材料自身的熱特性均很重要，如導熱性、玻璃化溫度等。 電機、電器及電纜等電氣裝置中導體及導磁體皆被絕緣材料所包圍，導電體及導磁體中熱損耗要穿過絕緣層至周圍的介質中去，因此絕緣材料的熱阻對導電體，導磁體的過熱也有影響。高壓設備中絕緣制品較厚，故導熱性更為重要。此外導熱性對熱擊穿時的擊穿電場強度及對熱沖擊的穩定性也有影響。導熱性用熱導率來表示，是指單位面積，單位厚度，溫度相差1℃時單位時間內通過的熱量（W/m•K），它是材料傳導熱能的熱性能參數。材料的熱導率與物質結構，溫度和濕度有關，不同的實驗方法，試驗結果也有差異。絕緣材料熱導率比金屬小得多，含氣體的多孔性絕緣材料也特備小；材料在浸潤，受潮以及外界壓力壓縮時熱導率增大，結晶介質比無定形體要大，大多數情況下隨溫度的增加而增大。 絕緣材料在熱態下的機電性能也是絕緣材料熱性能的表征。更主要的是電氣產品運行時，長期受熱的作用，絕緣材料性能會漸漸下降，材料變得越來越硬，越來越易斷裂，失去柔軟性、彈性，絕緣涂層開始與原來的底材分離，產生裂縫，喪失絕緣性能，層壓制品發生分層和粉化，喪失介電和力學性能等。因此電工絕緣材料能容忍最高的工作溫度而不致嚴重地降低其使用可靠性的可能就是絕緣材料最高允許的工作溫度，必須評定它的溫度指數及耐熱指數。溫度指數是在特定試驗條件下，規定的熱壽命時間所對應的溫度，耐熱指數由兩個溫度值組成，溫度指數對應的壽命減少一半時，相應溫度的差值，是電機設計人員選用絕緣材料耐熱等級的依據。溫度指數和耐熱指數的評定有常規法和熱重點斜法兩種，前者需時較長，約一年，后者則可縮短3/4~2/3評定時間。 許多絕緣材料在使用情況下，如飛機上的電氣設備，高海拔、高寒地帶的戶外輸變電設備、通訊設備等對其良好的機電性能。因為處于低溫時絕緣材料將變硬變脆，在受到振動時則易開裂而喪失絕緣性能，特別是超導體的線圈絕緣，要求液氮溫度下的工作更為引人注意。 吸濕性及吸水性 最易被水潤濕的物質是偶極性物質，特別是分子中含有—OH基團的物質。有機物質中，高分子無極性物質吸濕性及吸水性特別小；表面積特別大的材料，如纖維材料和多孔材料吸濕性和吸水性較高。絕緣材料從周圍介質中吸入水分，即可在空氣中吸收水分，也可以與液體直接接觸而吸收水分，如在高壓、超高壓和特高壓的輸變電線路及變電站的電氣設備，以及船舶、潛水艇上用的電機電器設備。因此測定絕緣材料的吸濕性和吸水性甚為重要，因為電介質受潮或吸水后電氣性能惡化嚴重。 溶解度和溶解性 它是衡量電工絕緣材料對各種液體介質的穩定性。如絕緣浸漬處理和油浸式變壓器中的絕緣件，多是絕緣材料或器件與液體介質直接接觸，因此判斷其形容性甚為重要。一般規律是分子中含有相似的基團則溶解較易。極性物質溶于極性液體介質；中性物質易溶于中性液體；非極性或弱極性的碳氫化合物易溶于液體碳氫化合物；含—OH基團的酚醛樹脂及其他樹脂易溶于醇及其他極性溶劑中。溶解度隨聚合物的增大而減低；線型結構聚合物以溶解，而網狀結構的聚合物極難溶解，但隨溫度升高溶解性也提高。 化學穩定性 絕緣材料對各種與它相接觸的物質侵蝕的穩定性也各異。在測量化學穩定性時，材料的試樣長期浸泡在使用時相近的條件下，試驗條件要考慮介質的濃度、溫度等，考察測試樣品的外形、質量及其他特性的變化如介電強度、拉伸強度和硬度等。 耐候性和耐環境性 絕緣材料的工作環境對絕緣材料的性能有很大影響。如濕熱帶的電氣設備要求絕緣材料的耐濕熱、耐鹽霧、防毒性能；在化工廠使用的電氣設備要求絕緣材料耐酸霧、耐SO2、耐Cl2等腐蝕性氣體；在原子能發電廠使用的電氣設備要求絕緣材料耐輻照、耐高能質子的照射；在戶外使用電氣設備要求絕緣材料紫外線照射、耐日照、雨水和凝露；在冷凍設備中的電氣要耐冷介質等。 絕緣材料有一大部分是B-stage狀態，必須在絕緣處理過程中進一步加工固化成型，如絕緣油漆、云母帶或板、預浸漬料、灌注或澆注料、模塑料等。因此它的工藝性很主要，如絕緣漆要求溫度低、固化快而穩定性好；黏度小而固體含量高，有利于線圈的浸漬。云母帶要求包扎時柔軟而服帖，能承受一定的拉力和適量的伸長率；云母帶應具有良好的貯存穩定性和合適的柔順性，同時應具有適宜的固化溫度和時間。而模塑料、環氧粉末涂料、預浸漬料均有相應的成型條件，所以絕緣材料為滿足使用工藝要求，按不同類別制定出相應的指標如黏度、細度、挺度、流動性、成型時間、貯存穩定性等。而絕緣材料的另一部分經固化的成型狀態，如引撥成型制品、真空壓力浸膠制品、復合材料、云母板及層壓制品等。 電氣設備是由多種絕緣性組合構成的絕緣結構，因此絕緣材料之間的相容性變得非常重要。如浸泡在變壓器油中的各種絕緣材料必須耐油；作浸漬絕緣處理的電機定子、轉子的繞組和槽絕緣、相絕緣等絕緣材料要和浸漬漆相溶，否則線圈受壓擊穿，絕緣漆不僅沒有絕緣提高絕緣性能反而引起其電磁線、槽絕緣的損傷，所以對絕緣材料的組合必須考慮其相容性。前者是用20~30個絞線對組成，用玻璃絲帶包扎成束，經浸漬漆處理后每兩根導線實際上式一個單獨的絞線對，可以獲得一個擊穿電壓數值，試樣在高于絕緣耐熱等級20~25℃中老化，每間隔250h取樣一次作擊穿電壓，知直到擊穿電壓低于3kV即為壽終。由此得出擊穿電壓與老化時間的關系，從而來評定相容程度。開口線圈法的試驗結果反映出熱態粘接強度高的剛性漆，擊穿電壓下降快，而柔性漆下降慢，老化大于1000h即為合格。 |