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工程塑料的絕緣強度介紹

工程塑料是所謂電絕緣材料，又稱為電介質(zhì)，是在外電場作用下能發(fā)生電導(dǎo)、極化、損耗、擊穿等現(xiàn)象的材料，且這種材料在自然環(huán)境中或工作環(huán)境條件下隨著時間的延長會發(fā)生老化，使性能變差或失去絕緣特性。這或許是絕緣材料的基本特點。

由于塑料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)特點，塑料可謂性能良好的電氣絕緣材料。除某些結(jié)構(gòu)中具有全共軛結(jié)構(gòu)的塑料品種和添加有導(dǎo)電填料的塑料品種外，絕大多數(shù)的塑料品種均具有良好的絕緣性，且在低頻低壓下與電場發(fā)生相互作用的幾率很少，就是在高頻高壓下，也有部分塑料品種仍具有良好的介電性能。

一、塑料的絕緣特性

塑料在外電場作用下同樣會發(fā)生電導(dǎo)、極化、損耗、擊穿等類似現(xiàn)象，且隨著時間的推移，它會受到自然環(huán)境和工作環(huán)境(如水分、熱量、紫外線等)因素的作用而發(fā)生老化，會發(fā)生從表面龜裂、開裂、粉化到破損等一系列的變化過程。所以說塑料完全具備了絕緣材料所具有的各種特點，故也稱之為良好的絕緣材料，這一特性也使塑料成為工業(yè)電機與電器使用的主要絕緣材料。

1. 電導(dǎo)性能?

絕大多數(shù)塑料品種不導(dǎo)電，用作絕緣材料的塑料品種更是如此。但實際絕對不導(dǎo)電的材料在世界上是沒有的?？勺鹘^緣材料的塑料在電場的作用下，都會有很小的電流通過，這一電流通過現(xiàn)象，被稱為漏電，通過的電流被稱為漏泄電流。

作為絕緣材料的塑料的電導(dǎo)性質(zhì)與金屬有本質(zhì)上的區(qū)別。金屬的電導(dǎo)完全由電子移動形成，電導(dǎo)率極大，電阻率極小。而作為絕緣材料的塑料主要由本身的離子或外來雜質(zhì)(水分、酸及其他物質(zhì))的離子移動形成的，電導(dǎo)極小，電阻率特別大。其另一特點是當(dāng)受直流電壓作用時，存在電流隨時間而衰落，并趨于一穩(wěn)定值的現(xiàn)象。通過作為絕緣材料的塑料的電流通?？煞譃楣怆婋娏鳌⑽针娏骱吐┬闺娏?。光電電流和吸收電流會隨時間而快速減小。而表征材料的絕緣特性的單位為電阻(Ω)，絕緣電阻是用絕緣材料隔開的兩個異體之間，在規(guī)定條件下的電阻率。絕緣電阻又分為材料內(nèi)部絕緣特性即體積電阻(Ω.cm)和材料表面絕緣特性即表面電阻(Ω)。體積和表面電阻率是表述材料絕緣特征的物理量，其電阻率數(shù)值越大，材料的絕緣性能就越好。

2. 電損耗特性

電損耗是作為絕緣材料的塑料從電變場中吸收，以熱的形式耗散的功率，通常以損害角正切或損耗因素表示。

對電介質(zhì)施以正弦波電壓時，外加電壓與相同頻率的電流間的相角之余角δ的正切值tanδ, 稱之為介電損耗角正切 (dielectric loss angle tangent) , 簡稱介電損耗。?

測試標(biāo)準(zhǔn) GB/T 1409-2006 固體絕緣材料在工頻、音頻、高頻（包括米波長在內(nèi)）下相對介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)的試驗方法。

3. 介電常數(shù)?

介電常數(shù)是指當(dāng)一個電容器兩極之間及其周圍全部都是由所指定的絕緣材料填滿的條件下，所測得的電容值與相同電極形式所測得的真空電容值之比。

4. 擊穿特性

當(dāng)施加于絕緣體兩端的外電場強度高于某--臨界值后，其電流突然升高，使絕緣體失去絕緣性能，至少暫時喪失絕緣性，通常把這種現(xiàn)象稱之為擊穿現(xiàn)象。表示這種現(xiàn)象的單位稱為擊穿強度(又稱介電強度)，也就是說材料可承受而不致于遭到破壞的最高電場強度、其數(shù)值為在規(guī)定的試驗條件下所發(fā)生擊穿電壓除以施加電壓兩電極間的距離所得的商 (kV/cm)。

二、塑料的電性能

使塑料在電場作用下，從極化性能的角度考察各種塑料，則可以將塑料大致地分成三類：

第一類是非極性的或者稍帶極性的塑料電介質(zhì)，主要有聚乙、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯和其他純碳氫的熱固或熱塑性塑料。它們常具有很小的介電常數(shù)(約22.8)，很小的介電損耗角正切(約為10^-810^-4)和較大的電阻率(約10¹⁶10¹⁸)，而且這些性能很少受外場頻率和溫度、濕度等影響。

第二類是極性大的材料，主要有增塑PVC及其共聚物、酚醛塑料、氨基塑料、纖維素塑料和尼龍等。它們一般具有比第一類大得多的介電常數(shù)(46)和介電損耗角正切(0.010.2)，電阻率也較低(10¹¹10¹⁴Ω)。

敏感類塑料是介于-二類之間的幾乎包括其他所有塑料。它們的介電常數(shù)和介電損耗角正切都是適中的，大約在3-5之間，tanδ在10^-3-10^-2間，而電阻率常在10¹⁴10¹⁶之間。其中性能較良好的有聚甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚碳酸酯、聚苯二甲酸二烯丙酯，氯化聚醚和聚酰亞胺等。它們的電性能列于表 1。

值得注意的是，塑料特別是第二三類塑料的電性能的條件性很強。隨著外場頻率、溫度、濕度、塑料組成和加工方法的改變，其性能數(shù)值變化較大。例如，純PVC 的ε值在45，tanδ 在10^-2數(shù)量級，而增塑后雖變化不大，但tanδ 值卻增大數(shù)十倍，尤其在高頻條件下，即使是純樹脂也受到樹脂制造方法的影響，通常乳液聚合法生產(chǎn)的PVC的電性能較懸浮法和本體法的差。普通環(huán)氧樹脂，在溫度低于熱畸變點時tanδ為10^-3-10^-2，然而在80100℃的畸變點范圍內(nèi)tanδ 迅速上升到0.1;同時其還與化劑有關(guān)-般酸酐固化的較胺類固化的具有更小的tanδ值。酚醛的介電損耗和耐壓強度與樹脂的交聯(lián)程度及其濕度含量有關(guān)。

至于塑料中添加劑對電性能的影響，一般認為，小分子的增塑劑等極性物質(zhì)的加人會增加材料的介電損耗，各種無機填料會明顯地降低塑料的耐電壓強度和電阻率，且介電損耗增加，即使是第一類的塑料，因加工中添加了穩(wěn)定劑等助劑或者加工混進了雜質(zhì)，或者材料發(fā)生了老化，也常常導(dǎo)致增大ε和tanδ值。此外，潮濕對塑料的介電損耗角正切和電阻率有很大的影響。當(dāng)塑料有吸濕性時，材料的體積電阻率和表面電阻率都下降，ε和tanδ都上升，塑料不吸濕也不潤濕時，則其電性能基本不變；塑料不吸濕但能被潤濕時，則表面電阻有一定程度的下降，有時導(dǎo)致ianδ上升。受水分影響較大的塑料有酚醛、脲醛、醇酸、尼龍、纖維素塑料和有纖維素和玻璃纖維填料的其他塑料;而有機硅和聚四氟乙烯塑料基本不受潮濕的影響。

表1　常用電氣塑料的電性能

工程塑料的絕緣強度介紹

電氣絕緣的破壞最終往往是以各種形式的擊穿表現(xiàn)出來，因此材料在典型環(huán)境條件下的長期耐電壓強度或極限耐壓強度是一個重要的數(shù)據(jù)。它是確定絕緣尺寸的主要依據(jù)。遺憾的是，由于影響因素的復(fù)雜性，那種特定的使用環(huán)境下的耐電壓強度與時間的依賴關(guān)系數(shù)據(jù)積累得很少，因而常常被實用上大量的經(jīng)驗所替代。

然而一般認為材料的熱老化和電暈在許多情況下是破壞絕緣的最通常和最主要的影響因素，因此材料的耐熱性和耐電暈性倒成為選用絕緣材料的經(jīng)常要考慮的問題。

反映絕緣材料耐熱性能的指標(biāo)是絕緣等級，例如電工上常用的聚酯薄膜在主絕緣中為E級，而在輔助絕緣中為B級;酚醛層壓板，由于紙基的抗熱性差通常只用作A級，而酚醛布板有時可作E級使用;苯胺酚玻璃布板可用于B級；線形醛壞和有機硅的玻璃布板是BF級材料；某些有機硅和DAIP玻璃布板可作H級應(yīng)用。