电工绝缘材料及其制品在电气设备中还要承受机械负荷的作用，它的机械强度及其在机械作用下的形变能力更具有极重大的实际意义。如高压开关中除承受电气复合外必须承受开启合拢的机械应力，特别是在电气设备中作为支撑用的层压制品、引拔制品、真空压力浸渍玻璃纤维制品要求更严格。作为电工绝缘材料的力学性能标志的有拉伸强度、弯曲强度、伸长率、压缩过程中的形变以及表示材料韧性的冲击强度、表示材料刚性的硬度。作为粘接绝缘材料及其他材料的胶黏剂和绝缘油漆还必须有黏结强度和附着力的指标。 此外绝缘材料本身需要进一步加工，如层压制品等，要经受车、铣、刨的机械加工，不分层、不丢渣、不损伤、不开裂，应具有优良的力学性能。云母带、漆布带、绑扎带等在包线圈和绑扎过程也要求有适宜的拉伸强度和伸长率的指标。如纤维复合材料在作槽绝缘、相间、匝间绝缘时也要求材料本身的黏结强度，剪切而不分层；做衬垫时又足够的撕裂强度；下线时做槽衬要有一定挺度。浸渍过时线圈和绝缘零件要耐一定的接卸碰撞和防尘，因此就要求漆膜有一定的硬度、韧性和附着力，不会受碰就丢渣，因此绝缘材料的力力学性能不仅是电气设备运行的需要也是施工的要求。 温度对电工绝缘材料的电性能和物理及力学性能都有极为严重的影响。大多数情况下，当温度升高时，电工绝缘材料的基本性能都恶化（绝缘电阻、击穿强度、介质损耗、拉伸强度、弯曲强度等都降低）。因此电工绝缘材料的性能与温度的关系，在各种温度下承热能力以及绝缘材料自身的热特性均很重要，如导热性、玻璃化温度等。 电机、电器及电缆等电气装置中导体及导磁体皆被绝缘材料所包围，导电体及导磁体中热损耗要穿过绝缘层至周围的介质中去，因此绝缘材料的热阻对导电体，导磁体的过热也有影响。高压设备中绝缘制品较厚，故导热性更为重要。此外导热性对热击穿时的击穿电场强度及对热冲击的稳定性也有影响。导热性用热导率来表示，是指单位面积，单位厚度，温度相差1℃时单位时间内通过的热量（W/m•K），它是材料传导热能的热性能参数。材料的热导率与物质结构，温度和湿度有关，不同的实验方法，试验结果也有差异。绝缘材料热导率比金属小得多，含气体的多孔性绝缘材料也特备小；材料在浸润，受潮以及外界压力压缩时热导率增大，结晶介质比无定形体要大，大多数情况下随温度的增加而增大。 绝缘材料在热态下的机电性能也是绝缘材料热性能的表征。更主要的是电气产品运行时，长期受热的作用，绝缘材料性能会渐渐下降，材料变得越来越硬，越来越易断裂，失去柔软性、弹性，绝缘涂层开始与原来的底材分离，产生裂缝，丧失绝缘性能，层压制品发生分层和粉化，丧失介电和力学性能等。因此电工绝缘材料能容忍最高的工作温度而不致严重地降低其使用可靠性的可能就是绝缘材料最高允许的工作温度，必须评定它的温度指数及耐热指数。温度指数是在特定试验条件下，规定的热寿命时间所对应的温度，耐热指数由两个温度值组成，温度指数对应的寿命减少一半时，相应温度的差值，是电机设计人员选用绝缘材料耐热等级的依据。温度指数和耐热指数的评定有常规法和热重点斜法两种，前者需时较长，约一年，后者则可缩短3/4~2/3评定时间。 许多绝缘材料在使用情况下，如飞机上的电气设备，高海拔、高寒地带的户外输变电设备、通讯设备等对其良好的机电性能。因为处于低温时绝缘材料将变硬变脆，在受到振动时则易开裂而丧失绝缘性能，特别是超导体的线圈绝缘，要求液氮温度下的工作更为引人注意。 吸湿性及吸水性 最易被水润湿的物质是偶极性物质，特别是分子中含有—OH基团的物质。有机物质中，高分子无极性物质吸湿性及吸水性特别小；表面积特别大的材料，如纤维材料和多孔材料吸湿性和吸水性较高。绝缘材料从周围介质中吸入水分，即可在空气中吸收水分，也可以与液体直接接触而吸收水分，如在高压、超高压和特高压的输变电线路及变电站的电气设备，以及船舶、潜水艇上用的电机电器设备。因此测定绝缘材料的吸湿性和吸水性甚为重要，因为电介质受潮或吸水后电气性能恶化严重。 溶解度和溶解性 它是衡量电工绝缘材料对各种液体介质的稳定性。如绝缘浸渍处理和油浸式变压器中的绝缘件，多是绝缘材料或器件与液体介质直接接触，因此判断其形容性甚为重要。一般规律是分子中含有相似的基团则溶解较易。极性物质溶于极性液体介质；中性物质易溶于中性液体；非极性或弱极性的碳氢化合物易溶于液体碳氢化合物；含—OH基团的酚醛树脂及其他树脂易溶于醇及其他极性溶剂中。溶解度随聚合物的增大而减低；线型结构聚合物以溶解，而网状结构的聚合物极难溶解，但随温度升高溶解性也提高。 化学稳定性 绝缘材料对各种与它相接触的物质侵蚀的稳定性也各异。在测量化学稳定性时，材料的试样长期浸泡在使用时相近的条件下，试验条件要考虑介质的浓度、温度等，考察测试样品的外形、质量及其他特性的变化如介电强度、拉伸强度和硬度等。 耐候性和耐环境性 绝缘材料的工作环境对绝缘材料的性能有很大影响。如湿热带的电气设备要求绝缘材料的耐湿热、耐盐雾、防毒性能；在化工厂使用的电气设备要求绝缘材料耐酸雾、耐SO2、耐Cl2等腐蚀性气体；在原子能发电厂使用的电气设备要求绝缘材料耐辐照、耐高能质子的照射；在户外使用电气设备要求绝缘材料紫外线照射、耐日照、雨水和凝露；在冷冻设备中的电气要耐冷介质等。 绝缘材料有一大部分是B-stage状态，必须在绝缘处理过程中进一步加工固化成型，如绝缘油漆、云母带或板、预浸渍料、灌注或浇注料、模塑料等。因此它的工艺性很主要，如绝缘漆要求温度低、固化快而稳定性好；黏度小而固体含量高，有利于线圈的浸渍。云母带要求包扎时柔软而服帖，能承受一定的拉力和适量的伸长率；云母带应具有良好的贮存稳定性和合适的柔顺性，同时应具有适宜的固化温度和时间。而模塑料、环氧粉末涂料、预浸渍料均有相应的成型条件，所以绝缘材料为满足使用工艺要求，按不同类别制定出相应的指标如黏度、细度、挺度、流动性、成型时间、贮存稳定性等。而绝缘材料的另一部分经固化的成型状态，如引拨成型制品、真空压力浸胶制品、复合材料、云母板及层压制品等。 电气设备是由多种绝缘性组合构成的绝缘结构，因此绝缘材料之间的相容性变得非常重要。如浸泡在变压器油中的各种绝缘材料必须耐油；作浸渍绝缘处理的电机定子、转子的绕组和槽绝缘、相绝缘等绝缘材料要和浸渍漆相溶，否则线圈受压击穿，绝缘漆不仅没有绝缘提高绝缘性能反而引起其电磁线、槽绝缘的损伤，所以对绝缘材料的组合必须考虑其相容性。前者是用20~30个绞线对组成，用玻璃丝带包扎成束，经浸渍漆处理后每两根导线实际上式一个单独的绞线对，可以获得一个击穿电压数值，试样在高于绝缘耐热等级20~25℃中老化，每间隔250h取样一次作击穿电压，知直到击穿电压低于3kV即为寿终。由此得出击穿电压与老化时间的关系，从而来评定相容程度。开口线圈法的试验结果反映出热态粘接强度高的刚性漆，击穿电压下降快，而柔性漆下降慢，老化大于1000h即为合格。 |