新型绝缘材料的研究

新型绝缘材料的研究

摘要：随着化学工艺的进步和化学研究的发展，绝缘材料方面的研究已经越来越深入。新型绝缘材料的更新换代已经与电有关行业的紧密相关，可以说，新型绝缘材料的发展就代表着很多行业的发展了。所以，我们必需认识、了解绝缘材料的特点，尤其是对新型绝缘材料的研究，已经刻不容缓。以下，我们主要研究关于电工方面的新型绝缘材料。

关键词：电工新型绝缘材料

绝缘材料如何定义呢？

绝缘材料：电阻率为109～1022 Ω·C m的物质所构成的材料在电工技术上称为绝缘材料，又称电介质。简单的说就是使带电体与其他部分隔离的材料。绝缘材料对直流电流有非常大的阻力，在直流电压作用下，除了有极微小的表面泄漏电流外，实际上几乎是不导电的，而对于交流电流则有电容电流通过，但也认为是不导电的。绝缘材料的电阻率越大，绝缘性能越好。电工常用的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。常用的无机绝缘材料有：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。有机绝缘材料有：虫胶、树脂、橡胶、棉纱、纸、麻、人造丝等，大多用以制造绝缘漆，绕组导线的被覆绝缘物等。混合绝缘材料为以上两种材料经过加工制成的各种成型绝缘材料，用作电器的底座、外壳等。绝缘材料的作用主要是在电气设备中把电势不同的带电部分隔离开来。如：发电机的绝缘漆；高压电缆；绝缘手套、绝缘棒；各种电器的线路连接的绝缘套等。

在高压电气设备中，除了在某些场合采用空气、SF6作为绝缘电解质，液体和固体电解质也被广泛采用，如作为固体电解质的电工陶瓷、绝缘纸板、玻璃等，作为液体电解质的变压器油、电容器油等。由于液体和固体电解质的绝缘强度比

气体高得很多，用他们做电气设备的内绝缘时可使绝缘尺寸缩小、设备绝够紧凑。此外，载流导体的支撑需要固体电解质；液体电解质还可以兼做冷却和灭弧电介质。由液体和固体电解质构成的内绝缘的电气性能具有如下特点：

（1）电解质的电气强度一般不受外界大气条件变化的影响；

（2）固体电解质构成的绝缘属非自恢复性绝缘，一旦发生击穿就造成不可逆转的破坏；

（3）液体和固体电介质在运行中会逐渐老化，导致绝缘性能下降、寿命缩短。

绝缘材料的分类很多，而我们电气专业则应该主要考虑电工方面的新型绝缘材料。

电工绝缘材料的重要性：电工绝缘材料是能阻止电流通过的材料，它的电阻率很高，通常在106-1019Ω·m范围内。一般的电机、电气设备都是由导体材料、碳性材料、绝缘材料和结构材料构成的，除绝缘材料之外，其他都是金属材料，电机、电气在运行中，不可避免地要受到温度、电、机械的应力和振动，有害气体、化学物质、潮湿、灰尘和辐照等各种因素的作用，这些因素对绝缘材料的影响比对其他材料更明显，可以说，绝缘材料对这些因素更为敏感，容易变质劣化，致使电工设备损坏。所以绝缘材料是决定电机、电器运行可靠性的关键材料。随着运行时间的延续，绝缘材料必然要老化，并且其老化速度要比其他材料快，所以决定电机、电器使用寿命的关键材料也是绝缘材料。

电工绝缘材料的分类：

电工绝缘材料共分为八大类：

（1）漆、可聚合树脂和胶类：有溶剂漆，无溶剂可聚合树脂、覆盖漆、防晕漆、半导电漆、硬质覆盖漆、瓷漆、胶粘漆、熔敷粉末、硅钢片漆、漆包线漆、丝包线漆、灌注胶、包封（浇注）树脂、胶泥、腻子。

（2）树脂浸渍纤维制品类：漆布、漆稠、合成纤维漆布、上胶布、玻璃纤维漆布、混织纤维漆布、防晕带、漆管、树脂浸渍无纬绑扎带、树脂浸渍适型材料。（3）层压制品、卷绕制品、真空压力浸胶和引拔制品类：有机底材层压板、真

空压力浸胶制品、无机底材层压板、防晕板及导磁层压板、有机底材层压管、无机底材层压管，有机底材层压棒、无机底材层压棒、引拔制品。

（4）模塑料类：木粉填料为主的模塑料、石棉填料为主的模塑料、玻璃纤维填料为主的模塑料、云母填料为主的模塑料、其他有机填料为主的模塑料、无填料塑料。

（5）云母制品类：云母纸、柔软云母板、云母带、换向器云母板、电热设备用云母板、衬垫云母板、云母箔、云母管。

（6）薄膜、粘带和柔软复合材料类：薄膜、薄膜上胶带、薄膜粘带、织物粘带、树脂浸渍柔软复合材料、薄膜绝缘纸柔软复合材料、薄膜漆布柔软复合材料、薄膜合成纤维纸柔软复合材料、薄膜合成纤维非织布柔软复合材料、多种材质柔软复合材料。

（7）纤维制品类：非织布、合成纤维纸、绝缘纸、绝缘纸板、玻璃纤维制品、玻璃毡、上胶纸。

（8）液体类：变压器油、电缆油、超变油、合成芳香烃绝缘液体、有机硅绝缘液体。

电工绝缘材料发展趋势：

绝缘材料作为基础材料，其决定电机、电器工业的水平，每一种新型电机、电气产品的开发，都必须由新型绝缘材料的开发作为先导。

20世纪80年代，开始出现新的F、H级绝缘材料体系，相继开发了聚酯亚胺、聚酰亚胺亚胺、聚酰亚胺、聚马来酰亚胺、聚二苯醚等耐热性绝缘漆、粘合剂和薄膜，以及改性环氧、不饱和聚酯、聚芳酰胺纤维纸及其复合材料等系列新产品。电工产品耐热等级大多提升为B级，在冶金、吊车、机车电机等特殊电机中开始采用新的F、H级绝缘材料。

20世纪90年代，相关机构大规模的自主开发F、H级绝缘材料，使其性能得到提高，如改性二苯醚、改性双马来酰亚胺、改性聚酯亚胺漆包线漆、聚酰胺酰亚胺漆包线漆、聚酰亚胺漆包线漆、F、H级玻璃纤维制品、高性能聚酰亚胺薄膜、F级环氧粉云母带等。无溶剂浸渍树脂和快干浸渍漆得到迅速发展，少胶粉云母带、VPI（真空压力浸渍）浸渍树脂开始应用。

为提高绝缘材料的技术水平，20世纪80年代开始引进国外先进制造技术和设备，对提高我国绝缘材料整体水平起到了重要作用，与20年前比较，增加了200多个品种，年产量是20年前的4倍，目前从高压绝缘到低压绝缘，从发电设备、输变电设备到用设备绝缘，从A级绝缘到C级（200℃级）绝缘，基本上可以满足国内需要，形成产品众多、门类齐全、符合国情的绝缘材料产品体系，并出口80多个品种到20多个国家和地区，包括美国和欧洲、日本、澳大利亚、韩国等。电机、电气以及电子工业的发展，对绝缘材料提出了更高的要求，必须促进绝缘材料的发展。今后一段时期将大力发展对电工产品有重大影响的产品以及技术水平高、国内外市场前景好、对行业发展有有较大带动效用的产品。

（1）大型发电设备配套的关键绝缘材料。重点是高性能的F级多胶粉云母带、F 级少胶粉云母带及VPI浸渍树脂。

大型发电设备和输变电设备都向着高压大容量的方向发展，要求绝缘材料具有高的介电强度、低得介电损耗与良好的耐电晕腐蚀能力，大型发电设备还要求具有热态下的高力学性能。

（2）发展500kv及以上输变电设备和无油化配电设备用关键绝缘材料。重点是高强度无气隙层压制品、高压开关和干式变压器用浇注胶及配套材料、户外用绝缘材料等。

（3）中小型电机用新型F、H、C级绝缘材料、节能绝缘材料和资源保护型绝缘材料。重点是F、H级VPI浸渍树脂和低温快固化浸渍漆，高固体量漆包线漆，水溶性浸渍漆、新型F级薄膜及H级柔软复合材料、F级合成纤维纸和非织布。（4）高、低压电器用新型绝缘材料。重点是低压电器和汽车电器用新型热固性塑料、增强型热塑性塑料和高压电器用耐电弧塑料。

（5）发展高档电子绝缘材料，重点是聚酰亚胺薄膜绕性覆铜箔板和高性能封装材料。

（6）家用电器用绝缘材料，扩大绝缘材料应用范围。

在发展各种新产品时，要发展环境协调型产品，重视绝缘材料产品制造工艺中废气、废液的回收，减少排放、减少污染以及执行环境管理体系认证标准（ISO14000）等都符合我国的长远国策。今后，开发和选用绝缘材料必须考虑其对环境的可能影响。

绝缘材料由化学物质组成，在其制造、使用和废弃时，对人类生存环境可能造成有害影响，人们应关注以下几点：①毒性，绝缘材料应是无毒的，或是低毒的，但实践证明，石棉、有机溶剂等都是重点控制对象②火险性，大多数电器火灾常常是由绝缘材料击穿、烧损或使用不当引起的。为防止火患，各国陆续通过法规或标准加强对使用有机绝缘材料的电气产品及零部件的防火安全性的要求及管理。现在，阻燃性已成为相当一部分电气产品及元器件设计时选用绝缘材料的决定性指标。

应考虑绝缘材材料对环境的可能影响，目前绝缘材料及其组成在大气中的含量，还不会i造成实际的影响，但绝缘材料及其挥发性组分多是化学稳定性的，在大气中不易分解，寿命很长。因此，减少挥发性物质用量和排放以及绝缘材料的回收利用，减少对环境的可能影响，也引起更多的关注。

从技术方向考虑，根据国家发展的需要及国内外市场需要，还将发展一批重大关键技术。

为适应变频电机的发展，研究开发变频绝缘材料及制造技术，为变频电机配套的绝缘材料应具备的特性如下：有较高的耐热性能，有较优良的耐电晕、耐局部放电、耐腐蚀等方面和性能。

不同耐热等级的变频绝缘材料其基本树脂也不同，如F级可以选用环氧树脂、聚酯亚胺等。电力机车配套的H级、200级变频绝缘材料选择聚酰亚胺等为基本树脂，再采用纳米技术填充足量的TiO2 ,Al(OH)3 SiO2 或云母粉粒，可以改善其耐电晕、耐局部放电性能，这方面我国已初获成功。

应用纳米技术发展绝缘材料，将纳米级（范围在1-100mm之间）粉料均匀地分散在聚合物树脂中，也可以采取在聚合物内部形成或外加纳米级晶粒或非晶粒物质，还可形成纳米级微孔或气泡，由于纳米级粒子的机构特征使复合型材料表现出一系列独特而又奇异的性能，使纳米材料发展成极有前景的新材料领域。目前我国已经开展了这方面的研究，并获得一定的成功。纳米材料的应用必将为许多传统的绝缘材料无法达到的新异能性，开辟了新材料、新技术的发展前景。

结论：从80年代开始以来，新型绝缘材料不断更新换代，我国也从80年代开始引进国外技术和设备来提高我国绝缘材料整体水平。电工绝缘的八大材料，各有各的发展前景，关键点在于如何将它们的利用率提升到最高。而电机、电气以及

电子工业的发展，对绝缘材料提出了更高的要求，必须促进绝缘材料的发展，如采用纳米级技术发展绝缘材料。总而言之，绝缘材料的发展与各行各业息息相关，我们必须不停地开辟新材料的发展路径。

参考文献

《高电压技术》（第二版）中国电力出版社

《高电压工程基础》机械工业出版社

《绝缘材料便查手册》中国电力出版社

《绝缘材料工艺学》化学工业出版社