Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Архивы >> Высоконагревостойкая электрическая изоляция

Пропиточные составы - Высоконагревостойкая электрическая изоляция

Оглавление
Высоконагревостойкая электрическая изоляция
Введение
Материалы на основе природных слюд
Гибкие, формовочные и прокладочные материалы из природных слюд
Исследование свойств материалов из природных слюд
Электрические свойства природного фторфлогопита
Материалы на основе синтетических фторфлогопитов
Превращения в материалах на основе фторфлогопита под воздействием высокой температуры
Гибкие, формовочные и прокладочные фторфлогопитовые материалы
Исследование свойств материалов из фторфлогопита
Свойства формовочных и прокладочных материалов из фторфлогопита
Исследование свойств материалов на основе титансодержащего фторфлогопита
Пропиточные составы
Пропиточные составы на основе кремнийорганических связующих
Исследование свойств пропиточных составов при высоких температурах в разных средах
Свойства пропиточного состава на основе олигометилсилоксана, наполненного алундом
Покрытия
Органосиликатные, металлофосфатные и стеклокерамические покрытия
Исследования свойств покрытий
Свойства стеклокерамических покрытий
Заливочные компаунды
Фосфатные, органосиликатные и кремнийорганические заливочные компаунды и герметики
Исследование свойств заливочных компаундов
Свойства алюмосиликатфосфатных компаундов
Слоистые и композиционные пластики
Слоистые пластики на основе асбеста, стеклоткани и слюды
Исследование свойств слоистых пластиков при высоких температурах
Свойства слоистых пластиков на основе алюмофосфатов и стеклоткани или асбеста
Свойства слоистых пластиков на основе полиалюмоорганосилоксана и слюдопластовой бумаги
Свойства слоистых пластиков на основе фосфатов и нитевидных кристаллов
Композиционные пластики
Стекла
Стекла, микалексы и ситаллы
Исследование свойств стекол и материалов на их основе
Свойства новомикалексов
Свойства слюдоситаллов
Керамика из тугоплавких оксидов
Корундовая, периклазовая, бериллиевая, циркониевая керамика
Исследование свойств корундовых керамических материалов
Материалы из тугоплавких безоксидных соединений
Исследование свойств пиролитического нитрида бора при высоких температурах
Изоляция проводов
Изоляция проводов со стекловолокнистой изоляцией
Взаимодействие между проводниковыми и электроизоляционными материалами под воздействием высокой температуры
Исследование свойств изоляции проводов при высоких температурах
Свойства стекловолокнистой изоляции проводов
Системы электрической изоляции высокой нагревостойкости
Системы изоляции высоковольтного оборудования высокой нагревостойкости
Применение изоляции высокой нагревостойкости в электротехническом оборудовании
Применение изоляции высокой нагревостойкости в генераторах и трансформаторах
Применение изоляции высокой нагревостойкости в электромагнитных насосах
Применение изоляции высокой нагревостойкости в МГД машинах
Применение изоляции высокой нагревостойкости в тензорезисторах
Применение изоляции высокой нагревостойкости в электротермическом оборудовании
Заключение, литература

Глава третья
ПРОПИТОЧНЫЕ СОСТАВЫ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Пропиточные составы — жидкие в исходном состоянии системы (растворы, суспензии) и твердеющие при определенных условиях термообработки должны обладать низкой вязкостью, хорошо пропитывать обмотки электрических машин и аппаратов, а после отверждения — надежно цементировать их. Для работы при 300 °С и выше в настоящее время известны три основных типа электроизоляционных пропиточных составов: стекла, ненаполненные и наполненные неорганическими тугоплавкими веществами; наполненные фосфатные связующие и составы, состоящие из раствора элементоорганических полимеров и активных неорганических тугоплавких наполнителей.
В нашей стране нашли применение пропиточные составы, представляющие собой суспензии, полученные на основе продукта гидролиза тетраэтоксисилана, наполненного алундом и флогопитом (состав С-6М), алундом и фторфлогопитом (С-8М) или алундом и нитридом бора (К-13). Свойства этих пропиточных составов при кратковременном и длительном воздействии температуры до 700 °С в разных газовых средах подробно изучены [1, 2]. Недостатком этих составов является их нестабильность: после 24 ч хранения частицы наполнителя, оседая, соединяются между собой в агрегаты, образуя плотный осадок.
В последнее время проведены работы по улучшению технологии получения пропитывающих составов, увеличению срока их хранения, улучшению пропитывающей способности, механических свойств и повышению нагревостойкости. Получены новые пропиточные составы СПВ-9 и СПВ-20. Пропиточный состав СПВ-9 отличается от состава С-8М (СПВ-8) тем, что с целью увеличения кинетической стабильности, срока хранения и улучшения физко-механических свойств он содержит в качестве наполнителя алунд и фторфлогопит, химически активированные хлорсиланом, срок его хранения 90 сут.

Однако, так же как и состав СПВ-8, этот состав отличается невысокой пропитывающей способностью, связанной с наличием в смеси наполнителей фторфлогопита со средним размером частиц 15—25 мкм. Составы СПВ-8 и СПВ-9 ограничены рабочей температурой 900 °С, так как выше этой температуры начинается деструкция фторфлогопита, что может ухудшить сплошность и привести к растрескиванию отвержденного пропиточного состава.
Пропиточный состав СПВ-20 не содержит фторфлогопита. Его получают на основе кремнийорганического связующего (олигометилсилок- сана) с относительно малым содержанием углерода (что значительно снижает потери массы при повышенных температурах) и полициклической структурой, которая должна обеспечить при отверждении образование густосшитой механически прочной и термостойкой пространственной сетки, включающей в свою структуру частицы наполнителя - алунда. Содержание в этом составе однокомпонентного наполнителя улучшает его пропитывающую способность, а исключение из состава фторфлогопита  повышает верхнюю температурную границу его работоспособности.
Ниже приведены исследования химических и структурных превращений, а также электрических и механических свойств пропиточных составов СПВ-8, СПВ-9 и СПВ-20 при кратковременном и длительном воздействии температур до 850 °С в разных газовых средах.

ХИМИЧЕСКИЕ И СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В ПРОПИТОЧНЫХ СОСТАВАХ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ

Исследования химических реакций и структурных превращений, протекающих в пропиточном составе СПВ-8 [12] ив его компонентах — продукте гидролиза тетраэтоксисилана, алунде и синтетической слюде фторфлогопите, показало следующее: при нагревании продукта гидролиза тетраэтоксисилана образуется аморфный кремнезем, что подтверждается и результатами петрографического анализа. При нагревании фторфлогопита без связующего и со связующим до 900 С фазовые превращения не происходят, наблюдается лишь изменение строения кристаллов фторфлогопита, агрегаты чешуек которого разрушаются - образцы приобретают более однородную структуру: при температуре выше 900 °С фторфлогопит деструктируется, По данным рентгенофазового анализа отвержденных образцов пропиточного состава СПВ-8 до 900 °С новых фаз в составе не образуется, а при температуре выше 900 °С начинается образование кордиерита 2Mg0-2Al203 -5Si02, при температуре 1200 °С кордиерит является основной фазой; наряду с кордиеритом в пропиточном составе присутствуют также шпинель MgО Al2О3 и а-АО3. В образцах, состоящих из продукта гидролиза тетраэтоксилана и фторфлогопита (без алунда), при нагревании вплоть до температуры 1200 °С не наблюдается образование кордиерита несмотря на наличие в составе всех необходимых компонентов. Следовательно, в химической реакции в твердой фазе принимает участие апунд. Образование кордиерита и шпинели при нагревании композиции дает основание полагать, что состав СПВ-8 может работать до температуры 1200 ° С.
В пропиточном составе СПВ-9 при нагревании до высоких температур, по-видимому, происходят такие же химические реакции и структурные превращения, как и в составе СПВ-8, так как по химическому составу материал СПВ-9 мало отличается от материала СПВ-8.
Процессы термической деструкции пропиточного состава СПВ-20, состоящего из связующего олиго метил силок сана и наполнителя — алунда, исследованы методом совмещенного масс-спектрометрического и термогравиметрического анализов. Установлено [13], что в процессе термической деструкции композиции выделяются метан и алифатические углеводороды (отрыв метальных групп и их рекомбинация), вода (конденсация по остаточным гидроксильным группам), метилсилоксаны (разрушение основной цепи) и небольшое количество линейных и циклических диметилсилоксанов, образующихся при перегруппировке радикалов из звеньев основной цепи. Хотя состав продуктов деструкции определяется химической природой и исходной структурой олигомера, их количество в зависимости от температуры и объемной доли наполнителя указывает на то, что в присутствии алунда происходит возрастание степени сшитости полимера в межфазном слое и катализируется разрыв Si—С-связи.
Анализ процессов, сопровождающих термические превращения композиции СПВ-20 методами рентгенофазового анализа, сканирующей микроскопии, дилатометрии и микровдавливания [14], позволил установить основные закономерности перехода композиционного кремний- органического материала в неорганический. При нагревании композиции до 350 °С структурирование олигометилсилоксана сопровождается значительным расширением композиции, что приводит в результате различий температурных коэффициентов длины связующего и наполнителя (3410-6 и 8· 10-6 °С-1 соответственно) к росту внутренних напряжений и падению механической прочности по сравнению с композицией, отвержденной при 200 °С. В процессе термоокислительной деструкции полимера в интервале температур 400—500 °С формируется полностью неорганический материал с большей механической прочностью, чем у исходного композиционного материала. Термообработка пропиточного состава СПВ-20 в интервале температур 500—850 °С приводит к усадке состава вследствие спекания аморфного кремнезема и к дальнейшему росту механической прочности. Выше 850 °С по данным рентгенофазового анализа начинается кристаллизация кремнезема с образованием кристобалита, которая протекает при незначительной усадке с увеличением механической прочности. При этом механическая прочность обеспечивается кремнеземной прослойкой, обволакивающей частицы наполнителя.
Пропиточный состав СПВ-20, прошедший· термообработку при 800 °С и длительное воздействие температуры 850 °С в вакууме, исследован также методами рентгенофазового анализа и электронной микроскопии. Исследование показало, что длительное тепловое воздействие не изменяет фазового состава исследованного материала, основным компонентом которого является кристаллическая фаза а-А12. На полученных микрофотографиях видно, что материал имеет однофазную микропористую плотную структуру, по-видимому, за счет заполнения свободного объема между частицами алунда кремнеземными остатками полимера [15]. Установлено также [16], что величина хемосорбции влияет на термостабильность полимера и механическую прочность образующегося пропиточного состава, причем оптимальные свойства наблюдаются при хемосорбции полимера 0,6 мг./г.
Проведенные исследования позволили выявить условия, необходимые для получения высоконагревостойких пропиточных составов, способных сохранять основные электрические и механические свойства выше температуры деструкции связующего: в процессе получения пропиточного состава СПВ-20 связующее должно вступать в химическое взаимодействие с активными центрами поверхности тугоплавкого дисперсного наполнителя — алунда (величина хемосорбции полимера при этом должна быть равной примерно 0,6 мг/г). При отвержении состава должна образовываться густосшитая пространственная сетка полимера, включающая в свою структуру частицы тугоплавкого наполнителя. Деструкция связующего, сопровождающая переход композиционного кремнийорганического материала в неорганический, должна сводиться в основном к окислению или отрыву органического обрамления, при этом не затрагивая главные цепи макромолекул полимера, и к образованию дополнительных химических связей с поверхностью наполнителя.
Таким образом, кремнийорганический олигомер после отверждения выступает в роли связующего, определяющего свойства пропиточного состава. После деструкции полимера под воздействием высоких температур роль связующего в пропиточном составе СПВ-20 переходит к кремнеземному каркасу, обеспечивающему основные свойства состава при высоких температурах.

Исследования термоокислительной деструкции пропиточного состава типа СПВ-554, состоящего из полиметилсилоксана и многокомпонентного наполнителя — слюдинитовой мусковитовой бумаги, тугоплавких оксидов хрома, алюминия (алунда) и кремния, проводили методами ДТА, ИКС, рентгенофазового и кристаллооптического анализов. На основании экспериментальных результатов исследования термических превращений такого состава и данных об особенностях свойств отдельных компонентов процесс превращений может быть разделен на несколько стадий [17]. На первой стадии обработка при 200 °С приводит к окончательной поликонденсации полиметилсилоксана с образованием сетчатой и пространственной структуры, обеспечивающей большую термостойкость. На второй стадии при медленном подъеме температуры до 500—600 °С завершается процесс термоокислительной деструкции полиметилсилоксана с полным удалением метильных групп и образованием радикалов—ОН в месте разрыва связи Si-C, обеспечивающих силоксановое структурирование и способствующих активной реакции с гидроксилами слоистого силиката — мусковита. После нагревания полиметилсилоксана при 600 °С на кривой ИКС исчезли полосы поглощения в области длин волн 2800-3100 см-1; соответствующих колебаниям связи Si—СН, и появились широкие полосы поглощения в области длин волн 3400—3800 см-1, характерных для колебаний связи Si—ОН; при повышении температуры до 700 °С эту полосу не обнаружили. Немаловажную роль в процессе взаимодействия наполнителя и связующего играет степень дефектности структуры мусковита, возникающей при измельчении слюды, обработке ее кислотой и термической обработке в процессе изготовления слюдинитовой бумаги. Изучение рентгенограмм пропиточного состава, обработанного при разных режимах: 200 °С — 10 ч, 650 °С — 30 ч, 650 °С — 120 ч, показало, что при всех этих условиях материал является устойчивым — характер ионизационных кривых интенсивности практически остается неизменным. Максимум на кривых соответствует мусковиту и оксидам а-А120з, Сг203, 0-SiO2. Третья стадия структурных превращений происходит в интервале температур 900-1000 °С и связана с завершением перестройки структуры мусковита ее обрушением и аморфизацией с последующим образованием новых фаз. При 1400 °С происходит оплавление пропиточного состава и образуется материал типа керамики, состоящий из мельчайших кристаллов новообразований, сцементированных стеклообразной фазой. Предполагается также, что оксиды хрома, алюминия и кремния, наполняющие материал, являются катализаторами при твердении, не влияющими на основные структурные превращения при воздействии температуры.
Прочное срастание возникает не только благодаря взаимодействию гидроксилов мусковита и продуктов деструкции полимера, но и вследствие эпитаксического срастания кристаллографически сходных кремнекислородных фрагментов слюды и продуктов деструкции связующего.



 
« Высоковольтные выключатели переменного тока   Генераторные выключатели и комплексы »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.