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

Покрытия - 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 четвертая
ПОКРЫТИЯ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В настоящее время для работы при 300 °С и выше известны три основных типа электроизоляционных покрытий, различающихся по химическому составу: органосиликатные, металлофосфатные и стеклокерамические [1].
Органосиликатные покрытия представляют собой продукты химического взаимодействия кремнийорганических полимеров, силикатов и оксидов. В исходном состоянии органосиликатные материалы (ОС) представляют собой мелкодисперсные суспензии силикатов и оксидов в толуольных растворах кремнийорганических полимеров. Покрытия имеют хорошую адгезию к металлам, стеклу, керамике, пластмассам, выдерживают резкие перепады температур без растрескивания и пузырения, обеспечивают защиту поверхности от запыления и влажности. Наносят покрытия на поверхность любым методом, принятым в лакокрасочной промышленности: кистью, валиком, пульверизатором, погружением, напылением в электростатическом поле. Органосиликатные материалы, полученные с применением кремнийорганических полимеров, удачно сочетают ценные свойства полиорганосилоксанов (электрические свойства, эластичность, влагостойкость) с повышенной нагревостойкостью и химической стойкостью силикатов и оксидов.
Металлофосфатные покрытия представляют собой суспензии минеральных наполнителей в водном растворе фосфатов различных металлов: алюминия, железа, магния, хрома, титана.

Связующая способность таких составов определяется амфотерностью алюминия и слабоосновностью железа, а также кислым характером монофосфатов этих металлов. Водный раствор фосфата получают из гидроокиси алюминия или железа и ортофосфорной кислоты. Взаимодействие ортофосфор-
ной кислоты с гидроокисью происходит при температуре 100 °С. Металлофосфатные покрытия получают в виде пленок различной толщины.
Стеклокерамические покрытия представляют собой зерна керамического наполнителя, заключенные в стекловидную матрицу. В качестве стекловидной связки используют стекла, полученные из нитратных полуколлоидных растворов, а в качестве наполнителя — оксиды алюминия, кремния, хрома. Растворная связка распределена среди зерен наполнителя. Полуколлоидные растворы наносят методом пульверизации на предварительно нагретую до 300-600 °С поверхность. Быстрое разложение отдельных компонентов, происходящее при этом, способствует выделению тонкодисперсных оксидов, которые, взаимодействуя друг с другом, формируют покрытия. Покрытие закрепляют высокотемпературным обжигом. Стеклокерамические покрытия отличаются газонепроницаемой гибкой пленкой с высокими электрическими свойствами. Эти покрытия длительно работают при температурах 800-850 °С.
Покрытия наносят на металлические детали, провода, лобовые части электрических машин и аппаратов. К покрытиям наряду с требованиями высоких электрических свойств и их стабильности во времени при высоких температурах предъявляют также следующие требования: высокой эластичности в исходном состоянии, технологичности при нанесении, возможно более низкой температуры отверждения, адгезии к разным металлам, механической прочности, гидрофобности.
В последние годы продолжены работы по изучению процессов, протекающих в системах элементоорганические соединения — силикат—оксид до температуры 1700 °С.

ХИМИЧЕСКИЕ И СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В ПОКРЫТИЯХ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ

Исследования процессов, протекающих в системах элементоорганическое соединение - силикат-оксид, показало [19], что в средах воздуха, кислорода, азота, гелия полиметилфенилсилоксаны (ПМФС) при комнатной температуре обладают полидисперсной структурой. С повышением температуры до 250 °С степень полидисперсности снижается, после 270 °С возрастает и не меняется до 400 °С. Термомеханические свойства зависят от температуры и времени обработки. Полимеры отверждаются при 250 °С, остаются в стеклообразном состоянии до 300 °С. В условиях термоокислительной деструкции при 200—300 °С газопроницаемость полиметилфенилсилоксанов не изменяется за счет структурирования полимера в присутствии кислорода  воздуха, а при нагревании выше 300 °С резко повышается за счет разрыва связи Si-O.

Процессы термической деструкции имеют две стадии: при 300-600 °С (скорость нагрева 6 °С/мин) - расщепление силоксановых связей концевыми гидроксильными группами и при 600- 900 °С — разрыв силоксановых связей. Процессы термоокислительной деструкции имеют одну стадию при 300-900 °С.
Введение в раствор полиметипфенилсилоксана силикатов (хризотилового асбеста, мусковита, бентонита) и оксидов (титана, кремния, железа, никеля, марганца) изменяет как термическую, так и термоокислительную деструкцию полимера в основном за счет раскрытия надмолекулярных образований на поверхности силикатов и оксидов, а также их барьерного влияния на диффузию газообразных продуктов и реагирующих газов. Силикаты и оксиды в основном инициируют отрыв органических групп, образуя реакционноспособные центры у кремния, при этом полиорганосилоксан влияет на термическую дегидроксилизацию силикатов.
Изучено влияние оксидов и гидроокислов на термическое разложение ПМФС [25] и установлено, что эти соединения стимулируют как разрыв основной цепи, так и отщепление органического обрамления полимера при нагреве его в вакууме и инертной среде до 300 °С. Воздействие оксидов и гидроокислов проявляется через граничный слой между оксидом и полимером. При непрерывном нагреве композиции интенсивное разложение полимера в инертной среде смещается в интервал более высоких температур: 500—700 °С.
Электронно-микроскопическое изучение изменения характера микроструктуры в зависимости от температуры обжига систем полиоргано-силоксан-силикат-оксид показало, что образцы композиций, термообработанные при 270 °С - 3 ч, имеют различную структуру в зависимости от вводимого оксида: композиции с оксидами титана, ванадия, хрома и железа — спутанно-волокнистую структуру, с оксидами никеля и кобальта-пачечную укладку волокон. При повышении температуры обработки композиций до 500-600 °С происходит разрушение волокнистой структуры и ее переход в мелкозернистую, смена характера микроструктуры полностью завершается к 1000°С.
По данным рентгенофазового анализа исследованных композиций изменению микроструктуры соответствует образование в них новых соединений: после воздействия температуры 1000 °С в композициях с оксидами образуются форстерит, энстатит, олевин, тридимит и др.

Установлено, что полиорганосилоксан в системе полиметилфенил- силоксан—силикат—оксид влияет также на процессы, протекающие при термообработке до 1700 °С: изменяются количественное соотношение вновь образующихся фаз и минерализующее действие продуктов термического разложения полимера, а также интенсифицируется спекание при неизменном фазовом составе материала. В композициях с асбестом содержание образующегося форстерита ниже, чем в чистом асбесте, в композициях с тальком энстатит кристаллизовался при более низких температурах, чем в чистом тальке, а общее содержание новых кристаллических фаз было повышенным. Механическая прочность изученных композиций после термообработки при равных температурах имела большие значения по сравнению с аналогичными материалами, полученными на связках, полностью выгорающих при термической обработке.
Изучено влияние различных силикатов (мусковита, асбеста, каолина) на свойства органосиликатных покрытий [20, 21]. Исследованы процессы, протекающие в системе ПМФС — хризотиловый асбест при нагревании в условиях инертной и окислительной среды, и показано, что при 100 °С содержание толуола относительно кремнийсодержащих циклов по сравнению с исходным состоянием снижается [24].
Увеличение скорости диффузии толуола из объема образца объясняется увеличением расстояния между надмолекулярными образованиями полимера, что связано с взаимодействием полимера с силикатом. При этой же температуре заметно выделяется бензол за счет инициирования силикатом отщепления органического обрамления от основной цепи ПМФС. При нагревании до 300 °С увеличивается доля бензола, максимум его выхода наблюдается при 300 °С, что совпадает с максимумом выхода кремнийсодержащих циклов.
Анализ дифференциальных кривых потери массы показал, что максимальная скорость выхода адсорбированной воды из асбеста приходится на 100 °С (1,1% общей массы асбеста), 200 и 300 °С (2,2 и 2,9% соответственно). Повышенное выделение кремнийсодержащих циклов из композиции при 200 °С вызвано гидролизом основных цепей полимера за счет воды, содержащейся в асбесте. Повышенное выделение бензола из композиции в интервале 200—300 °С объясняется взаимодействием полиметилфенилсилоксана с поверхностью хризотилового асбеста за счет отщепления фенильной группы и соединения ее с водородом воды. Интенсивность этого взаимодействия возрастает с повышением температуры. На кривых ДТА при нагревании композиции ПМФС — хризотиловый асбест в среде кислорода с увеличением содержания асбеста наблюдали уменьшение первого из двух экзоэффектов, что связано с раскрытием надмолекулярных образований на поверхности силиката. Изучены процессы в композициях ПМФС хризотиловый асбест или тальк после обжига в диапазоне 900-1500 °С. Рентгеновским анализом определено количественное содержание новых кристаллических фаз в зависимости от температуры. Химический фазовый анализ позволил определить суммарное содержание новых фаз, образовавшихся как в кристаллическом, так и в стеклообразном состоянии. По разности данных этих анализов найдено содержание соответствующих стеклофаз.

В композициях с асбестом новыми фазами являются форстерит и энстатит; в асбестовых композициях с добавками оксида магния присутствует, кроме того, периклаз. Общее содержание ортосиликата в композициях (без добавки оксида магния) в интервале 900-1200 °С падает, а доля метасиликата возрастает, после 1200 °С — наоборот. Это объясняется тем, что до 1200 °С часть форстерита переходит в энстатит, а после 1200 °С происходит частичное инконгруэнтное плавление энстатита, при котором, вновь образуется форстерит. В композициях с тальком в результате высокотемпературных превращений образуются три новые фазы: метасиликат магнитя, ортосиликат магния и кремнезем. В композиции ПМФС-каолин продукт термодеструкции полимера также оказывает стимулирующее влияние на кристаллизацию основной фазы — муллита.
Органосиликатные покрытия исследованы непосредственно в пленках без их разрушения [26]. При этом использовали рентгеноэлектронную спектроскопию и ИК-спектроскопию с приставкой МНПВО. Технику ИК-спектроскопии с использованием приставки применяли для изучения поверхностей и пленок в их естественном состоянии. При этом методе можно следить за изменением одного компонента органосиликатного материала (ОСМ) несмотря на сложность состава композиции. Таким способом в системе ПМФС—асбест—оксид наблюдали изменение распределения компонентов по толщине, плотность и качество поверхности.
Были исследованы фазовые превращения полимерсиликатной основы органосиликатных покрытий с использованием хризотилового асбеста и талька, которые подвергались предварительному прокаливанию при 900-1300 °С, и установлена перспективность использования предварительно прокаленных веществ в качестве силикатных компонентов новых органосиликатных покрытий [27].
Изучено влияние тонкодисперсных стекловидных добавок на свойства покрытий из систем полиметилфенилсилоксан - силикат-оксид. Вводимые стекловидные добавки, как показали исследования, взаимодействуют как с полиорганосилоксаном, так и с силикатными компонентами и являются активными в широком интервале температур до 1000 °С. На кривых нагревания бесщелочного стекла системы Pb0ZnОB2О3 и стеклоцемента с полиметилфенилсилоксаном при температурах от 300 до 900 С имеются три экзотермических эффекта с максимумами при 500, 750, 800 °С. По данным рентгенофазового анализа после термообработки композиции при 550 °С образуются бораты свинца и цинка, при 750 °С — борат цинка и силикат свинца, при 800 С — силикаты свинца и цинка. Рефлексов, характерных для межплоскостных расстояний металлического свинца, на рентгенограммах не отмечали. Бораты и силикаты свинца образуются благодаря наличию активных оксидов кремния и бора. Рассмотрены фазовые превращения в органосиликатных покрытиях системы ПОС - хризотиловый асбест—стекло [22].

Исследовано влияние температуры на микроструктуру и фазовый состав ОС покрытий системы ПОС — тальк—стекло [23].
Исследованы фазовые превращения в стеклокерамических композициях на растворной связке в исходном состоянии, после термообработки и в процессе длительного старения при высоких температурах. В стеклокерамическом покрытии на растворной связке взаимодействие между наполнителем и компонентами стеклосвязки может происходить уже на стадии формирования покрытий [28]. Причиной такого взаимодействия является то, что стеклообразование пленки из раствора происходит непосредственно в материале, в тесном контакте с наполнителем, при этом поверхность соприкосновения наполнитель-раствор велика. Исследована серия стеклокерамических композиций, состоящих из оксидных наполнителей - А12О3, Сг2О3 и свинцово-, бариево- и стронциево-силикатных стекол. В результате рентгеновского исследования в стеклокерамических композициях, содержащих в качестве наполнителя оксид алюминия, при термической обработке при 1000 или 1200 °С происходит переход γ-Α12О3 ->а-А12О3 (корунд), о чем свидетельствует появление на рентгенограммах линий, принадлежащих корунду: 3,43; 2,54; 2,08; 1,74; 1,60-10~10 м. Переход γ-Αΐ2О3 в корунд завершается в интервале температур 1050— 1200 °С. С повышением температуры от 1000 до 1200 °С интенсивность линий, характерных для корунда, возрастает, одновременно в спеках появляются в небольшом количестве ортосиликаты свинца, стронция, бария, что свидетельствует о кристаллизации стекловидной связки.
На рентгеноионизационных кривых стеклокерамических композиций оксид хрома — стекло отсутствуют дифракционные максимумы, свидетельствующие о фазовых превращениях и взаимодействии Сг2О3 со стеклосвязкой. На рентгенограммах спеков после термообработки, так же как в композициях с оксидом алюминия, обнаружили незначительное количество ортосиликатов свинца, стронция, бария.
Проведены исследования фазового состава и характера микроструктуры стеклокерамической изоляции 4-5А, нанесенной на провод. С целью изучения изменений фазового состава материала в зависимости от времени воздействия температуры 800 °С образцы провода подвергли тепловому старению в вакууме в течение 4000 ч [29]. Образцы исследовали в исходном состоянии, после кратковременной термообработки при этой температуре и через каждую 1000 ч старения. Рентгеновское исследование показало, что покрытие 4-5А содержит основную кристаллическую фазу в виде а-А12О3. У исходного образца наблюдали значительное диффузное рассеивание, немного кристаллической фазы, что соответствует соотношению по массе растворного стекла и корунда 2:1. После 500 ч старения кроме а-А12О3 появляются линии, соответствующие силикату алюминия (кианиту) Al2 SiOs:3,30; 3,18; 2,50· 10-10 м, в дальнейшем эта фаза не была идентифицирована.

В процессе старения кристаллическая фаза а-А12О3 не изменяется, фазовый состав стабилен во времени. Микрофотографии поверхности покрытия после 4000 ч старения при 800 °С практически не отличались от фотографий в исходном состоянии - микроструктура покрытия 4-5А не изменилась со временем.



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