ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ПРИРОДНЫХ СЛЮД ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ В РАЗНЫХ СРЕДАХ
Были исследованы изменения свойств гибких и формовочных слюдосодержащих материалов, изготовленных из природных слюд и кремнийорганических или фосфатных связующих, при кратковременном и длительном воздействии высокой температуры, а также влияние повышенной влажности (относительной влажности 93% при температуре 20 °С) на электрические свойства.
Свойства гибких материалов
Объектами исследования являлись слюдопласты, изготовленные из слюд мусковит (ГИмКВ) и флогопит (ГИфКВ), а также стеклослюдинит (ГСКВ), изготовленный из слюды мусковит и кремнийорганического связующего.
Температурная зависимость р слюдопластов ГИмКВ и ГИфКВ приведена на рис. 1.1, временная зависимость электрических свойств (ρ, Епρ, tgδ и ег) этих материалов приведена в табл. 1.7.
Изменение электрических свойств гибких слюдосодержащих материалов в разных средах при кратковременном и длительном воздействии температуры 600 °С показано на примере слюдопласта ГИфКВ и стеклослюдинита ГСКВ в табл. 1.8 и на рис. 1.2,1.3 и 1.4.
Таблица 1.7. Зависимость электрических свойств слюдопластов на разных природных слюдах от времени старения при 600 °С
*Образцы вспучились.
Таблица 1.8. Электрическая прочность, МВ/м, гибких материалов в разных газовых средах
Рис. 1.1. Температурная зависимость р гибких слюдопластов, изготовленных на разных слюдах;
1 - мусковит ГИмКВ; 2 - флогопит ГИфКВ
Рис. 1.2. Температурная( зависимость р гибких стеклослюдинита ГСКВ (1-3) и слюдопласта ГИфКВ (1 -3') в разных средах:
1 и 1" - вакуум; 2 и 2' - воздух; 3 и 3" - аргон
Рис. 1.3. Зависимости р гибких стеклослюдинита ГСКВ (1-6) и слюдопласта ГИфКВ (1-6) от времени старения в разных средах при 600 °С:
и 1" — старение в вакууме, измерение при 20 °С; 2 и 2" — старение в воздухе, измерение при 100 °С; 3 и 3" — старение в аргоне, измерение при 100 °С;
и 4 — старение в вакууме, измерение при 600 °С; 5 и 5' — старение в воздухе, измерение при 600 °С; 6 и 6' — старение в аргоне, измерение при 600 °С
Рис, 1.4. Зависимость Епр гибких стеклослюдинита ГСКВ (1-6) и слюдопласта ГИфКВ (1'-6') от времени старения в разных средах при 600 °С:
1 и 1' - старение в вакууме, измерение при 20 °С; 2 и 2' — старение в воздухе, измерение при 20 °С; 3 и 3' - старение в аргоне, измерение при 20 °С; 4 и 4' - старение в вакууме, измерение при 600 °С; 5 и э — старение в воздухе, измерение при 600 °С; 6 и 6' - старение в аргоне, измерение при 600 °С
Рис. 1.5. Зависимость р гибкого стеклослюдинита ГСКВ от времени увлажнения (а) и восстановление р после сушки увлажненного материала при 120 °С (б)
На рис. 1 -5 приведена зависимость р гибкого стеклослюдинита ГСКВ от времени выдержки в среде с относительной влажностью 93% при температуре 20 °С, а также показано восстановление значения р материала при выдержке в термостате при температуре 120 °С. После выдержки стеклослюдинита ГСКВ в термостате при температуре 120 °С в течение 48 ч Еар восстанавливается до 25-27 МВ/м (табл. 1.9).
В табл. 1.10 приведена температурная зависимость коэффициента теплопроводности λ слюд и гибких материалов на их основе.
Таблица 1.9. Зависимость ЕПр, МВ/м, гибкого стеклослюдинита ГСКВ от времени увлажнения Гу
Таблица 1.10. Температурная зависимость λ, Вт/(м · °С), слюд н гибких материалов на их основе
Материалы | Температура, °С | ||
20 | 300 | 600 | |
Мусковит [7] | 0,45-0,55 | — | — |
Стеклослюдинит ГСКВ | 0,2 | 0,21 | 0,22 |
Флогопит [7] | 0,5 | - | 0,8 |
Слюдопласт | 0,3 | 0,32 | 0,38 |
Примечание. Исходное значение Епр = 30 МВ/м. Относительная влажность 93%, температура 20 С.
- Свойства формовочных материалов
Рис. 1-6. Температурные зависимости р (a), tg6 и ег (б) слюд и миканитов на их основе и фосфатном связующем А-2:
Получены и исследованы: миканиты из мусковита (ФМАВ) или флогопита (ФФАВ) и фосфатного связующего А-2, а также слюдопласты из мусковитовой или флогопитовой слюдопластовой бумаг и кремнийорганического связующего К (ФИмКВ, ФИфКВ), фосфатного связующего Ф (ФИмФВ, ФИфФВ) или железофосфатного связующего Ж (ФИмЖВ, ФИфЖВ). На рис. 1.6-1.9 и в табл. 1.11 приведены электрические свойства полученных материалов при высоких температурах. Электрические свойства мусковита и миканита на его основе (ФМАВ) лучше, чем флогопита и флогопитового миканита (ФФАВ).
1-4- Р, tgδ; 1-4 - er; 1 - слюда мусковит; 2 - слюда флогопит; 3 - миканит мусковитовый ФМАВ; 4 - миканит флогопитовый ФФАВ
Рис. 1.7. Температурные зависимости р (a), tgδ и ег (б) слюдопластов, изготовленных на разных слюдопластовых бумагах и кремнийорганическом связующем К: 1, 2 - р, tg δ; Г, 2 - er ; 1 - мусковитовый слюдопласт ФИмКВ; 2 - флогопитовый слюдопласт ФИфКВ
Рис. 1.8. Температурные зависимости р (a), tg6 и ег (б) слюдопластов, изготовленных на разных слюдопластовых бумагах и фосфатном связующем Ф:
1, 2 - р, tg δ-, 1', 2' - ?r·, 1 - мусковитовый слюдопласт ФИмФВ; 2 - флогопитовый слюдопласт ФИфФВ
Электрическая прочность беспятнистого мусковита толщиной 30—40 мкм составляет 100 МВ/м, а малогидратизированного флогопита той же толщины - 80 МВ/м.
В слюдопластах, где немаловажную роль играют процессы взаимодействия связующего с наполнителем вследствие большой активной поверхности слюды в слюдяной бумаге, лучшие результаты получены при использовании кремнийорганического связующего на мусковите (ФИмКВ) — рис. 1.7 и табл. 1.11, а при использовании фосфатного связующего - на флогопите (ФИфФВ), рис. 1.8. Слюдопластовые материалы, полученные с применением фосфатного связующего Ж, имеют такой же уровень свойств, как и материал на связующем Ф (рис. 1.9).
Рис. 1.9. Температурные зависимости р (a), tgδ и ?г (б) слюдопластов, изготовленных на разных слюдопластовых бумагах и железофосфатном связующем Ж: 1, 2 - р, tg δ; 1, 2' - er; 1 - мусковитовый слюдопласт ФИмКВ; 2'- флогопитовый слюдопласт ФИфЖВ
Таблица 1.11. Электрическая прочность формовочных материалов, изготовленных на разных слюдах и связующих
Материал | Обозначение | Слюда | Связующее | Бпр> МВ/м, при температуре, °С | |
20 | 600 | ||||
Миканит | ФМАВ | Мусковит | Фосфатное А-2 | 43 | 23 |
| ФФАВ | Флогопит | То же | 40 | 14 |
Спюдопласт | ФИмКВ | Мусковит | Кремнийоргани- ческое К | 38 | 34 |
ФИфКВ | Флогопит | То же | 24 | 12 | |
ФИмФВ | Мусковит | Фосфатное Ф | 26 | 16 | |
ФИфФВ | Флогопит | То же | 27 | 10 | |
ФИмЖВ | Мусковит | Фосфатное Ж | 27 | 13 | |
ФИфЖВ | Флогопит | То же | 24 | 12 |
Электрическая прочность фосфатных материалов примерно одинакова (табл. 1.11).
Из рис. 1.7—1.9 также видно, что из разных видов слюдопластовых бумаг лучшими свойствами обладают материалы, содержащие кремнийорганическое связующее: кривые р =f(Г) расположены на 1—2 порядка выше, а кривые tg δ = f(Т) сдвинуты в область более высоких температур. Слюдопласт формовочный жаростойкий марки ИЖФФА, полученный с применением алюмохромфосфатного связующего, имеет следующие свойства: Епр при 20 °С равно 18,5 МВ/м, а при 700 °С - 8,0 МВ/м, р - 3-1010 и 8-106 Ом-м соответственно, прочность на разрыв в исходном состоянии равна 50 Н/мм.
В табл. 1.12 приведена температурная зависимость коэффициента теплопроводности λ слюды флогопит и формовочного миканита ФФАВ.
Таблица 1.12. Температурная зависимость λ, Вт/(м - °С), флогопита и формовочного миканита на его основе
Материал |
| Температура, °С |
|
20 | 300 | 600 | |
| |||
Флогопит [7] | 0,5 | _ | 0,8 |
Миканит ФФАВ | 0,19 | 0,23 | 0,34 |
Таким образом, показано, что в группе миканитовых материалов оптимальным по свойствам является миканит ФМАВ — на основе мусковита и фосфатной связки; в группе слюдопластовых материалов лучшими свойствами обладают: на кремнийорганическом связующем — мусковит ФИмКВ, на фосфатном — флогопитовые ФИфФВ и ФИфЖВ; на обоих видах слюдопластовой бумаги (из мусковита и флогопита) лучшие показатели электрических свойств получены на слюдопластах, изготовленных на кремнийорганическом связующем.