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

Превращения в материалах на основе фторфлогопита под воздействием высокой температуры - 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

ХИМИЧЕСКИЕ И СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В МАТЕРИАЛАХ НА ОСНОВЕ НОРМАЛЬНОГО ФТОРФЛОГОПИТА ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ

Материалы из фторфлогопита и фосфатных связующих

Масс-спектрометрическим методом исследована термическая стабильность электроизоляционных материалов, полученных на основе нормального фторфлогопита и фосфатных связующих [10].

Таблица 2.4. Фторфлогопитовые материалы, состав их паровой фазы и температуры деструкции


Номер
образца

Материал

 

Связующее

Предварительная термообработка материала (3 ч),
°С

Температура начала деструкции, °С, с выделением

SiF4

KF

AlF3

1

Миканит

Алюмофосфат

600

500-884
884-1112

830

940

2

 

 

900

850

780

920

3

 

»

1000

810

800

900

4

Слюдопласт

-

600

650-845

850

1000

5

То же

-

900

900

900

1000

6

 

 

1000

900

850

980

7

О-фосфорная кислота

600

500-850
850-1100

850

900

8

»»

То же

900

770

750

850

9

 

 

1000

900

900

1000

В масс-спектрах пара образцов электроизоляционных материалов, полученных на основе слюды фторфлогопит, слюдопластовой фторфлогопитовой бумаги и фосфатных связующих были обнаружены ионные токи, соответствующие К, KF, SiF4 и AlF3 (табл. 2.4), т.е. состав пара образцов электроизоляционных материалов, полученных на разных фосфатных связующих и при различной термообработке, аналогичен составу пара нормального фторфлогопита, а также слюдопластовой бумаги, полученной из него. Обращает на себя внимание отсутствие в паровой фазе Р2 О5 или Р4О10 у образцов 1—9, полученных с использованием фосфатных связующих. Это свидетельствует о том, что при нагревании до 600—1000 °С между фторфлогопитом и фосфатными связующими происходит химическое взаимодействие, приводящее к получению термически стабильного продукта.
Из данных, приведенных в табл. 2.4, видно, что для образцов 1, 4 и 7 обработанных при 600 °С, установлены две области перехода в паровую фазу SiF4 - низкотемпературная (500-850 °С) и высокотемпературная (850—1137 °С). Термообработка образцов 1, 4 и 7 при 900 и 1000 С приводила к исчезновению низкотемпературной области перехода в пар SiF4. Таким образом, масс-спектрометрическим методом показано, что фосфатные связующие, используемые для получения электроизоляционных фторфлогопитовых материалов (миканитов и слюдопластов), снижают их нагревостойкость по сравнению с фторфлогопитом в случае предварительной термообработки материалов при 600 °С (образцы 1, 4, 7), но не оказывают влияния на химический состав паровой фазы. Предварительная термообработка этих материалов при 900 и 1000 С приводит к получению миканитов и слюдопластов, термическая стабильность которых практически одинакова с фторфлогопитом.

Рентгеновским методом исследованы структурные изменения, происходящие при нагревании в электроизоляционных материалах — миканите и слюдопласте, полученных на основе нормального фторфлогопита и фосфатных связующих. Исходное состояние образцов материалов нормировалось предварительной тепловой обработкой при 200 °С в течение 10 ч. Температурную обработку материалов при исследовании проводили при 600, 800 и 1000 °С. Продолжительность обработки при каждой температуре — 3 ч. Рентгенограммы миканита и слюдопласта в исходном состоянии по положению и интенсивности рефлексов одинаковы и отображают структуру фторфлогопита. После термообработки при 800 °С для миканита и 600 °С для слюдопласта с алюмофосфатным связующим на рентгенограммах наблюдаются новые рефлексы — 4,08; 1,58 и 1,37 · 10-10 м. Более высокий (800 °С) уровень тепловой обработки, после который наблюдается новая фаза у миканита (для слюдопласта 600 °С), объясняется меньшей активной поверхностью частиц слюды в миканите.
Интенсивности новых рефлексов и рефлексов, свойственных фтор- флогопиту, с повышением уровня термообработки возрастают. Рефлексы, присущие алюмофосфатному связующему, на рентгенограммах миканита и слюдопласта отсутствуют. Это свидетельствует о том, что в процессе получения миканита и слюдопласта алюмофосфат химически взаимодействует с фторфлогопитом.
Было показано, что после нагревания композиции на основе корунда и алюмофосфата при 600 °С на рентгенограмме появляется новый рефлекс — 4,08 · 10-10 м, а рефлексы, относящиеся к корунду, остаются неизменными. Происхождение этой линии было связано с возможным образованием спаек между кристаллами корунда и алюмофосфатом. Таким же образом можно объяснить появление новых линий на рентгенограммах миканита и слюдопласта.
На рентгенограммах фторфлогопитового слюдопласта, полученного с применением в качестве связующего о-фосфорной кислоты и прошедшего тепловую обработку при 600 °С, кроме рефлексов, присущих фторфлогопиту, наблюдаются новые линии — 4,30 и 2,45 10-10 м, не совпадающие с отражениями, появляющимися на рентгенограммах фторфлогопитового слюдопласта на алюмофосфатном связующем при аналогичных тепловых воздействиях. Это несоответствие объясняется иной структурой образующихся спаек. Показано также, что на рентгенограммах композиции из кварцевого порошка (не содержит А12 О3) и алюмофосфата после нагревания при 600 °С признаки появления новой фазы (как было отмечено для миканита и слюдопластов) отсутствуют; отражения на рентгенограмме композиции являются суммой рефлексов, присущих кварцу и алюмофосфату.

Совокупность данных о возникновении новой фазы в композициях на основе фторфлогопита и корунда и отсутствие новой фазы в композиции на основе кварца позволяют предположить наличие химического взаимодействия между атомами алюминия, расположенными на поверхностях кристаллов фторфлогопита или корунда, и фосфатным связующим.
Исследование термической стойкости фторфлогопитовых миканита и слюдопластов, полученных на фосфатных связующих, методом совмещенного дифференциально-термического (ДТА) и термогравиметрического (ТГА) анализа до 1000 °С показало, что в исходном состоянии у этих материалов наблюдается эндотермический эффект с минимумом в области 240-260 °С; на кривой ДТА миканита имеется еще один эндотермический эффект с минимумом при 170 °С. Эти эффекты обусловлены удалением воды из материалов. На термограммах образцов, нагретых предварительно при 600—1000 °С, как и на термограммах исходных фторфлогопита и фторфлогопитовой слюдопластовой бумаги, экстремумы отсутствуют.
По данным ТГА после термообработки материалов при 600 и 1000 ° С потери массы составляют примерно 1 % для слюдопласта на алюмофосфатном связующем, 3% для миканита на алюмофосфате и 4% для слюдопласта на о-фосфорной кислоте. Различие в уровнях термообработки в пределах 600—1000 °С не влияет на термическую стойкость материалов, так как потери массы по данным ТГА практически одинаковы. Для сравнения отметим, что потери массы нормального фторфлогопита и фторфлогопитовой слюдопластовой бумаги, определенные тем же методом, составляют соответственно около 2 и 4%. Таким образом, тепловая обработка при 800—1000 °С фторфлогопита в композиции с фосфатными связующими сопровождается возникновением новой фазы. По данным ДТА и ТГА фосфатные связующие практически не снижают термической стойкости электроизоляционных фторфлогопитовых материалов.

Материалы из фторфлогопита и кремнийорганического связующего

Исследования химических и структурных превращений электроизоляционного материала из фторфлогопитовой слюдопластовой бумаги и кремнийорганического связующего — слюдопласта проводили в исходном состоянии и после нагревания материала при 650 и 850° С.
Параллельно для сравнения теми же методами исследовали исходные материалы — кремнийорганический полимер и слюдопластовую фторфлогопитовую бумагу, которые нагревали в тех же условиях, что и слюдопласт.
Химический состав слюдопластовой фторфлогопитовой бумаги после длительного нагревания при 650 и 850 °С не изменяется по сравнению с исходным состоянием; содержание кремния в бумаге как до термообработки, так и после нее составляет 20,2%, а фтора - 7,36% (по массе).

Таблица 2.5. Зависимость химического состава кремнийорганического полимера и слюдопласта от времени и температуры нагревания
Зависимость химического состава кремнийорганического полимера и слюдопласта
Эти данные подтверждаются и результатами дифференциально-термического анализа: у слюдопластовой фторфлогопитовой бумаги отсутствуют эндо- и экзотермические эффекты вплоть до температуры 950 ° С.
Из табл. 2.5 видно, что кремнийорганический полимер после термообработки при 650 °С в течение 12 ч полностью потерял углерод, а слюдопластовый материал при тех же условиях потерял лишь 50% углерода. Полная деструкция полимера в слюдопласте наблюдается после длительной термообработки при 650 °С и кратковременной при 850° С.
Для исследования физико-химических свойств этого материала использовали методы ДТА и ТГА, инфракрасную спектроскопию (ИКС) и рентгенофазовый анализ.

У слюдопластовой фторфлогопитовой бумаги эндо- и экзотермические эффекты отсутствуют, кремнийорганический полимер в свободном состоянии характеризуется экзотермическими пиками 590 и 685 °С, исчезающими после термообработки при 650 °С в течение 12 ч. Слюдопласт характеризуется экзотермическим пиком 605 °С, смещающимся после термообработки при 650 °С - 12 ч в область температуры 650 °С и исчезающим после термообработки при 650 °С — 120 ч. Эти данные хорошо согласуются с результатами химического анализа (табл. 2.5) и свидетельствуют об образовании неорганического материала. ИКС исходного слюдопласта является суммарным спектром исходных составляющих — слюдопластовой бумаги и кремнийорганического полимера - и характеризуется полосами, присущими полиоргано силоксанам и слюдопластовой фторфлогопитовой бумаге. Нагревание слюдопласта при 650 °С — 12 ч приводит к изменениям в ИКС: исчезают полосы 3100—2900, 1430,1260, 790 и 700 см”1, характерные для метальных и фенильных групп у атома кремния в полиоргано-силоксанах. Полоса высокой интенсивности в области 1000—1100 см-1, характерная для слюдопластовой бумаги, сохраняет свое положение в спектре всех образцов, нагретых при температурах от 200 до 850 °С. Слабое поглощение около 1630 см-1 и широкие полосы с максимумом около 3430 см-1 определяются адсорбированными молекулами воды и несколько теряют интенсивность после термообработки слюдопласта при 800- 850 °С. Таким образом, ИКС слюдопласта после всех термических воздействий характерен для неорганической слюдопластовой фторфлогопитовой бумаги.
Рентгенофазовый анализ показал, что кремнийорганический полимер после термообработки при 200 и 650 °С представляет собой аморфное вещество. Рентгенограммы слюдопластовой фторфлогопитовой бумаги и слюдопласта характеризуются одними и теми же межплоскостными расстояниями, присущими слюде фторфлогопит. Термообработка слюдопласта при 650 и 850 °С приводит лишь к некоторому увеличению интенсивности рефлексов, не изменяя межплоскостных расстояний. Новых рефлексов, а следовательно, образования новой фазы в слюдопласте не обнаружено. Рентгенофазовый анализ показал лишь незначительные структурные изменения после термообработки при 650 и 850 °С, что свидетельствует о высокой термостабильности фтор- флогопитового слюдопластового материала.
Высокая термическая стойкость слюдопласта подтверждается и результатами масс-спектрометрического исследования этого материала, предварительно термообработанного при 600 °С [10]. В масс-спектре пара слюдопласта были обнаружены ионные токи, соответствующие К, KF, SiF4 и AlF3; аналогичный химический состав пара имеет нормальный фторфлогопит. Таким образом, связующее, находящееся в слюдопласте, не оказывает влияния на химический состав паровой фазы, а температура начала деструкции слюдопласта (выделение К, KF, SiF4 и AlF3) практически совпадает с температурой начала деструкции нормального фторфлогопита. Свойства электроизоляционных материалов на основе фторфлогопита и различных связующих приведены в § 2.4 и 2.5.



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