§ 66. Текстильные электроизоляционные материалы
Текстильные материалы (пряжа, ткани, ленты и др.) широко применяются в качестве электроизоляционных материалов. В текстильных материалах употребляются натуральные волокна растительного и животного происхождения, а также различные синтетические и искусственные волокна. Большое применение в электротехнике имеют текстильные изделия из стеклянного волокна и асбеста, отличающиеся высокой нагревостойкостью.
Из натуральных текстильных изделий в основном применяют хлопчатобумажные и шелковые ткани. Хлопчатобумажная пряжа может быть некрученой или крученой. Толщина нитей определяется длиной пряжи в метрах в одном грамме. Крученая пряжа состоит из нескольких одиночных нитей. Пряжа применяется для изоляции обмоточных проводов, для чего ее лощат, т. е. вводят в нее вещества, придающие пряже упругость и блеск и уменьшающие ее увлажнение. Шелковая пряжа позволяет создать изоляцию обмоточных проводов более тонкую по сравнению с хлопчатобумажной, поэтому она применяется для проводов малых сечений.
Из искусственных органических волокон следует отметить вискозные волокна, которые вырабатываются в виде непрерывных волокон из целлюлозы с помощью химической ее обработки. Из целлюлозы посредством химической переработки получают также ацетатное шелковое волокно, которое менее гигроскопично, чем вискозное.
В последнее время для изоляции обмоточных проводов, помимо искусственных волокон, применяют капроновые волокна, изготовляемые из синтетической смолы — капрон. Такие волокна обладают высокой механической прочностью.
Ткани и ленты используют в электротехнике не только в качестве электроизоляционных материалов, но и как материалы, при помощи которых обеспечивается механическая прочность и защита основной изоляции обмоток. Поэтому они должны обладать достаточной механической прочностью, что обусловливается природой волокон, плотностью и толщиной самих тканей и способом переплетения нитей.
Ткани, применяемые в электротехнике, имеют полотняное или саржевое переплетение (рис. 117). При полотняном переплетении поперечная нить (уток) перекрывает продольную нить (основу) под углом 90°, образуя простую решетку. При саржевом переплетении нити утка и основы, перекрывая друг друга, образуют на ткани характерные полосы (диагональные рубчики), расположенные под углом 45° к кромке ткани. Ткани с полотняным переплетением отличаются повышенной механической прочностью при растяжении, но обладают некоторой жесткостью.
Рис. 117. Виды переплетений ткани:
а — полотняное, б — саржевое
Ткани с саржевым переплетением обладают повышенной мягкостью, но имеют меньшую механическую прочность.
Рис. 118. Схема получения стеклянного волокна:
1 — платинородиевая лодочка, 2 — подводы тока для нагревания лодочки, 3 — расплавленная стекломасса 4 — отверстия (фильеры) в дне лодочки, 5 — вытягиваемые стеклянные волокна, 6 — приемный барабан, 7 — водилка дли раскладки волокон, 8 — сосуд с замасливателем
Применяемые в электрической изоляции ткани — шелк, перкаль, бязь и тафтяная лента — имеют полотняное переплетение, а киперная лента — саржевое переплетение. Перкаль имеет толщину 0,10—0,16 мм, а бязь 0,45—0,53 мм.
Выпускаются они в рулонах шириной от 700 до 1500 мм. Натуральный шелк имеет толщину 0,048 мм и выпускается шириной 750 мм. Перкаль и шелк применяют для изготовления электроизоляционных лакотканей . Шелковые ткани нужны также в производстве шелкослюдяной ленты (микашелка). Бязь находит применение в производстве текстолита .
Ленты изготовляют шириной от 10 до 60 мм и толщиной от 0,12 (батистовая) до 0,45 мм (киперная) с прочностью на разрыв от 20 до 32 кГ/см2 (для киперной) и от 22 до 38 кГ/см2 для (тафтяной).
Все хлопчатобумажные ленты используют в производстве электрических машин. В непропитанном виде ленты применяют для защиты секций обмоток — при пропитке обмоток электрических машин и аппаратов, а ленты,
пропитанные битумным лаком,— для изоляции полюсных катушек. Для изоляции секций катушек применяется пропитанная батистовая лента как наиболее тонкая.
Из стеклянных электроизоляционных тканей вырабатываются стеклотекстолит, стеклолакоткани и стеклолента.
Для изготовления стеклянного волокна употребляют алюмосиликатные или алюмоборосиликатные, т. е. бесщелочные стекла. Они содержат очень малое количество (0,5—2%) щелочных окислов Na20 и К2О. При большом содержании этих окислов наблюдается повышенная электропроводность стекла, что объясняется наличием свободных ионов натрия (Na+) и ионов калия (К+), обладающих большой подвижностью. Для производства стеклянных волокон вначале приготовляются стеклянные шарики. Их загружают для расплавления в лодочки из сплава платины и родия. Лодочки нагреваются электрическим током. Расплавленное стекло под действием собственного веса вытекает из отверстий — фильер, находящихся в дне лодочки (рис. 118). Из лодочки одновременно выходят 100 и более элементарных (первичных) нитей, которые вытягиваются и замасливаются в целях предохранения от слипания друг с другом и обрыва начальных (элементарных) волокон. Диаметр элементарных нитей составляет 3—5 мкм. Стеклянные волокна, идущие на изготовление различных изделий, содержат большое количество элементарных нитей. Эти волокна мало гигроскопичны (0,2%) и имеют высокую нагревостойкость. Предел прочности при растяжении стеклянного волокна остается почти неизменным при температурах от 250 до 400°С, в то время как предел прочности асбестового волокна при этой температуре уменьшается в 20 раз, а хлопковое и волокно из натурального шелка полностью разрушаются. Поэтому стекловолокнистая изоляция является самым перспективным нагревостойким материалом.
Таблица 36
Величины предела прочности при растяжении волокон
Волокна | Предел прочности при растяжении. к Г/см2 |
Стеклянное . | 200-400 |
Капроновое | 50—70 |
Из натурального шелка | 40—65 |
Хлопковое | 30—60 |
В табл. 36 приведены величины предела прочности при растяжении различных волокон.
Электрические свойства стеклянных тканей определяются составом стекла. У бесщелочных стекол они значительно выше, чем у щелочных (натриево-калиевых). Так у алюмоборосиликатного стекла q =-2-1015 ом-см; tg6 = 0.0009; температура размягчения 600—700°‘С и стр= 150-250 кГ/см2.
Особый интерес для изоляции обмоточных проводов и других применений представляет кварцевое волокно, получаемое из чистого кварцевого стекла (100 °n SiO2). Это волокно имеет ту же плотность, что и волокна из малощелочных стекол (2,2 г/сл3), но обладает очень высокой температурой плавления (1720° С) и отличными электрическими характеристиками (g.,-=1017 ом-см\ tg б = 0,0002), малоизменяющимися вплоть до температур 700° С.
Так как у непропитанной стекловолокнистой (стеклянной) ткани весьма большая общая удельная поверхность, то па электрические свойства ее решающее значение оказывает поверхностное увлажнение нитей. Поэтому стеклянные ткани применяются в качестве диэлектрика лишь после пропитки их лаками. Так, поверхностное сопротивление ткани, пропитанной кремнийорганическим лаком, повышается в 10 000 раз, а электрическая прочность — в 10 раз.
