Эксплуатация электротехнического оборудования при высокой температуре, а также дополнительное воздействие механических нагрузок, ионизирующей радиации и других факторов предъявляют повышенные требования к проводниковым, магнитным, конструкционным и электроизоляционным материалам, поэтому разработка новых материалов, обладающих комплексом необходимых технологических, электрических и физико-механических свойств и способных длительно работать при температурах 300—900 °С, представляет в настоящее время важную и весьма сложную проблему.
Самостоятельными частями этой проблемы являются разработка и исследование электроизоляционных материалов и систем изоляции, способных сохранять свои свойства на достаточно высоком уровне в условиях длительного комплексного воздействия высоких температур, механических нагрузок и других факторов.
Некоторые электроизоляционные материалы — слюда, керамика, стекла и др., способные работать при высоких температурах, известны давно и широко применяются для изготовления различных установочных деталей в электротехнике, электронике, радиотехнике и других отраслях промышленности. Однако создание высокотемпературных изоляционных конструкций электродвигателей, генераторов, трансформаторов, МГД-насосов и другого электрооборудования только из этих материалов не представляется возможным, так как для этого необходимы также листовые и ленточные материалы, пропиточные и покровные составы, заливочные компаунды, изоляция проводов и другие материалы, обладающие в исходном состоянии такими технологическими свойствами, как гибкость, формуемость, низкая вязкость, хорошая пропитывающая способность, цементация, адгезионная прочность, невысокая температура обработки, способность подвергаться механической обработке, возможность работать в контакте с проводниковыми, магнитными, конструкционными материалами, не ухудшая их свойств и сохраняя при воздействии высоких температур, механических нагрузок и различных окружающих сред свои основные эксплуатационные свойства.
При получении электроизоляционных материалов высокой нагревостойкости обычно имеет место химическое взаимодействие между связующим и наполнителем. Эти реакции проходят в твердой фазе и, как правило, приводят к получению новых высокостабильных электроизоляционных материалов. Так, например, при термоокислительной деструкции композиции, состоящей из полиорганосилок сана и тугоплавких неорганических соединений (оксидов, силикатов), наряду с деструкцией полиорганосилоксана проходит также химическое взаимодействие продуктов деструкции с тугоплавкими неорганическими соединениями. В результате образуется новый электроизоляционный материал, который с успехом может работать при высоких температурах.
В композициях, полученных на основе фосфатных связующих и тугоплавких соединений (оксидов, силикатов и т.п.), при нагревании проходят поликонденсация фосфатов и их химическое взаимодействие с тугоплавкими соединениями. В результате этих реакций, как правило, повышается адгезионная прочность между связующим и наполнителем, а вновь образовавшиеся весьма стабильные продукты способны длительно работать при высоких температурах.
Механизм образования электроизоляционных композиционных материалов, полученных на основе элементоорганических или неорганических связующих и тугоплавких неорганических наполнителей, сложен и неоднозначен. Он зависит от химического состава, структуры и способа получения связующего, количества, гранулометрического состава, геометрической формы и природы наполнителя, наличия примесей, технологии получения материалов и многих других факторов.
Принято считать, что срок службы электротехнического оборудования в основном определяется качеством и надежностью электрической изоляции. Следует отметить, что при весьма высоких рабочих температурах появляются дополнительные факторы, лимитирующие работу оборудования, — недостаточная нагревостойкость магнитных, проводниковых и других материалов и особенно взаимодействие этих материалов с материалами электрической изоляции, резко выраженное при длительном воздействии высоких температур.
Электроизоляционные материалы и системы изоляции высокой нагревостойкости могут применяться в высокотемпературном электрооборудовании, работающем не только в воздушной, но и в инертной среде (если используется герметизированное электротехническое оборудование, заполненное инертным газом) или в вакууме, поэтому исследование свойств материалов в исходном состоянии и при длительном воздействии высоких температур проводили при остаточном давлении 10-3 — 10-4 Па, а также в атмосфере воздуха или аргона при нормальном давлении (примерно 10-5 Па). Далее в тексте значения давления не приводятся.
Исследования электрических и физико-механических свойств проводили при температурах 15—35; 120±5; 300±5; 350±5; 400±5; 500±10; 600±10; 700±10; 850±20 °С (в тексте для краткости эти температуры приведены как 20, 120, 300, 350, 400, 500, 600, 700 и 850 °С). Под длительной рабочей температурой подразумевается та, при которой материалы способны работать без существенного изменения их свойств не менее 10 000 ч.
Исследование влагостойкости материалов проводили в условиях относительной влажности 93±2% при 23±2 °С или в условиях тропической влажности при 40±2 С (для краткости в тексте приведена относительная влажность 93% при температуре 20 или 40 °С соответственно).
Методы исследований свойств электроизоляционных материалов высокой нагревостойкости при высоких температурах в разных средах имеют существенные особенности [1, 2]. Там, где испытания проводили по методам, отличным от приведенных, описания методов даны в тексте отдельных глав.
