绝缘材料知识讲座
一、绝缘材料基础知识 1.简介
本文所述的绝缘材料是电工绝缘材料。按国家标准GB2900.5规定绝缘材料的定义是：“用来使器件在电气上绝缘的材料”。也就是能够阻止电流通过的材料。它的电阻率很高，通常在10～10Ω·m的范围内。如在电机中，导体周围的绝缘材料将匝间隔离并与接地的定子铁芯隔离开来，以保证电机的安全运行。
绝缘材料是电工器材中使带电体与其他部分隔离的材料。常用的固态材料有绝缘套管.绝缘纸、层压板、橡皮、塑料、油漆、玻璃、陶瓷、云母等。常用的液态材料有变压器油等。气态材料中以空气、氮气、六氟化硫等用得较多。绝缘材料：电阻率为109～1022 Ω·Cm的物质所构成的材料在电工技术上称为绝缘材料，又称电介质。简单的说就是使带电体与其他部分隔离的材料。绝缘材料对直流电流有非常大的阻力，在直流电压作用下，除了有极微小的表面泄漏电流外，实际上几乎是不导电的，而对于交流电流则有电容电流通过，但也认为是不导电的。绝缘材料的电阻率越大，绝缘性能越好。绝缘材料在电工产品中是必不可少的材料。例如一台300MW汽轮发电机就需绝缘漆10t、云母制品8t、层压板5t、漆布和薄膜约1t；一台3200kW的变压器所需绝缘材料占其总质量的34%；一台10kV的高压断路器所需绝缘材料占其总量的18%。按我国发电设备装机容量及与之配套的电工设备的绝缘材料消耗定额平均为65t/10MW，由此可见绝缘材料在电工设备中所占比例是很大的。大体上，电机、电器设备都是由导体材料、磁性材料、绝缘材料和结构材料构成的。除绝缘材料之外，其他都是金属材料。电机、电器在运行中，不可避免地要受到温度、电、机械的应力和振动，有害气体、化学物质、潮湿、灰尘和辐照等各种因素的作用。这些因素对绝缘材料比对其他材料有更显著的作用。可以说，绝缘材料对这些因素更为敏感，容易变质劣化，致使电工设备损坏。所以绝缘材料是决定电机、电器运行可靠性的关键材料。随着运行时间的延续，绝缘材料必然要老化，并且其老化速度要比其他材料快，所以决定电机、电器使用寿命的关键材料也是绝缘材料。绝缘材料是决定电机、电器技术经济指标的关键因素之一。电机的重要技术经济指标之一是质量功率比，即kg/kw值。减少比值，对电机有重要意义。据报道，从1900年到1967年，1hp（0.75kW）的电机质量由40kg减少到10kg，目前已降低到6kg/kW水平。导致这种变化的重要原因是采用耐热性高的绝缘材料。降低kg/kW值可节约大量金属材料，降低电机成本。如一台A级（105℃）电动机采用H级（180℃）绝缘之后，可缩小体积30%～50%，节约铜20%、硅钢片30%～50%、铸铁25%。当然，采用同一型号机，用耐温指数更高的绝缘材料，可以提高功率或延长电机的使用寿命。从电机、电器产品的造价情况来看，绝缘材料所占费用约在一半，这些都说明了绝缘材料在电机、电器工业中所占的地位和作用了。 不同的电工产品中，根据需要,绝缘材料往往还起着储能、散热、冷却、灭弧、防潮、防霉、防腐蚀、防辐照、机械支承和固定、保护导体等作用。 2.分类、编号和性能
绝缘材料种类很多，可分气体、液体、固体三大类。常用的气体绝缘材料有空气、氮气、六氟化硫 等。液体绝缘材料主要有矿物绝缘油、合成绝缘油（硅油、十二烷基苯、聚异丁烯、异丙基联苯、二芳基乙烷等）两类。固体绝缘材料可分有机、无机两类。有机固体绝缘材料包括绝缘漆、绝缘胶、绝缘纸、绝缘纤维制品、塑料、橡胶、漆布漆管及绝缘浸渍纤维制品、电工用薄膜、复合制品和粘带、电工用层压制品等。无机固体绝缘材料主要有云母、玻璃、陶瓷及其制品。相比之下，固体绝缘材料品种多样，也最为重要。
除此以外，电气电气绝缘材料产品按大类、小类、温度指数及品种的差异分类。按温度指示通常分为7大类：漆、可聚合树脂和胶类；树脂浸渍纤维制品类；层压制品、卷绕制品、真空压力浸胶和引板制品；模塑料类制品；云母类制品；薄膜、粘带和柔软复合类制品；纤维类制品。
关于型号编制方法按温度指数分类的电气绝缘材料，产品型号用4位阿拉伯数字来编制，其中 ：
――第一位数字取表1-1规定的大类代号； ――第二位数字取表1-2规定的小类代号； ――第三位数字取表1-3规定的温度指数代号； ――第四位数字为该类产品的品种代号。 根据产品划分品种的需要，可以在型号后附加英文字母或用连字符后接阿拉伯数字来表示不同的品种，其含义应在产品标准在规定。
对于云母制品，其型号连字符后接阿拉伯数字的含义为 ： ――“1”表示粉云母制品； ――“2”表示金云母制品； ――“3”表示金粉云母制品。
对于符合国家标准或国外先进标准定义、等同采用国标或国外先进标准生产的产品，可以等同采用相应的国际标准或国外先进标准编制产品型号，可以按国际标准或国外先进标准编制的型号写在按本标准编制的型号后面，并用括号括起来。
不同的电工设备对绝缘材料性能的要求各有侧重。高压电工装置如高压电机、高压电缆等用的绝缘材料要求有高的击穿强度和低的介质损耗。低压电器则以机械强度、断裂伸长率、耐热等级等作为主要要求。绝缘材料的宏观性能如电性能、热性能、力学性能、耐化学药品、耐气候变化、耐腐蚀等性能与它的化学组成、分子结构等有密切关系。无机固体绝缘材料主要是由硅、硼及多种金属氧化物组成,以离子型结构为主,主要特点为耐热性高，工作温度一般大于180℃,稳定性好，耐大气老化性、耐化学药品性及长期在电场作用下的老化性能好；但脆性高，耐冲击强度低，耐压高而抗张强度低；工艺性差。有机材料一般为聚合物，平均分子量在104～106之间，其耐热性通常低于无机材料。含有芳环、杂环和硅、钛、氟等元素的材料其耐热性则高于一般线链形高分子材料。影响绝缘材料介电性能的重要因素是分子极性的强弱和极性组分的含量。极性材料的介电常数、介质损耗均高于非极性材料，并且容易吸附杂质离子增加电导而降低其介电性能。故在绝缘材料制造过程中要注意清洁，防止污染。电容器用电介质要求有高的介电常数以提高其比特性。 3.影响绝缘材料性能的主要指标 （1）、绝缘电阻和电阻率
电阻是电导的倒数，电阻率是单位体积内的电阻。材料导电越小，其电阻越大，两者成倒数关系，对绝缘材料来说，总是希望电阻率尽可能高。 (2）、相对介电常数和介质损耗角正切
绝缘材料用途有二：电网络各部件的相互绝缘和电容器的介质（储能）。前者要求相对介电常数小，后者要求相对介电常数大，而两者都要求介质损耗角正切小，尤其是在高频与高压下应用的绝缘材料，为使介质损耗小，都要求采用介质损耗角正切小的绝缘材料。 (3)、击穿电压和电气强度
在某一个强电场下绝缘材料发生破坏，失去绝缘性能变为导电状态，称为击穿。击穿时的电压称为击穿电压（介电强度）。电气强度是在规定条件下发生击穿时电压与承受外施电压的两电极间距离之商，也就是单位厚度所承受的击穿电压。对于绝缘材料而言，一般其击穿电压、电气强度的值越高越好。 (4)、拉伸强度
是在拉伸试验中，试样承受的最大拉伸应力。它是绝缘材料力学性能试验应用最广、最有代表性的试验。 （5）、耐燃烧性
指绝缘材料接触火焰时抵制燃烧或离开火焰时阻止继续燃烧的能力。随着绝缘材料应用日益扩大，对其耐燃烧性要求更显重要，人们通过各种手段，改善和提高绝缘材料的耐燃烧性。耐燃烧性越高，其安全性越好。 （6)、耐电弧
在规定的试验条件下,绝缘材料耐受沿其表面的电弧作用的能力。试验时采用交流高压小电流，借高压在两电极间产生的电弧作用，使绝缘材料表面形成导电层所需的时间来判断绝缘材料的耐电弧性。时间值越大，其耐电弧性越好。 (7)、密封度
对油质、水质的密封隔离比较好。 4.绝缘材料等级划分
绝缘材料的绝缘性能与温度有密切的关系。温度越高，绝缘材料的绝缘性能越差。为保证绝缘强度，每种绝缘材料都有一个适当的最高允许工作温度，在此温度以下，可以长期安全地使用，超过这个温度就会迅速老化。按照耐热程度，把绝缘材料分为Y、A、E、B、F、H、C等级别，各耐热等级对应的温度如下：Y级绝缘耐温90℃、A级绝缘耐温105℃、E级绝缘耐温120℃、B级绝缘耐温130℃、F级绝缘耐温155℃、H级绝缘耐温180℃、C级绝缘耐温200℃ 以上。 5.绝缘材料的应用
绝缘材料的作用是在电气设备中把电势不同的带电部分隔离开来。因此绝缘材料首先应具有较高的绝缘电阻和耐压强度，并能避免发生漏电、击穿等事故。其次耐热性能要好，避免因长期过热而老化变质；此外，还应有良好的导热性、耐潮防雷性和较高的机械强度以及工艺加工方便等特点。根据上述要求，常用绝缘材料的性能指标有绝缘强度、抗张强度、比重、膨胀系数等。电工常用的绝缘材料按其化学性质不同，可分为无机绝缘材料、有机绝缘材料和混合绝缘材料。常用的无机绝缘材料有：云母、石棉、大理石、瓷器、玻璃、硫黄等，主要用作电机、电器的绕组绝缘、开关的底板和绝缘子等。有机绝缘材料有：虫胶、树脂、橡胶、棉纱、纸、麻、人造丝等，大多用以制造绝缘漆，绕组导线的被覆绝缘物等。混合绝缘材料为由以上两种材料经过加工制成的各种成型绝缘材料，用作电器的底座、外壳等。
二、东材科技绝缘材料
东材科技的产品类别有八大类：绝缘漆、树脂和胶；浸渍纤维制品；层压模压制品；电工模塑料；电工云母制品；电工薄膜；电工柔软复合材料；非织布。
1.绝缘漆
绝缘漆是以高分子聚合物为基础，ZS-1091耐高温陶瓷绝缘涂料，该涂料分为耐温600℃以下溶剂型和600-1700℃水性两种。涂料可在被涂物体表面形成一层具有较高体积电阻率，能承受较强电场而不被击穿的陶瓷涂层，该涂层具有较高的机械强度和良好的化学稳定性，能耐老化，耐水，耐化学腐蚀，同时还具有耐机械冲击和热冲击性能，该涂层可在相应的工作温度内下连续工作。最根本的还是依靠强大的技术创新能力，充分利用化学化工的最新科技成果，这主要包括以下几点：①：在生产过程中严格控制原材料配比，避免杂散离子，尤其碱金属或碱土金属离子的引入。②：尽量减少玻璃相的含量，并尽量降低为改善工艺性能而加入的玻璃相的导电率。:③：严格控制引入铁，钴等可变价金属离子，以免产生自由离子和空穴。④：同时严格控制生产过程中的温度和气氛，以免产生氧化还原反应而出现电子和空穴，防止产生晶格转换而造成晶体缺陷。该产品已广泛应用于发高温电炉、感应炉、高温电机、耐火装置，电动机、电讯器材、高温设备上等上绝缘。 能在一定的条件下固化成绝缘膜或绝缘整体的重要绝缘材料,一般由漆基、溶剂或稀释剂以及辅助材料三部分组成。按照使用范围绝缘漆可以分为浸渍漆、漆包线漆、覆盖漆、硅钢片漆、防电晕漆等五类。
浸渍漆分有溶剂漆和无溶剂漆两大类，主要用于浸渍电机、电器的线圈，以填充其间隙和微孔，且固化后能在被浸渍物的表面形成连续平整的漆膜，并使之粘结成一个坚硬的整体。对浸渍漆的基本要求为：
1、粘度低，流动性好，固体含量高，便于渗透和填充被浸渍物。
2、固化快，干燥性能好，粘结力强，有热弹性，固化后能经受电机转动时的离心力。
3、具有优异的电气性能和化学稳定性，耐潮、耐热、耐油。
4、对导体和其他材料具有良好的相容性。
漆包线漆主要用于漆包线芯的涂覆绝缘。由于导线在绕制线圈、嵌线等过程中，将经受热、化学和多种机械力的作用，因此要求漆包线漆具有良好的涂覆性（即能均匀涂覆），漆膜附着力强，表面光滑柔软有韧性，有一定的耐磨性和弹性，电气性能好，耐热，耐溶性，对导体无腐蚀等特性。
浸渍绝缘漆的目的：
1、增强电子变压器的机械强度。电子变压器浸渍绝缘漆可增加变压器机械强度，满足运输和使用过程中产生的振动和冲击作用的要求。同时，还能降低使用中由电磁力的作用所产生的噪声。
2、提高电子变压器的电气绝缘性能。电子变压器浸渍绝缘漆可提高变压器绝缘系统的抗电强度和绝缘电阻,以提高其电气绝缘性能,满足变压器的电气绝缘性能要求。
3、改善电子变压器的导热性。电子变压器浸渍绝缘漆，铁芯和绕组的空隙被漆膜填充，可改善变压器整体的导热性，降低变压器的温升。
4、改善电子变压器的外观。
5、增强电子变压器的环境适应性能。电子变压器浸渍绝缘漆可增强变压器绝缘系统的防潮性、防霉性、防腐蚀性、防盐雾性、防紫外线和其他有害物质侵袭的性能，以增强电子变压器对环境的适应性。
对绝缘漆的要求：1.绝缘性能优良; 2.附着力好，机械强度高; 3.收缩应力小; 4.耐热性应满足变压器的不同要求; 5.对户外或特殊环境应满足其特殊要求,如防辐射,防腐蚀,防紫外线等; 6.工艺性良好，如操作性好，无毒或低毒，干燥时间短等。
2.浸渍纤维制品
3.层压、模压制品
4.电工膜塑料类
5.电工云母制品
6.电工薄膜
7.柔软复合材料
8.非织布
非织布又称无纺布、不织布，是一种不需要纺纱织布而形成的织物，只是将纺织短纤维或者长丝进行定向或随机排列，形成纤网结构，然后采用机械、热粘或化学等方法加固而成。它直接利用高聚物切片、短纤维或长丝通过各种纤网成形方法和固结技术形成的具有柔软、透气和平面结构的新型纤维制品。定向或随机排列的纤维通过摩擦、抱合或粘合或者这些方法的组合而相互结合制成的薄片、纤网或絮垫。不包括纸以及机织物、针织物、簇绒织物、带有缝编纱线的缝编织物和湿法缩绒毡制品（不论这种制品是否经过针刺加固）。纤维可以是天然的或者是化学加工的，可以是短纤维、长丝或当场形成的纤维状。
9.聚酯薄膜（PET）
10.聚碳酸酯薄膜（PC）
11.薄膜涂敷产品
12.电容器用聚丙烯薄膜（BOPP）
