标题：绝缘材料
简介
绝缘材料：jué yuán cái liào
英文：insulation material
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。现社会采用比较多的绝缘材料。运用与工业和生活中，比较普遍的是“电工胶布”、“塑料”、陶瓷等等。都是属于绝缘材料。[1]
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。
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绝缘材料
用于使不同电位的导电部分隔离的材料。其电导率约在10-10 西/米以下。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。
分类
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  绝缘PC薄膜等。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。 
性能
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。
主要指标
绝缘电阻电阻是电导的倒数，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。介质损耗绝缘材料用途有二：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。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。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。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。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。密封度对油质、水质的密封隔离比较好。
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
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。
发展历史
最早使用的绝缘材料为棉布、丝绸、云母、橡胶等天然制品。在20世纪初，工业合成塑料酚醛树脂首先问世，其电性能好，耐热性高。以后又相继出现了性能更好的脲醛树脂、醇酸树脂。三氯联苯合成绝缘油的出现使电力电容器的比特性出现了一次飞跃（但因有害人体健康，后已停止使用）。同期还合成了六氟化硫。 
30年代以来人工合成绝缘材料得到了迅速发展，主要有缩醛树脂、氯丁橡胶、聚氯乙烯、丁苯橡胶、聚酰胺、三聚氰胺、聚乙烯及性能优异称之为塑料王的聚四氟乙烯等。这些合成材料的出现，对电工技术的发展起了重大作用。如缩醛漆包线用于电机，使其工作温度和 可靠性提高，而电机的体积和重量大大降低。玻璃纤维及其编织带的研制成功及有机硅树脂的合成又为电机绝缘增加了H级这个耐热等级。 
40年代以后不饱和聚酯、环氧树脂问世。粉云母纸的出现使人们摆脱了片云母资源匮乏的困境。 
50年代以来，合成树脂为基的新材料得到了广泛应用，如不饱和聚酯和环氧等绝缘胶可供高压电机线圈浸渍用。聚酯系列产品在电机槽衬绝缘、漆包线及浸渍漆中使用，发展了E级和B级低压电机绝缘，使电机的体积和重量进一步下降。六氟化硫开始用于高压电器，并使之向大容量小型化发展。断路器的空气绝缘及变压器的油和纸绝缘部分地被六氟化硫所取代。 
60年代含杂环和芳环的耐热树脂得到了大发展，如聚酰亚胺、聚芳酰胺、聚芳砜、聚苯硫醚等属 H级及更高耐热等级的材料。这些耐热材料的合成为以后发展 F级、H级电机创造了有利条件。聚丙烯薄膜在这一时期也成功地用于电力电容器。 
70年代以来新材料的开发研究相对比较少，这一时期主要是对现有材料进行各种改性及扩大应用范围。对矿物绝缘油采用新方法精制以降低其损耗；环氧云母绝缘在提高其机械性能和实现无气隙以提高其电性能方面做了很多改进。电力电容器由纸膜复合结构向全膜结构过渡。1000千伏级特高压电力电缆开始研究用合成纸绝缘取代传统的天然纤维纸。无公害绝缘材料70年代以来也发展很快，如以无毒介质异丙基联苯、酯类油取代有毒介质氯化联苯，无溶剂漆的扩大应用等。随着家用电器的普及，其绝缘材料着火而导致重大火灾事故屡有发生，所以对阻燃材料的研究引起了重视。
发展趋势
绝缘材料的研制和开发的水平是影响制约电工技术发展的关键之一。从今后趋势来看，要求发展耐高压、耐热绝缘,耐冲击，环保绝缘,复合绝缘,耐腐蚀、耐水、耐油、耐深冷、耐辐照及阻燃材料，研发环保节能材料。重点是发展用于高压大容量发电机的环氧云母绝缘体系，如FR5，金云母等；中小型电机用的F、H级绝缘系列，如不饱和聚酯树脂玻璃毡板等；高压输变电设备用的六氟化硫气态介质；取代氯化联苯的新型无毒合成介质；高性能绝缘油；合成纸复合绝缘；阻燃性橡塑材料和表面防护材料等，同时要积极推动传统电工设备绝缘材料的更新换代。 模塑和挤出工艺产品的性能提升和标准的确定必将大大降低层压制品的生产成本，将逐步淘汰低端的电工用绝缘制品，将会涌现出合成树脂新产品，从而讲绝缘材料的等级的应用市场确定在F级 H级 C级市场。