第1章 常用电工材料

1.1 绝缘材料

1.1.1 绝缘材料的分类及性能

绝缘材料也称电介质，它们的品种繁多，按物态可分为气体、液体和固体绝缘材料。固体绝缘材料的品种更多，常用的有绝缘漆、纸、纸板及纤维制品、漆布、漆管和绑扎带等绝缘纤维浸渍制品、云母制品、塑料、橡胶、玻璃和电工陶瓷等。

1. 气体电介质

空气、氢、氮、二氧化碳、六氟化硫，以及甲烷等都是良好的气体绝缘材料。

气体电介质由于密度小，具有一系列不同于液体和固体绝缘材料的特性，例如，介电常数很低，电阻率很高，介质损耗极小，击穿后能够自动恢复和不存在老化变质等。因此，在电气设备中，气体经常用做绝缘材料，它除了起绝缘作用外，在某些场合还具有灭弧、冷却和保护等作用。

2. 液体电介质

变压器油、开关油、电容器油、电缆油等矿物油，十二烷基苯、聚异丁烯、硅油和三氯联苯等合成油以及蓖麻油等，都是优良的液体绝缘材料。

在电气设备中能起到绝缘、浸渍、传热和灭弧作用，并且在常温下为液态的电介质叫做液体电介质，简称液体介质，一般称为绝缘油或绝缘液体。

液体电介质主要用在变压器、油开关、电容器和电缆等电气设备中。通过液体介质的浸渍和填充，消除了空气和气隙，从而提高了绝缘介质的绝缘强度，改善了设备的散热条件，还能起到灭弧作用。

3. 绝缘纸

绝缘纸是由植物纤维、矿物纤维、合成纤维或这些纤维的混合物，通过水、空气或其他流体将纤维沉积后，经造纸机形成薄页状材质，标重小于225 g/m2的称为纸，标重大于225 g/m2的称为纸板。

绝缘纸与其他绝缘材料相比，主要特点是价格低廉，物理性能、化学性能、电气性能、耐老化等综合性能良好。绝缘纸可分为植物纤维纸和合成纤维纸两大类。电话纸、电缆纸和电容器纸都属于植物纤维纸。合成纤维纸按其类别可分为聚酯纤维纸、芳香族聚酰胺纤维纸、芳香聚砜酰胺纤维纸和聚恶二唑纤维纸等。

4. 绝缘漆、胶及熔敷粉末

绝缘漆（又称电工绝缘漆）是一种涂料，是涂于电动机、电器、仪表等组件上，经固化后可提供介电、机械和保护等性能的一种液体树脂体系。它是由合成树脂或天然树脂等漆基（即成膜物质）及某些辅助材料组成的。其中，辅助材料有溶剂、稀释剂、填料和颜料等。

漆基在常温下是黏度很大的液体或固体。溶剂和稀释剂用来溶解漆基，调节漆的黏度和固体含量的比例，但在漆的成膜和固化过程中将逐渐挥发。某些带有活性基因的活性稀释剂，则参加成膜的化学反应，成为漆基的组成部分。

常用绝缘漆按用途可分为浸渍漆、电磁线漆、覆盖漆、硅钢片漆以及灌注胶和熔敷粉末等。

5. 浸渍纤维制品

以绝缘纤维制品作为底材，浸以绝缘漆制成的纤维制品，如漆布（绸）、漆管和绑扎带等，称为浸渍纤维制品，主要用于电动机、电器、仪器仪表等电工产品的线圈层间绝缘或作为衬垫与引出线或连接线间的绝缘。

浸渍纤维制品的底材一般使用棉布、薄绸、玻璃纤维、玻璃布及玻璃纤维与合成纤维交织物等。天然纤维制品，如布、绸等虽有一定的机械强度，柔软性也较好，但易吸潮，耐热性差，因此除某些特殊场合外，一般都被玻璃纤维和合成纤维所取代。玻璃纤维具有抗张力强、耐热性好、吸潮性小等优点，但柔软性较差，常以合成纤维交织以改善其柔软性。

6. 电工用薄膜及复合制品

电工用薄膜在电动机、电器、仪表工业中用做线圈、电线、电缆绕包绝缘和电容器的介质。复合制品则常用于中、小型电动机的槽绝缘，电器、仪表线圈端部绝缘和相间绝缘。

7. 层压制品

层压制品是以纤维制品作为底材，浸渍或涂覆以不同的胶黏剂，经热压（或卷制）而制成的层状结构的绝缘材料。其主要制品有层压板、管（筒）、棒和其他特殊型材。按使用要求，可制成具有优良的电气性能、机械性能和耐热、耐油、耐霉、耐电弧、防电晕等不同特性的制品。其性能主要取决于底材和胶黏剂的性质及其成型工艺。

层压制品常用的底材有天然有机纤维制品（如木质纤维纸、棉纤维纸、棉布）和无机纤维制品（如无碱玻璃布）等。不同的底材具有不同的特点，如木质纤维纸浸渍性好，可用于压制层压纸板、棒和卷制的层压纸管和电容套管芯等，机械性能较好；棉纤维纸用于压制冷冲剪纸板；无碱玻璃布耐高温，电气性能、机械性能和化学稳定性均好，但浸渍性差，与胶黏剂的黏结力差。棉布层压制品的黏结强度高、耐磨且易于机械加工，但耐热、电气性能和机械性能不如玻璃布层压制品，电气性能和高频性能也不如纸层压制品。

8. 云母

在电动机、电子设备和家用电器中，需要用云母及其制品作为高温绝缘材料，如电动机的整流子、电容器、电烙铁、电熨斗及电子管等的绝缘。

云母分为天然云母、合成云母和粉云母几种。一般称天然云母为云母，是一种天然无机矿物。能用做电工绝缘材料的，仅有白云母和金云母两种，具有优良的电气、机械性能，且耐高温、耐化学、耐电弧和耐电晕性好。合成云母耐热性优于天然云母，其他性能与白云母相似。

9. 电工用塑料

电工用塑料是由合成树脂、填料和各种添加剂等配制而成的粉状、粒状或纤维状材料，在一定的温度和压力下，可以加工成各种规格和形状的绝缘、结构、传动和装饰等零部件，也可作为绝缘电线保护层材料。

合成树脂是塑料的主要成分，它决定了塑料制品的基本特性。按树脂类型及热行为的特性，塑料又分为热固性和热塑性两大类。

（1）热固性塑料

热固性塑料是由酚醛树脂或改性酚醛树脂为基材与木粉、固化剂、颜料等组成的，以酚醛塑料应用较多，可塑制电动机、电器、仪器、仪表及开关等绝缘结构件。

氨基塑料是由三聚氰胺树脂或尿素树脂与纤维材料或其他填料加工制成的塑料，塑料固化后有良好的耐弧性能，可塑制电动机、电器、开关、仪表等绝缘结构件。

耐热塑料是由聚酯树脂与玻璃纤维或石棉制成料团状塑料。塑料固化后尺寸稳定性好，可塑制电动机、电器、开关等绝缘结构件。

聚酰亚胺塑料是由聚酰亚胺树脂与玻璃纤维制成的塑料，塑料固化后具有耐高温、耐辐射特性，可塑制耐高温绝缘结构件。

（2）热塑性塑料

热塑性塑料有纯树脂的，也有由树脂、填料以及添加剂组成的，其特点是随温度升高而变软，随温度降低而变硬。通过加热注塑、挤塑或压塑后冷却定型，可制成各种形状和规格的零部件和绝缘结构。人们将具有工程价值的热塑性塑料习惯地称为工程塑料。

常用的热塑性塑料主要有以下几种：聚苯乙烯（PS）、ABS（苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物）、聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）（俗称有机玻璃）、聚酰胺（1010）（又称尼龙）、聚碳酸酯（PC）、聚砜（PSF）。

（3）电缆用塑料

电缆用塑料主要包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、氟塑料等。

10. 电工用橡胶

橡胶是一种有机高分子聚合物，它具有独特的性能——高弹性。对它稍加外力，就可以使之变形（如伸长、压缩、弯曲、扭转等），外力刚一去掉又马上恢复原状。此外，它有一定的机械强度，有缓和冲击、吸收震动的能力，还具有耐磨、不透水、不透气和良好的绝缘性能。而某些特殊合成橡胶还具有耐油、耐化学药品腐蚀、耐热、耐寒、耐燃、耐老化、耐辐射等性能。

橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶。

天然生橡胶经过硫化后，才具有橡胶的各种性质。天然橡胶是一种通用性橡胶，主要成分为聚异戊二烯。橡胶硫化后，具有良好的电气、机械性能，回弹性好，但不耐油和溶剂，易燃、易老化；耐磨性和气密性方面不如合成橡胶。天然橡胶主要用做电线、电缆绝缘和护层材料及其他橡胶制品等。

合成橡胶在一系列的性质上，均优于天然橡胶。根据其合成方法、制造原料和特性的不同，可分为丁苯橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、氯磺化聚乙烯、硅橡胶和氟橡胶等。

11. 沥青及蜡类电介质

沥青是很复杂的碳氢化合物的混合物，按其来源可分为人造沥青和地沥青。人造沥青是石油蒸馏出来的副产品，在工业上大量应用；地沥青是从沥青矿中开采出来的，含有较多杂质，电气工程中很少使用。

沥青主要用来填充电缆终端头及电缆中间接头，并可用做电缆、电器的防腐、防霉及绝缘层，还可用做云母带的胶黏漆及电器或仪表的漆封。

电工用蜡电介质是具有结晶结构的固体碳氢化合物，主要有石蜡、地蜡和卤蜡，这三种蜡都是人造蜡（即合成蜡）；另外还有天然蜡、蜂蜡和植物蜡等。工业上常用合成蜡。

石蜡用来浸渍低压纸介电容器（温升较低的）、浸渍纤维材料、灌注高频变压器的线圈，也是绝缘层材料的组成部分，用以增加绝缘的抗潮性。石蜡不宜用做绝缘漆，因为它不能形成连续的漆膜。

地蜡用来浸渍不密封的电容器，在电子工业中用做浇注胶，在电缆生产中作为橡皮绝缘用的橡皮柔软剂，纯地蜡还能提高橡皮的日光稳定性。

卤蜡可用来浸渍电容器，但它有毒，性能也不大好，一般应用较少。

12. 无机绝缘材料

（1）石棉

石棉属于硅酸盐单斜晶系纤维状天然矿物，分为蛇纹石石棉和角闪石石棉两大类，用做电绝缘或热绝缘材料。

（2）电工玻璃

电工玻璃是由二氧化硅、氧化钙、氧化钠、三氧化二硼等原料，经熔融或烧结成的无晶玻璃体。电工玻璃分为绝缘玻璃、真空玻璃和微晶玻璃三大类，是玻璃结构的绝缘制品，广泛用于电工、电子、机械、航空等工业。

玻璃纤维不燃、耐热性好、机械强度高，适于纺纱织布或作为塑料增强材料。

玻璃布是由玻璃纱用平纹、斜纹或缎纹织法织成的，可用做玻璃漆布底材、层压制品底材、云母制品补强材料。玻璃布带可用做电动机、电器线圈绑扎材料。

（3）陶瓷

陶瓷是以黏土和石英、长石等天然矿物为原料，经粉碎、真空炼泥、加工成型、烧结等工序制成的多晶无机绝缘材料。

高低压电瓷耐辐射性好，电气、机械性能优良，主要用做高低压输变电设备绝缘子和线路绝缘。高频瓷在高频下电气性能稳定，耐热性好，用做高频设备绝缘件、电真空器件和装置中的瓷绝缘件和晶闸管外壳等。电热高温瓷耐高温性好、膨胀系数小、耐弧性好，可用做电炉盘、电热设备绝缘和开关灭弧罩等绝缘器件。

1.1.2 绝缘材料的耐热等级

电气设备中的绝缘材料在工程运行中受多方面因素的影响，例如，温度、湿度、大气中的氧气、电场作用、机械振动和电动力等。绝缘材料在上述各种因素的作用下，不可能无限期使用而不受损坏，所谓能长期使用是指在某一使用温度下能获得的最经济的使用寿命。

促使绝缘材料老化的因素尽管很多，但主要还是热老化，因此，为保证绝缘材料的使用寿命，对绝缘材料按其正常运行条件下允许的最高工作温度分级，称为耐热等级。绝缘材料的耐热等级如表1.1.1所示。