Электроизоляционные материалы (ЭИМ) классифицируются по своему агрегатному состоянию на газообразные, жидкие и твердые.
К газообразным ЭИМ относятся такой естественный диэлектрик, как атмосферный воздух, а также азот, углекислый газ С02, элегаз (шестифтористая сера SF6), инертные газы (гелий Не, неон Ne, аргон Аг, криптон Кг, ксенон Хе), пары перфторированных углеводов, например, C7F 14. Применение газообразных ЭИМ, кроме воздуха, во взрывозащищенном электрооборудовании распространения пока не получило.
Классификация жидких электроизоляционных материалов дана на рис. 1 Они обладают подчас очень высокими электрофизическими параметрами, но нефтяные масла пожароопасны, а синтетические жидкости токсичны. Поэтому жидкие ЭИМ во взрывозащищенном электрооборудовании почти не применяются.
Наибольшее распространение получили твердые ЭИМ. Классификация исходных твердых ЭИМ приведена на рис. 2.
Из органических твердых электроизоляционных материалов широко применяются смолы. Они бывают: 1) природные (шеллак, канифоль, янтарь); 2) искусственные, полученные в результате обработки природных высокомолекулярных органических соединений (этилцеллюлоза, бетоилцеллюлоза, шелк ); 3) синтетические, изготовленные путем синтеза из низкомолекулярных веществ. Из них наилучшими значениями предела прочности при растяжения обладают полиамиды и эпоксидные смолы, нагревостойкости - политетрафторэтилен (фторопласт-4) и кремнийорганические, удельного электрического сопротивления р - также фторопласт-4, тангенса угла диэлектрических потерь tg 5 - полиолефины, полистирол, фторопласт-4, электрической прочности Е пр - эпоксидные, водопоглощения и влагопроницаемости - фторопласт-4 и полиолефины.
Битумы - аморфные сложные смеси углеводородов с небольшим количеством серы и кислорода - бывают искусственные (нефтяные, с температурой размягчения 50... 150 °С) и природные (асфальты. с температурой размягчения 220 °С ).
Эластомеры - бывают натуральные (каучук, резина, эбонит) и синтетические: каучуки бутадиеновые (и его разновидность эскалон - аналог эбонита), бутадиен - стирольный, хлоропреновый (наирит, неопрен), бутадиен - нитрил - акрильный, бутил-каучук и кремийорганические каучуки.
К растительным высыхающим маслам, образующим твердую изоляционную пленку, относятся масло льняное (из семян льна,) и тунговое (из семян тунгового дерева).
Воскообразное диэлектрики представлены таким продуктом возгонки и вымораживания некоторых сортов нефти, как парафин (смесь твердых углеводородов ряда С „ Н п+2 при п = 10...36) с температурой плавления 50...55 °С, и продуктом очистки горного воска (озокерита) церезином (то же при п =39...53) с температурой плавления 65-80°С. Получены синтетические парафин и церезин с температурой плавления 100... 130 °С. К этой же группе ЭИМ относится и вазелин - смесь твердых и жидких угле водородов, полученных из нефти.
Из неорганических электроизоляционных материалов наиболее важное значение имеет слюда, которая бывает двух разновидностей - мусковит и флотопит - отличающихся по химическому составу (флогопит кроме окислов калия алюминия, кремния и воды, входящих в состав мусковита, содержит также окислы магния).
К керамическим материалам относятся фарфор (и его разновидности радиофарфор, ультрафарфор, алюминоксид, поликор), стеатит (на основе талька), радиокерамика (на основе минералов цельзиана, анортита, шпинели, циркона, волластонита) и керамика с высокой диэлектрической проницаемостью (на основе двуокиси титана).
Наконец, неорганические оксидные пленки (покрытия), наносимые на металлические детали, из готавливаются на основе оксидов алюминия, тантала или ниобия.
Перечисленные выше исходные твердые ЭИМ могут использоваться как для изготовления электроизоляционных деталей и конструкций в чистом виде, так и для изготовления производных ЭИМ классификация которых дана на рис. 3.
Композиционные материалу представляют собой полимер, нанесенный на основу из органических, кремнийорганических или неорганических материалов. Они бывают обычно двух - иди трехслойными. Миканиты (включая гибкие микаленты) - пластинки щепаной слюды, наложенные на подложку из бумаги, ткани или стеклоткани, пропитанные вязким лаком (высокой концентрации). Слюлиниты и слюдопласты - аналогичные материалы с использованием мелких отходов слюдяного производства. Пластмассы - смесь смол (поливиниловых, полиамидных, карбамидных или фенолформальдегидных) с наполнителями (каменной или древесной мукой, хлопчатобумажным, стеклянным или асбестовым волокном), пластификатором и красителем,формуемая под давлением и запекаемая при высокой температуре.
Рис. 1. Классификация жидких электроизоляционных материалов
Рис. 2 Классификация исходных твердых электроизоляционных материалов
Рис. 3. Классификация производных твердых электроизоляционных материалов
Слоистые пластики - многослойные листы бумаги (гетинакс), ткани (текстолит), стеклоткани (стеклотекстолит), асботкани (асботекстолит), асбобумаги (асбогетинакс) или фанеры (древеснослойный пластик), пропитанные бакелитовым лаком и спрессованные под давлением. Микалекс - сплав стекла и отходов слюдяного производства.
Лаки пропиточные - коллоидные растворы смол, битумов, высыхающих масел (лаковая основа) в соответствующих летучих растворах. Лаки бывают смоляные (шеллачные, бакелитовые, глифталевые, полихлорвиниловые, кремнийорганические), целлюлозные (нитролаки), масляные (на основе высыхающих масел), битумные, масляно-битумные, масляносмоляные (например, масляноглифталевые). Кампаунды пропиточные - смесь смол, битумов, восков и масел (без растворителей), затвердевающая при высокой температуре. Компаунды заливочные - смесь смол (чаще эпоксидных) с мелкоизмельченными неорганическими веществами (например, кварцевым песком) и другими веществами, застывающая при низкой температуре и атмосферном давлении и поэтому используемая для заливки в формы при изготовлении различных электроизоляционных деталей.
В сложных электротехнических изделиях и деталях обычно используется сразу несколько соединенных вместе ЭИМ, образующих электроизоляционную конструкцию (ЭИК). Так, в обмотке статора асинхронных двигателей (АД) могут быть одновременно применены стекловолокно, лакоткань, микаленты, стеклоткани, трубки из эластомеров, слоистые пластики, пластмассы. Некоторые из них содержат в себе свой пропиточный лак, а вся ЭИК после изготовления неоднократно пропитывается другим лаком и подвергается термообработке. Основу такой ЭИК составляют высокополимерные органические материалы. Именно от их старения, в первую очередь, зависит надежность и срок службы, так как неорганические ЭИМ (слюда, стекло, керамика) изнашиваются в значительно меньшей степени.
На значения электрофизических характеристик - удельного электрического сопротивления р, диэлектрической проницаемости е, тангенса угла диэлектрических потерь tg5, электрической прочности Е„р (или пробивного напряжения Unp- ) - высокополимерных материалов и на зависимость этих характеристик от частоты тока, температуры и влажности воздуха существенно влияет химический состав полимеров, электрическая симметрия расположения атомов и звеньев цепей молекул, определяющая полярность или неполярность диэлектрика, и степень полимеризации (значения молекулярной массы) для полярных диэлектриков. Это не позволяет создать какие-либо общие теоретические заключения о значениях и характере изменения р, е, tgS, Е пр данной ЭИК, содержащей разнородные материалы, а вынуждает полагаться только на результаты экспериментов.