Giáo trình Vật liệu điện (Nghề Điện công nghiệp Cao đẳng)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (975.6 KB, 71 trang )
BỘ XÂY DỰNG
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ XÂY DỰNG
GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC: VẬT LIỆU ĐIỆN
NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
Ban hành kèm theo quyết định số: …. /QĐ … ngày … tháng … năm …
của Hiệu trưởng
Quảng Ninh, năm 2021
1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình (bài giảng) nên các nguồn thơng tin có thể được
phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu
lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
2
LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình Vật liệu điện là một trong những môn học chuyên ngành được biên soạn dựa
trên chương trình khung và chương trình chi tiết của trường Cao Đẳng nghề Xây dựng ban
hành năm 2021 dành cho hệ Cao Đẳng Nghề Điện cơng nghiệp.
Giáo trình được biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình đã được xây
dựng ở mức độ đơn giản và dễ hiểu nhất.
Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã dựa trên kinh nghiệm giảng dạy, tham khảo đồng
nghiệp và tham khảo ở nhiều giáo trình hiện có để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo
của nhà trường và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết được biên soạn gắn với
nhu cầu thực tế.
Giáo trình này gồm chương:
Chương 1: Khái niệm về vật liệu điện
Chương 2: Vật liệu cách điện
Chương 3. Vật liệu dẫn điện
Chương 4. Vật liệu dẫn từ
Giáo trình cũng là tài liệu giảng dạy và tham khảo tốt cho các ngành thuộc lĩnh vực điện
dân dụng, điện tử công nghiệp, điện tử, cơ khí và cán bộ vận hành sửa chữa máy điện.
Mặc dù nhóm tác giả đã có nhiều cố gắng, song thiếu sót là khó tránh. Rất mong nhận
được sự đóng góp ý kiến của các thầy cơ giáo và bạn đọc để giáo trình được hồn thiện hơn!
Mọi đóng góp xin gửi về Khoa Điện – Điện tử Trường Cao đẳng nghề Xây dựng theo
hòm thư:
Quảng Ninh, ngày
tháng
năm 2021
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên: ThS. Vũ Thị Thơ
2. Tham gia:
3
MỤC LỤC
LỜI GIỚI THIỆU………………………………………………………………...
7
I. Vị trí, tính chất mơn học ……………………………………………………..
7
II. Mục tiêu môn học ……………………………………………………………
7
III. Nội dung môn học …………………………………………………………..
7
CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN ……………………………….
8
2.1. Khái niệm về vật liệu điện. ………………………………………………….
8
2.1.1. Khái niệm…………………………………………………………………….
8
2.1.2. Cấu tạo nguyên tử của vật liệu……………………………………………….
8
2.1.3. Cấu tạo phân tử………………………………………………………………
10
2.1.4. Khuyết tật trong cấu tạo vật rắn……………………………………………..
13
2.1.5. Lý thuyết phân vùng năng lƣợng trong vật rắn……………………………..
14
2.2. Phân loại vật liệu điện………………………………………………………….
15
2.2.1. Phân loại theo khả năng dẫn điện……………………………………………
15
2.2.2. Phân loại theo từ tính ………………………………………………………..
15
2.2.3. Phan loại theo trạng thái vật thể ……………………………………………..
16
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1 ..............................................................................
16
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN …………………………………………….
17
2.1. Khái niệm và phân loại vật liệu cách điện……………………………………..
17
2.1.1. Khái niệm……………………………………………………………………
17
2.1.2. Phân loại vật liệu cách điện………………………………………………….
17
2.2. Tính chất chung của vật liệu cách điện………………………………………..
18
2.2.1. Tính hút ẩm của vật liệu cách điện………………………………………….
18
2.2.2. Tính chất cơ học của vật liệu cách điện……………………………………..
20
2.2.3. Tính chất hóa học của vật liệu cách điện……………………………………
21
2.3. Một số vật liệu cách điện thông dụng…………………………………………
21
2.3.1. Vật liệu sợi…………………………………………………………………..
21
2.3.2. Giấy và các tông……………………………………………………………..
21
4
2.3.3. Phíp………………………………………………………………………….
22
2.3.4. Amiăng, xi măng amiăng……………………………………………………
22
2.3.5. Vải sơn và băng cách điện…………………………………………………..
23
2.3.6. Chất dẻo………………………………………………………………………
23
2.3.7. Nhựa cách điện………………………………………………………………
25
2.3.8. Dầu cách điện………………………………………………………………..
28
2.3.9. Sơn và các hợp chất cách điện………………………………………………
29
2.3.10. Chất đàn hồi………………………………………………………………..
31
2.3.11. Điện môi vô cơ…………………………………………………………….
32
2.3.12. Vật liệu cách điện bằng gốm sứ………………….……………………….
33
2.3.13. Mica và các vật liệu trên cơ sở Mica…………………………………….
34
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2 ..............................................................................
36
CHƯƠNG 3. VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN ………………………………………………
37
2.1. Khái niệm và tính chất của vật liệu dẫn điện………………………………….
37
2.1.1. Khái niệm về vật liệu dẫn điện………………………………………………
37
2.1.2. Tính chất của vật liệu dẫn điện………………………………………………
38
2.1.3. Các tác nhân môi trƣờng ảnh hƣởng đến tính dẫn điện của vật liệu……….
39
2.1.4. Hiệu điện thế tiếp xúc và sức nhiệt động……………………………………
40
2.2.Tính chất chung của kim loại và hợp kim……………………………………..
42
2.2.1. Tầm quan trọng của kim loại và hợp kim…………………………………..
42
2.2.2. Các tính chất………………………………………………………………..
42
2.3. Những hư hỏng thường và cách chọn vật liệu dẫn điện……………………..
44
2.3.1. Những hư hỏng thường gặp………………………………………………..
44
2.3.2. Cách chọn vật liệu dẫn điện………………………………………………..
44
2.4. Một số vật liệu dẫn điện thông dụng………………………………………….
44
2.4.1. Đồng và hợp kim đồng………………………………………………………
45
2.4.2. Nhơm và hợp kim nhơm…………………………………………………….
48
2.4.3. Chì và hợp kim chì………………………………………………………….
51
2.4.4. Sắt (Thép)…………………………………………………………………..
52
2.4.5. Wonfram……………………………………………………………………
53
5
2.4.6. Kim loại dùng làm tiếp điểm và cổ góp…………………………………….
54
2.4.7. Hợp kim có điện trở cao và chịu nhiệt……………………………………..
55
2.4.8. Lưỡng kim………………………………………………………………….
56
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 3 ………………………………………………….
57
CHƯƠNG 4. VẬT LIỆU DẪN TỪ ……………………………………………….
58
2.1. Khái niệm và tính chất vật liệu dẫn từ………………………………………..
58
2.1.1. Khái niệm…………………………………………………………………..
58
2.1.2. Tính chất vật liệu dẫn từ……………………………………………………
59
2.1.3. Các đặc tính của vật liệu dẫn từ……………………………………………
59
2.1.4. Đường cong từ hóa………………………………………………………..
61
2.2. Mạch từ và tính tốn mạch từ……………………………………………….
62
2.2.1. Các công thức cơ bản………………………………………………………
62
2.2.2. Sơ đồ thay thế của mạch từ…………………………………………………
63
2.2.3. Mạch từ xoay chiều…………………………………………………………
64
2.2.4. Những hư hỏng thường gặp……………………………………………….
66
2.3. Một số vật liệu dẫn từ thông dụng…………………………………………..
66
2.3.1. Vật liệu sắt từ mềm………………………………………………………..
66
2.3.2. Vật liệu sắt từ cứng………………………………………………………..
67
2.3.3. Các vật liệu sắt từ có cơng dụng đặc biệt…………………………………
68
CÂU HỎI ƠN TẬP CHƯƠNG 4 …………………………………………………
70
TÀI LIỆU THAM KHẢO …………………………………………………………..
71
6
GIÁO TRÌNH MƠN HỌC VẬT LIỆU ĐIỆN
Tên mơn học: Vật liệu điện
Mã số môn học: MH09
Thời gian thực hiện môn học: 30giờ; (Lý thuyết: 23 giờ; Bài tập, thảo luận: 5 giờ, Kiểm tra:
2 giờ)
I. Vị trí tính chất mơn học:
- Vị trí: Mơn học đƣợc bố trí học song song với các môn học, mô đun cơ sở: Điện kỹ
thuật, Khí cụ điện, Kỹ thuật điện tử cơ bản, Kỹ thuật đo lƣờng điện.
- Tính chất: Là mơn học cơ sở của nghề.
II. Mục tiêu môn học:
- Về kiến thức :
+ Trình bày được các đặc tính của các loại vật liệu điện.
+ Trình bày đƣợc các dạng và nguyên nhân gây hƣ hỏng ở vật liệu điện.
- Về kỹ năng :
+ Nhận dạng đƣợc các loại vật liệu điện thông dụng.
+ Phân loại đƣợc các loại vật liệu điện thông dụng.
+ Sử dụng thành thạo các loại vật liệu điện.
+ Xác định được các dạng và nguyên nhân gây hư hỏng ở vật liệu điện.
+ Tính chọn, thay thế vật liệu điện.
- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Tích cực, chủ động trong cơng việc đƣợc giao.
+ Có tinh thần hợp tác tích cực trong q trình thực hiện cơng việc.
7
III. Nội dung môn học:
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN
1. Mục tiêu:
- Kiến thức:
+ Trình bày được khái niệm về vật liệu điện, cấu tạo nguyên tử và phân tử của vật liệu
điện, lý thuyết phân vùng năng lượng trong vật rắn.
- Kỹ năng:
+ Nhận dạng được các loại vật liệu điện.
+ Phân loại chính xác các loại vật liệu điện dùng trong công nghiệp và dân dụng.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Nghiêm túc trong học tập, ghi chép bài đầy đủ.
2. Nội dung chương:
2.1. Khái niệm về vật liệu điện
2.1.1. Khái niệm
Vật liệu điện là tất cả những chất liệu dùng để sản xuất các thiết bị sử dụng trong
lĩnh vực ngành điện. Thường được phân ra các vật liệu theo đặc điểm, tính chất và cơng
dụng của nó, thường là các vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện và vật liệu dẫn từ.
2.1.2. Cấu tạo nguyên tử của vật liệu
Như chúng ta đã biết, mọi vật chất được cấu tạo từ nguyên tử và phân tử. Nguyên tử là
phần tử cơ bản của vật chất. Theo mơ hình ngun tử của Bohr, nguyên tử được cấu tạo bởi
hạt nhân mang điện tích dương và các điện tử (êlectron e) mang điện tích âm, chuyển động
xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo nhất định. Hạt nhân nguyên tử được tạo nên từ các hạt
prôton và nơtron. Nơtron là các hạt không mang điện tích cịn prơton có điện tích dương với
số lượng bằng Zq.
Trong đó: Z: số lượng điện tử của nguyên tử đồng thời cũng là số thứ tự của nguyên tố
đó ở trong bảng tuần hồn Menđêlêép.
q: điện tích của điện tử e (qe=1,601.10-19 culơng). Prơton có khối lượng bằng 1,67.1027 kg, êlêctron (e) có khối lượng bằng 9,1.10-31 kg
8
Hình 1.1. Mơ hình ngun tử của Bohr
Ở trạng thái bình thường, ngun tử được trung hịa về điện, tức là trong ngun tử có
tổng các điện tích dƣơng của hạt nhân bằng tổng các điện tích âm của các điện tử. Nếu vì lý
do nào đó, ngun tử mất đi một hay nhiều điện tử thì sẽ trở thành điện tích dương mà ta
thường gọi là ion dương. Ngược lại nếu nguyên tử trung hòa nhận thêm điện tử thì trở thành
ion âm. Để có khái niệm về năng lượng của điện tử, ta xét nguyên tử của hiđrô, nguyên tử này
được cấu tạo từ một prôton và một điện tử.
Hình 1.2. Mơ hình ngun tử Hydro
Khi điện tử chuyển động trên quỹ đạo trịn bán kính r xung quanh hạt nhân thì điện tử
sẽ chịu lực hút f1 của hạt nhân và được xác định bởi công thức sau:
9
Lực hút f1 được cân bằng bởi lực ly tâm của chuyển động f2, f2 được xác định bởi công
thức sau:
Trong đó: - m: là khối lƣợng của điện tử;
- v: là tốc độ chuyển động của điện tử.
Từ (1.1) và (1.2) ta có: f1 = f2 hay là:
𝑈=
𝑚𝑣 2 =
𝑞2
𝑟
Trong q trình chuyển động điện tử có một điện năng: 𝑇 =
𝑞2
𝑟2
, nên năng lượng của điện tử sẽ bằng:
(1-3)
𝑚𝑉 2
2
và một thế năng
Biểu thức (1.4) ở trên chứng tỏ mỗi điện tử của nguyên tử có một mức năng lượng nhất
định, năng lượng tỉ lệ nghịch với bán kính quỹ đạo chuyển động của điện tử. Để di chuyển
điện tử từ quỹ đạo chuyển động bán kính r ra xa vô cùng ta cần phải cung cấp thêm cho nó
một năng lượng lớn hơn q2/2r . Năng lượng tối thiểu cung cấp cho điện tử để điện tử tách rời
khỏi nguyên tử trở thành điện tử tự do ngƣời ta gọi là năng lượng ion hóa (Wi), khi bị ion hóa
(bị mất điện tử), nguyên tử trở thành ion dƣơng. Q trình biến ngun tử trung hịa thành ion
dương và điện tử tự do gọi là quá trình ion hóa. Trong một nguyên tử, năng lượng ion hóa của
các lớp điện tử khác nhau cũng khác nhau, các điện tử hóa trị ngồi cùng có mức năng lượng
ion hóa thấp nhất vì chúng xa hạt nhân nhất. Khi điện tử nhận được năng lượng nhỏ hơn năng
lượng ion hóa chúng sẽ bị kích thích và có thể di chuyển từ mức năng lượng này sang mức
năng lượng khác, song chúng ln có xu thế trở về vị trí ban đầu. Phần năng lượng cung cấp
để kích thích nguyên tử sẽ được trả lại dưới dạng năng lương quang học (quang năng). Trong
thực tế ion hóa và năng lương kích thích ngun tử có thể nhận được từ nhiều nguồn năng
lượng khác nhau như: nhiệt năng, quang năng, điện năng, năng lượng của các tia song ngắn
như các tia: ,, hay tia Rơghen v.v...
10
2.1.3. Cấu tạo phân tử
Phân tử được tạo nên từ những nguyên tử thông qua các liên kết phân tử. Trong vật
chất tồn tại bốn loại liên kết sau:
2.1.3.1. Liên kết đồng hóa trị
Liên kết đồng hóa trị đƣợc đặc trƣng bởi sự dùng chung những điện tử của các nguyên
tử trong phân tử. Khi đó mật độ đám mây điện tử giữa các hạt nhân trở thành bão hòa, liên kết
phân tử bền vững. Tùy thuộc vào cấu trúc đối xứng hay không đối xứng mà phân tử liên kêt
đồng hóa trị có thể là trung tính hay lưỡng cực. Phân tử có trọng tâm điện tích dương và âm
trùng nhau là phân tử trung tính. Các chất được tạo nên từ các phân tử trung tính gọi là chất
trung tính. Phân tử có trọng tâm điện tích dương và điện tích âm khơng trùng nhau, cách nhau
một khoảng cách ‟a‟ nào đó gọi là phân tử cực tính hay cịn gọi là lưỡng cực. Phân tử cực
tính đặc trưng bởi mô men lưỡng cực m = q.a. Dựa vào trị số mô men lưỡng cực của phân tử
người ta chia ra thành chất cực tính yếu và cực tính mạnh. Những chất được cấu tạo bằng các
phân tử cực tính gọi là chất cực tính. Liên kết đồng hóa trị cịn thấy ở cả chất rắn vơ cơ có
mạng tinh thể cấu tạo từ các ngun tử.
Hình 1.3. Một số liên kết địng hóa trị
2.1.3.2. Liên két ion
Liên kết ion được xác lập bởi lực hút giữa các ion dương và các ion âm trong phân tử.
Liên kết ion là liên kết khá bền vững. Do vậy, vật rắn có cấu tạo ion đặc trưng bởi độ bền cơ
học và nhiệt độ nóng chảy cao. Ví dụ các muối halôgen của các kim loại kiềm. Khả năng tạo
nên một chất hoặc một hợp chất mạng không gian nào đó phụ thuộc chủ yếu vào kích thước
ngun tử và hình dáng lớp điện tử ngồi cùng.
11
Hình 1.4. Liên kết ion
2.1.3.3. Liên kết kim loại
Dạng liên kết này tạo nên các tinh thể vật rắn. Kim loại được xem như là một hệ thống cấu
tạo từ các ion dƣơng nằm trong môi trường các điện tử tự do. Lực hút giữa các ion dương và các
điện tử tạo nên tính nguyên khối của kim loại. Chính vì vậy liên kết kim loại là liên kết bền vững,
kim loại có độ bền cơ học và nhiệt độ nóng chảy cao. Sự tồn tại các điện tử tự do làm cho kim
loại có tính ánh kim và tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao. Tính dẻo của kim loại được giải thích bởi sự
dịch chuyển và trượt trên nhau giữa các lớp ion, cho nên kim loại dễ cán, kéo thành lớp mỏng
Hình 1.5. Liên kết kim loại đồng
12
2.1.3.4. Liên kết Van Der Waals
Giữa các phân tử, cho dù đã bão hịa hóa trị, ln ln tồn tại một tương tác tĩnh điện
yếu đƣợc gọi là liên kết Van Der Waals. có cấu trúc mạng tinh thể phân tử không vững chắc.
Do vậy những liên kết dạng này có nhiệt độ nóng chảy và có độ bền cơ thấp.
Hình 1.6. Hạt trung lập có tính hút nhau do lực Vander Waal
2.1.4. Khuyết tật trong cấu tạo vật rắn
Các tinh thể vật rắn có thể có cấu tạo đồng nhất. Sự phá hủy các kết cấu đồng nhất và
tạo nên các khuyết tật trong vật rắn thường gặp nhiều trong thực tế. Những khuyết tật có thể
được tạo nên bằng sự ngẫu nhiên hay cố ý trong quá trình chế tạo vật liệu. Khuyết tật của vật
rắn là bất kỳ hiện tượng nào phá vỡ tính chất chu kỳ của trường tĩnh điện mạng tinh thể như:
phá vỡ thành phần hợp thức; sự có mặt của các tạp chất lạ; áp lực cơ học; các lượng tử của
giao động đàn hồi, lỗ xốp v.v... Khuyết tật sẽ làm thay đổi các đặc tính cơ học, lý học, hóa
học và các tính chất về điện của vật liệu. Khuyết tật có thể tạo nên các tính năng đặc biệt tốt
và cũng có thể làm cho tính chất của vật liệu kém đi.
13
Hình 1.7. Một số dạng khuyết tật trong cấu tạo của vật rắn
2.1.5. Lý thuyết phân vùng năng lượng trong vật rắn.
Có thể sử dụng lý thuyết phân vùng năng lượng để giải thích, phân loại vật liệu thành
các nhóm vật liệu dẫn điện, cách điện và vật liệu bán dẫn. Khi ngun tử ở trạng thái bình
thường khơng bị kích thích, một số trong các mức năng lượng được các điện tử lấp đầy, còn
ở các mức năng lượng khác điện tử chỉ có thể có mặt khi nguyên tử nhận được năng lượng từ
bên ngoài tác động (trạng thái kích thích). Ngun tử ln có xu hướng quay về trạng thái ổn
định. Khi điện tử chuyển từ mức năng lượng kích thích sang mức năng lượng nguyên tử nhỏ
nhất, nguyên tử phát ra phần năng lượng dư thừa. Do khơng có năng lượng của chuyển động
nhiệt nên vùng năng lượng bình thƣờng của ngun tử ở vị trí thấp nhất và được gọi là vùng
hóa trị hay cịn gọi là vùng điền đầy (ở 0 0K các điện tử hóa trị của nguyên tử lấp đầy vùng
này). Những điện tử tự do có mức năng lượng hoạt tính cao hơn, các dải năng lượng của chúng
tập hợp thành vùng điện dẫn (phần trên cùng của sơ đồ phân bố vùng năng lượng ở hình sau).
Hình 1.8. Các mức phân bố năng lượng trong vật rắn
14
Hình 1.9. Sơ đồ phân bố vùng năng lượng của vật rắn ở nhiệt độ 0 0K
2.2. Phân loại vật liệu điện.
2.2.1. Phân loại vật liệu điện theo khả năng dẫn điện:
Trên cơ sở giản đồ năng lượng, người ta phân loại theo vật liệu dẫn điện, vật liệu dẫn
từ, vật liệu cách điện và vật liệu bán dẫn.
a. Vật liệu dẫn điện:
Vật liệu dẫn điện là chất có vùng tự do nằm sát với vùng điền đầy, thậm chí có thể
chồng lên vùng đầy (W 0,2eV). Vật liệu dẫn điện có số lượng điện tử tự do rất lớn; ở nhiệt
độ bình thường các điện tử hóa trị ở vùng điền đầy có thể chuyển sang vùng tự do rất dễ dàng,
dưới tác dụng của lực điện trường các điện tử này tham gia vào dòng địên dẫn. Chính vì vậy
vật dẫn có tính dẫn điện tốt.
b. Vật liệu bán dẫn:
Vật liệu bán dẫn là chất có vùng cấm hẹp hơn so với vật liệu cách điện, vùng này có
thể thay đổi nhờ tác động năng lượng từ bên ngoài. Chiều rộng vùng cấm chất bán dẫn bé (W
= 0,2 1,5eV), do đó ở nhiệt độ bình thường một số điện tử hóa trị ở vùng điền đầy được tiếp
sức của chuyển động nhiệt có thể di chuyển tới vùng tự do để tham gia vào dòng địên dẫn.
c. Vật liệu cách điện (Điện môi):
Điện môi là chất có vùng cấm lớn đến mức ở điều kiện bình thường sự dẫn điện bằng
điện tử khơng xảy ra. Các điện tử hóa trị tuy được cung cấp thêm
2.2.2. Phân loại theo từ tính
Theo từ tính ngƣời ta chia vật liệu thành: nghịch từ, thuận từ và dẫn từ.
a. Vật liệu nghịch từ:
Là những vật liệu có độ từ thẩm 1 và không phụ thuộc vào từ trường bên ngồi.
Loại này gồm có: hydrơ, các khí hiếm, đa số các hợp chất hữu cơ, muối mỏ và các kim loại
như: đồng, kẽm, bạc, vàng, thủy ngân, gali, antimoan.
b. Vật liệu thuận từ:
Là những vật liệu có độ từ thẩm 1 và không phụ thuộc vào từ trƣờng bên ngồi.
Loại này gồm có: oxy, oxit nitơ, muối đất hiếm, muối sắt, muối côban và niken, kim loại
kiềm, nhôm và bạch kim. Vật liệu thuận từ và nghịch từ có độ từ thẩm xấp xỉ bằng 1.
c. Vật liệu dẫn từ:
15
Là những vật liệu có độ từ thẩm 1 và phụ thuộc vào từ trường bên ngoài. Loại này
gồm có: sắt, cơban, niken và các hợp kim của chúng: hợp kim crơm và mangan, gađơlơnít,
pherit có các thành phần khác nhau.
2.2.3. Phân loạỉ theo trạng tháỉ vật thể
-Vật liệu điện theo trạng thái vật rắn
-Vật liệu điện theo trạng thái vật lỏng
-Vật liệu điện theo trạng thái thể khí
CÂU HỎI CHƯƠNG 1
1. Trình bày cấu tạo ngun tử, phân tử, phân biệt chất trung tính và chất cực tính?
2. Trình bày ngun nhân gây ra những khuyết tật trong vật rắn ?
3. Phân loại vật liệu theo lý thuyết phân vùng năng lượng của vật chất
4. Tính lực hút hướng tâm và lực hút ly tâm một nguyên tử biết mc= 9,1 .10"31 (Kg)qe
= 1,601 . 10‘19 (C), v= 1,26.105m/s
5.
V
Tính năng lượng một nguyên tử biết me= 9,1 .10"31 (Kg), qe = 1,601 . 10"19 (C),
= 1,24.106 m/s
6. Trình bày cách phân loại vật liệu điện ?
16
CHƯƠNG 2 : VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN
1. Mục tiêu:
- Kiến thức:
+ Trình bày được các khái niệm cơ bản của vật liệu cách điện và phân liệu vật liệu
cách điện.
+ Trình bày đƣợc các đặc tính cơ bản của một số loại vật liệu cách điện thƣờng
dùng.
- Kỹ năng:
+ Nhận dạng, phân loại chính xác các loại vật liệu cách điện dùng trong công nghiệp
và dân dụng.
+ Sử dụng phù hợp các loại vật liệu cách điện theo từng yêu cầu kỹ thuật cụ thể.
+ Xác định đƣợc các nguyên nhân gây ra hư hỏng và có phƣơng án thay thế khả
thi các loại vật liệu cách điện thƣờng dùng.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Nghiêm túc trong học tập, ghi chép bài đầy đủ.
2. Nội dung chương:
2.1. Khái niệm và phân loại vật liệu cách điện
2.1.1. Khái niệm
Vật liệu dùng làm cách điện (còn gọi là chất điện mơi) là các chất mà trong điều kiện
bình thường điện tích xuất hiện ở đâu thì ở ngun ở chỗ đấy, tức là ở điều kiện bình thường,
điện mơi là vật liệu không dẫn điện, điện dẫn Ỵ của chúng bằng không hoặc nhỏ không đáng
kể.
Vật liệu cách điện có vai trị quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện,
Việc nghiên cứu vật liệu cách điện để tìm hiểu các tính chất, đặc điểm, để từ đó chọn
lựa cho phù hợp.
2.1.2. Phân loại vật liệu cách điện
2.1.2.1. Phân loại theo trạng thái vật lý
Theo trạng thái vật lý, có:
• Vật liệu cách điện thể khí,
• Vật liệu cách điện thể lỏng,
17
• Vật liệu cách điện thể rắn.
Vật liệu cách điện thể khí và thể lỏng ln ln phải sử dụng với vật liệu cách điện ở
thể rắn thì mới hình thành được cách điện vì các phàn tử kim loại khơng thể giữ chặt được
trong khơng khí.
Vật liệu cách điện rắn cịn được phân thành các nhóm: cứng, đàn hồi, có sợi, băng,
màng mỏng.
Ở giữa thể lỏng và thể rắn cịn có một thể trung gian gọi là thể mềm nhão như: các vật
liệu có tính bơi trơn, các loại sơn tẩm.
2.1.2.2. Phân loại theo thành phần hóa học
Theo thành phân hoá học, người ta phân ra: vật liệu cách điện hữu cơ và vật liệu cách
điện vô cơ.
- Vật liệu cách điện hữu cơ: chia thành hai nhóm: nhóm có nguồn gốc trong thiên nhiên
và nhóm nhân tạo.
+ Nhóm có nguồn gốc trong thiên nhiên sử dụng các hợp chất cơ bản có trong thiên
nhiên, hoặc giữ nguyên thành phàn hóa học như: cao su, lụa, phíp, xenluloit,...
+ Nhóm nhân tạo thường được gọi là nhựa nhân tạo gồm có: nhựa phênol, nhựa amino,
nhựa polyeste, nhựa epoxy, xilicon, polyetylen, vinyl, polyamit,....
- Vật liệu cách điện vô cơ: gồm các chất khí, các chất lỏng khơng cháy, các loại vật
liệu rắn như gốm, sứ, thủy tinh, mica, amiăng...
2.2. Tính chất chung của vật liệu cách điện
Khi lựa chọn, sử dụng vật liệu cách điện càn phải chú ý đến không những các phẩm chất
cách điện của nó mà cịn phải xem xét tính ổn định của những phẩm chất này dưới các tác
dụng cơ học, hóa lý học, tác dụng của môi trường xung quanh,...gọi chung là các điều kiện
vận hành tác động đến vật liệu cách điện. Dưới tác động của điều kiện vận hành, tính chất của
vật liệu cách điện bị giảm sút liên tục, người ta gọi đó là sự ỉão hóa vật liệu cách điện. Do
vậy, tuổi thọ của vật liệu cách điện sẽ rất khác nhau trong những điều kiện khác nhau.
Bởi thế càn phải nghiên cứu về tính chất cơ lý ho á, nhiệt của vật liệu cách điện để có thể
ngăn cản quá trình lão hố, nâng cao tuổi thọ của vật liệu cách điện.
2.2.1. Tính hút ẩm của vật liệu cách điện
Các vật liệu cách điện với mức độ khác nhau đều có thể hút ẩm (hút hơi nước từ mơi
trường khơng khí) và thấm ẩm (cho hơi nước xuyên qua).
Nước là loại điện mơi cực tính mạnh, hằng số điện mơi tương đối £ = 80 - 81, độ điện dẫn Ỵ
18
=10"5 -T- 10"6 (1/cm) nên khi vật liệu cách điện bị ngấm ẩm thì phẩm chất cách điện bị giảm
sút tràm trọng.
Hơi ẩm trong khơng khí cịn có thể ngưng tụ trên bề mặt điện mơi, đó là ngun nhân
khiến cho điện áp phóng điện bề mặt có trị số rất thấp so với điện áp đánh thủng.
- Độ ẩm của khơng khí
Trong khơng khí ln chứa hơi ẩm, lượng ẩm trong khơng khí được xác định bởi tham số
gọi là độ ẩm của khơng khí. Độ ẩm gồm có độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm tương đối.
+ Độ ầm tuyệt đổi:
Độ ẩm tuyệt đối là khối lượng hơi nước trong 1 đơn vị thể tích khơng khí (g/m3). Ở nhiệt
độ xác định, độ ẩm tuyệt đối không thể vượt qua m ax (mmax được gọi là độ ẩm bão hoà). Nếu khối
lượng nước nhiều hơn giá trị mmax thì hơi nước sẽ rơi xuống dưới dạng sương.
+ Độ ẩm tương đối, (p%)
m
Độ ẩm tương đối RH hoặc Ø là tỷ lệ giữa áp suất riêng phần của hơi nước(PH20) và áp suất
hơi bão hào của nước (P*H20) ở cùng nhiệt độ, được thể hiện bằng tỷ lệ phần trăm:
∅=
𝑃𝐻2 𝑂
𝑃𝐻∗2 𝑂
Độ ẩm tương đối thường được biểu thị bằng phần trăm; khơng khí càng ẩm, độ ẩm
tương đối càng cao. Khi độ ẩm tương đối đạt 100%, không khí đã bão hịa hơi nước và đang
ở điểm sương. Độ ẩm tương đối khác với độ ẩm tuyệt đối – được định nghĩa là khối lượng của
hơi nước có trong 1 m3 khơng khí. Độ ẩm tuyệt đối chưa cho biết mức độ ẩm của khơng khí
vì ở nhiệt độ càng thấp thì hơi nước trong khơng khí càng dễ đạt trạng thái bão hịa. Do vậy,
để mơ tả mức độ ẩm của khơng khí, người ta dùng độ ẩm tương đối. Độ ẩm tương đối có thể
được đo bằng những thiết bị đo độ ẩm, gọi là ẩm kế.
* Độ ẩm của vật liệu
Độ ẩm của vật liệu là lượng hơi nước trong một đơn vị trọng lượng của vật liệu.
Khi đặt mẫu vật liệu cách điện trong mơi trường khơng khí có độ ẩm cp% và nhiệt độ t (°C)
thì sau một thời gian nhất định, độ ẩm của vật liệu sẽ đạt tới giới hạn được gọi là độ ẩm cân
bằng.
Nếu mẫu vật liệu vốn khô ráo được đặt trong mơi trường khơng khí ẩm thì vật liệu sẽ bị
ẩm, nghĩa là nó hút hơi ẩm trong khơng khí khiến cho độ ẩm sẽ tăng dàn tới trị số cân bằng
* Tính thẩm ẩm
Tính thấm ẩm là khả năng cho hơi ẩm xuyên thấu qua vật liệu cách điện. Khi vật liệu bị
19
thấm ẩm thì tính năng cách điện của nó giảm.
Nếu vật liệu không thấm nước sẽ hấp thụ trên bề mặt một lượng nước hoặc hơi nước.
Căn cứ vào góc biên dính nước 0 của giọt nước trên bề mặt phẳng của vật liệu (hình 3.6),
người ta chia vật liệu cách điện hấp thụ tốt và hấp thụ yếu.
0 < 90°: vật liệu hấp thụ tốt.
0 > 90°: vật liệu hấp thụ yếu.
Vật liệu hấp phụ tốt sẽ dễ bị phóng điện, dịng dị lớn do pị (yT). Sự hấp thụ của vật liệu
cách điện phụ thuộc vào loại vật liệu, kết cấu vật liệu, áp suất, nhiệt độ, độ ẩm,...của mơi trường.
Nhân xét
Qua phân tích, ta thấy rằng tính hút ẩm của vật liệu cách điện không những phụ thuộc vào
kết cấu và loại vật liệu mà nó cịn phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, độ ẩm...của môi trường làm
việc. Nó sẽ làm biến đổi tính chất ban đàu của vật liệu dẫn đến lão hóa và làm giảm phẩm chất
cách điện của vật liệu, tgơT, có thể dẫn đến phá hỏng cách điện. Đặc biệt là đối với các vật liệu
cách điện ở thể rắn.
Để hạn chế nguy hại do hơi ẩm đối với vật liệu cách điện càn sử dụng các biện pháp sau đây:
- Sấy khơ và sấy trong chân khơng để hơi ẩm thốt ra bên ngoài.
- Tẩm các loại vật liệu xốp bằng sơn cách điện. Sơn tẩm lấp đày các lỗ xốp khiến cho hơi
ẩm một mặt thốt ra bên ngồi, mặt khác làm tăng phẩm chất cách điện của vật liệu.
- Quét lên bề mặt các vật liệu rắn lớp sơn phủ nhằm ngăn chặn hơi ẩm lọt vào bên trong.
- Tăng bề mặt điện môi, thường xuyên vệ sinh bề mặt vật liệu cách điện, tránh bụi bẩn bám
vào.
2.2.2. Tính chất cơ học của vật liệu cách điện
Trong nhiều trường hợp thực tế, vật liệu cách điện còn phải chịu tải cơ học, do đó khi
nghiên cứu vật liệu cách điện càn xét đến tính chất cơ học của nó.
Khác với vật liệu dẫn điện kim loại có độ bền kéo ơk, nén ơn và uốn ơu hàu như gần
bằng nhau, còn vật liệu cách điện, các tham số trên chênh lệch nhau khá xa. Căn cứ các độ
bền này, người ta tính tốn, chế tạo cách điện phù hợp với khả năng chịu lực tốt nhất của nó.
Ví dụ: Thuỷ tinh có độ bền nén ơn= 2.104 kG/cm2 trong khi độ bền kéo ơk = 5.102
kG/cm2 . Vì thế tìiuỷ tinh thường được dùng vật liệu cách điện đỡ.
Ngồi ra, khi chọn vật liệu cách điện cũng càn phải xét đến khả năng chịu va đập, độ
rắn, độ giãn nở theo nhiệt của vật liệu. Đặc biệt chú ý khi gắn các loại vật liệu cách điện với
20
nhau cần phải chọn vật liệu có hệ số giãn nở vì nhiệt gần bằng nhau.
2.2.3. Tính hóa học của vật liệu cách điện
Tính chịu nhiệt của vật liệu cách điện là khả năng chịu tác dụng của nhiệt độ cao và sự
thay đổi đột ngột của nhiệt độ. Mỗi loại vật liệu cách điện chỉ chịu được một nhiệt độ nhất
định (tức là có độ bền chịu nhiệt độ nhất định). Độ bền chịu nhiệt được xác định theo nhiệt
độ làm thay đổi tính năng của vật liệu cách điện.
Đối với vật liệu cách điện vô cơ, độ bền chịu nhiệt được biểu thị bằng nhiệt độ mà nó
bắt đàu có sự biến đổi rõ rệt các phẩm chất cách điện như tổn hao tgô tăng, điện trở cách điện
giảm sút...
Đối với vật liệu cách điện hữu cơ, độ bền chịu nhiệt là nhiệt độ gây nên các biến dạng cơ học,
những biến dạng này đương nhiên sẽ dẫn đến sự suy giảm các phẩm chất cách điện của nó.
về mặt hóa học, nhiệt độ tăng sẽ dẫn đến tốc độ của các phản ứng hóa học xảy ra trong
vật liệu cách điện tăng (thực nghiệm cho thấy tốc độ phản ứng hóa học tăng dạng hàm mũ
theo nhiệt độ). Vì vậy, sự giảm sút phẩm chất cách điện của vật liệu gia tăng rất mạnh khi
nhiệt độ tăng quá mức cho phép.
Bởi thế, ủy ban kỹ thuật điện quốc tế IEC (International Electrical Commission) đã phân
loại vật liệu cách điện theo nhiệt độ làm việc lớn nhất cho phép.
2.3. Một số vật liệu cách điện thông dụng
2.3.1. Vật liệu sợi:
Sợi thủy tinh: là thủy tinh được kéo thành sợi mềm dùng để chế tạo vật liệu dệt và các
mục đích khác nhau. Thuỷ tinh ở dạng tấm là loại vật liệu dòn dễ vỡ nhưng nếu làm thành sợi
càng mảnh thì có độ uốn càng cao nên được dùng để dệt. Từ các sợi thuỷ tinh có thể dệt thành
vải và băng thuỷ tinh. Vải và băng thuỷ tinh làm cách điện thường dày 0,025 -7- 0,28 mm.
Sợi tìiuỷ tinh được dùng làm cách điện cho các cuộn dây.
Ưu điểm của sợi thuỷ tinh có tính chịu nhiệt cao, có sức bền tốt, ít hút ẩm so với các sợi
hữu cơ khác. Vì vậy cách điện thuỷ tinh được dùng để làm việc trong mơi trường có nhiệt độ
và độ ẩm cao.
Khuyết điểm của sợi tìiuỷ tinh là ít đàn hồi, độ uốn kém, ít chịu được mài mịn hơn so
với sợi hữu cơ. Vì thế cách điện thuỷ tinh rất dễ bị hỏng khi bị va đập vào mép nhọn.
2.3.2. Giấy và các tông
Vật liệu cách điện giấy là vật liệu có nguồn gốc từ xenlulo (sợi thực vật) có cơng thức
phân tử (CóHioOsV. Tùy theo cơng dụng của nó trong kỹ thuật điện, người ta chia ra làm hai
loại: giấy tụ điện và giấy cáp.
21
- Giấy tụ điện: Là loại giấy dùng làm điện môi trong tụ điện giấy. Giấy cách điện dùng
trong tụ điện khác với các loại giấy cách điện khác là rất mỏng (0,007-ỉ-0,022mm), thường
làm việc ở cường độ rất cao và nhiệt độ khoảng 70-ỉ-1000C nên đòi hỏi phẩm chất của giấy
rất cao.
- Giấy cáp: Thường có độ dày khoảng 0,08-ỉ-0,17mm, dùng làm cách điện của cáp điện
lực, cáp thông tin. Đối với giấy cáp càn chú ý đến sức bền cơ giới và số làn xoắn mà nó có thể
chịu được.
Nhìn chung, để làm việc được đảm bảo, các loại giấy này đều phải tẩm dầu hoặc hỗn
hợp dàu-nhựa thông.
- Các tông: dùng trong kỹ thuật điện và cũng được chế tạo từ sợi thực vật như giấy
nhưng có độ dày lớn hơn.
Có hai loại giấy các tơng:
+Loại dùng trong khơng khí có độ rắn và đặc tính cao, được sử dụng lót rãnh các máy
điện, vỏ cuộn dây, tấm đệm.
+ Loại dùng trong dầu: mềm hơn các tông dùng trong khơng khí và có thể thấm dầu.
Tùy theo độ dày yêu càu của loại các tông này mà được chế tạo thành cuộn (0,1-0,8mm) hoặc
thành tấm (1-3mm).
2.3.3. Phíp
Là một loại giấy được ngâm trong dung dịch clorua kẽm (ZnCl2) nóng rồi đem quấn
vào một tang quay bằng thép để có đƣợc chiều dày cần thiết, rồi được đem ép và trải qua q
trình gia cơng thành một vật liệu mịn thuần nhất gọi là phíp, phíp được dùng chủ yếu để chế
tạo các chi tiết cách điện có hình dạng phức tạp. Màu của phíp có thể là đen, nâu, đỏ v.v... đó
là màu của giấy dùng để sản xuất ra phíp. Tính chất cơ của phíp khá tốt: kéo= (550 0750)
kG/cm2 , nén= (1500 2000) kG/cm2 , uốn= (800 1000)kG/cm2 ứng suất dai va đập vào
khoảng (20 30) kG/cm2 . Phíp dễ gia cơng, cưa, cắt, bào, tiện, ren, vít được. Ngâm phíp vào
nƣớc nóng nó sẽ mềm đến mức có thể định hình đƣợc. Tỉ trọng của phíp là (1 1,5) G/cm2 ,
tỉ trọng của phíp càng cao thì đặc tính cơ và tính cách điện càng cao. Nhƣợc điểm của phíp là
độ háo nƣớc cao (50 60)%. Khi độ ẩm mơi trường xung quanh cao thì các chi tiết làm bằng
phíp dễ bị biến dạng và khi đó sẽ tạo ra điện dẫn điện phân lớn. Để giảm độ háo nước của phíp
có thể tẩm phíp bằng dầu biến áp hoặc prafin v.v...
2.3.4. Amiăng, xi măng Amiăng
22
- Amiăng:
Là tên thường gọi của nhóm khống vật, có cấu trúc xơ, amiăng có ưu điểm chịu được
nhiệt độ cao, ở nhiệt độ mà các xơ hữu cơ khác hồn tồn bị phá hủy thì amiăng vẫn cịn bền
và uốn được. Khi nhiệt độ từ (300 400)0C thì amiăng mất đi độ bền cơ. Amiăng rất thấm
nƣớc nên khi sử dụng phải tẩm. Loại amiăng thông thường (crizotin) có thể hịa tan trong axit
ngoại trừ một vài loại đặc biệt rất hiếm lại có tính chịu được axit. Tính cách điện của amiăng
khơng cao lắm nên khơng đƣợc dùng cách điện trong điện cao thế và cao tần. Điện trở suất
của khối amiăng là 1010 1012.cm. Để phù hợp với yêu cầu sử dụng người ta sản xuất
amiăng thành giấy, vải, băng…..
- Ximăng amiăng.
Ximăng amiăng được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện, là một chất dẻo được ép
nguội. Thành phần chủ yếu là các chất vơ cơ, trong đó chất độn là amiăng, cịn chất kết dính
là ximăng. Ximăng amiăng được sản xuất ra thành tâm, ống và các sản phẩm theo hình mẫu.
Có độ bền cơ không cao lắm và chịu nhiệt tốt, chịu được sự phóng điện của hồ quang nhưng
tính cách điện thấp và hút ẩm.Thường đƣợc dùng làm bảng phân phối, tấm chắn ngăn các
buồng dập hồ quang.
2.3.5. Vải sơn và bằng cách điện
Là loại vải bơng, lụa, thủy tinh có tẩm sơn, có độ đàn hồi và độ mềm được dùng làm
cách điện rãnh của các máy điện có điện áp thấp. Trong các máy điện có điện áp cao vải sơn
được dùng làm cách điện ở các đầu dây quấn, cách điện giữa các cuộn dây, ngoài ra vải sơn
còn được dùng cách điện cho các bộ phận bị uốn cong nhiều. Độ bền điện của loại băng sợi
bông có trị số khoảng (35 50)kV/mm, loại bằng tơ (55 90)kV/mm. Vải sơn cách điện
thường được sản suất ở dạng cuộn rộng (700 1000)mm, chiều dày của vải cách điện là (0,15
0,24) mm. Gần đây có khuynh hướng thay thế vải sơn và giấy sơn cách điện bằng vật liệu
cách điện dẻo đó là màng dẻo.
2.3.6. Chất dẻo
Chất dẻo là loại vật liệu được dùng rộng rãi trong kỹ thuật cũng như trong đời sống.
Đặc điểm của chất dẻo là dưới tác dụng của sức ép từ bên ngồi sẽ nhận được hình dáng đã
định trước của khuôn ép để chế tạo ra các sản phẩm. Trong kỹ thuật điện người ta thường dùng
chất dẻo để làm vật liệu cách điện cũng như dùng làm các kết cấu thuần túy.
23
a. Hêtinắc: được sản xuất ra bằng cách ép nóng giấy đã được tẩm nhựa bakêlít. Hêtinắc
có khối lượng riêng từ 1,25 đến 1,4 G/cm3 . Độ bền điện cao khoảng (2025)kV/mm, = 56
Hêtinắc được sử dụng trong việc chế tạo các thiết bị và dụng cụ điện cao áp và hạ áp. Ngoài
ra, Hêtinắc cũng được sử dụng trong kỹ thuật thơng tin.
b. Téctơlít: được sản xuất ra bằng cách ép nóng vải đã được tẩm nhựa bakêlít, nó cũng
tương tự Hêtinắc nhưng có giới hạn bền kéo dọc và ứng suất dai va đập theo chiều thẳng góc
với lớp cách điện khơng cao hơn Hêtinắc nhưng độ bền nhiệt cao hơn. Trong những năm gần
đây người ta đã chế tạo được nhiều loại chất dẻo nhiều lớp có đặc tính cách điện, độ bền cơ
và độ chịu nhiệt cao. Chất kết dính dùng trong các chất dẻo ấy là nhựa polieste, êpoxi, nhựa
poliimít, nhựa silíc hữu cơ và các loại nhựa khác. Thành phần tạo thành là tổ hợp cách điện
compozit có đặc tính cách điện và độ bền cơ rất cao, chịu đƣợc ẩm, ứng dụng nhiều trong các
thiết bị điện cao áp. Những đặc tính của Hêtinắc, Téctơlít, Téctơlít thủy tinh đƣợc cho trong
bảng sau: (Bảng 2.1)
+ Cáp rơn: vật liệu có tính chịu hồ quang cao được dùng chế tạo làm khung cuộn dây,
màng và sợi cách điện.
+ Cáp san: vật liệu trong suốt theo dạng màng cách điện thường dùng để cách điện rãnh
máy điện hạ áp và trong tụ điện.
+ Polyfocmandêhit: vật liệu rắn, cứng có tính chống mài mịn chống ma sát cao. Các
chi tiết được chế tạo bằng chất này được thực hiện bằng cách đúc áp lực.
Bảng 2.1. Đặc tính của Hêtiắc, Téctơlít, Téctơlít thủy tinh
Hêtinắc
Téc tolit
Các đặc tính
Tec tolit
thủy tinh
A
B
B
-
800
1000
650
900
1000
1300
1200
1100
13
20
25
50
Độ bền nhiệt 0C không tháp hơn
150
150
125
185
Điện trở suất khối ρv (Ω.cm) không dưới
1011
1010
109
1010
Giới hạn bền kéo theo chiều dọc, kG/cm ,
2
không nhỏ hơn
Giới hạn bền uốn theo chiều thẳng góc với lớp
cách điện, kG/cm2, khơng nhỏ hơn
Ứng suất dai và đập theo chiều thẳng góc với
lớp cách điện, kG/cm , không dưới
2
24
2.3.7. Nhựa cách điện
Nhựa là tên gọi của một nhóm các vật liệu có nguồn gốc và bản chất rất khác nhau
nhƣng có một số đặc điểm giống nhau về bản chất hóa học cũng nhƣ tính chất vật lý. Ở nhiệt
độ thấp nó là những chất vơ định hình. Khi ở nhiệt độ cao nhựa mềm ra trở thành dẻo và sau
đó hóa lỏng. Như vậy, nhiệt độ hóa lỏng của nhựa không thể hiện rõ rệt. Phần lớn các loại
nhựa được sử dụng trong kỹ thuật cách điện khơng hịa tan trong nước và ít hút ẩm, nhưng
chúng lại hịa tan trong các dung mơi hữu cơ thích hợp. Thơng thường nhựa có tính kết dính
và khi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn nhựa sẽ gắn chặt vào vật rắn tiếp xúc với
nó. Trong kỹ thuật cách điện nhựa được dùng làm thành phần quan trọng của các loại sơn, các
hỗn hợp, các chất dẻo, các vật liệu xơ nhân tạo và xơ tổng hợp… Dựa theo nguồn gốc của các
loại nhựa, người ta chia ra thành các loại nhựa tự nhiên, nhựa nhân tạo và nhựa tổng hợp.
Nhựa tự nhiên là những chất do một số động vật (cánh kiến) hoặc các loại cây có nhựa
(nhựa thơng) tiết ra. Trong những năm gần đây nhựa nhân tạo và nhựa tổng hợp trở nên rất
quan trọng đối với kỹ thuật cách điện. Dựa theo bản chất hóa học, nhựa tổng hợp đƣợc chia
nhỏ thành nhựa trùng hợp và nhựa trùng ngưng (ngưng tụ). Đa số các loại nhựa tổng hợp là
loại nhiệt dẻo, còn các loại trùng ngưng có thể là loại nhiệt cứng (ví dụ nhựa poliamít, nhựa
nơvơlac…). Về mặt cách điện thì nhựa tổng hợp có ưu điểm hơn.
2.3.7.1. Nhựa tổng hợp
a. Pơliêtilen:
Pơliêtilen có đặc tính cơ tốt, có độ trong suốt cao đối với các tia sáng nhìn thấy được
và các tia cực tím, chịu được axit và kiềm. Pơliêtilen dùng để làm cách điện cho cáp điện tần
số cao và cáp điện lực điện áp cao làm việc trong môi trường ẩm. Nhược điểm là khả năng
chịu nhiệt không cao, ở nhiệt độ bình thường pơliêtilen khơng bị hịa tan với bất cứ dung môi
nào.
b. Pôliprôpilen:
Pôliprôpilen là một chất trùng hợp mới có tỉ trọng (0,900,91)G/cm3 , rất dẻo. Tính
chất cách điện của nó tương đương với pơliêtilen, nhƣng độ bền nhiệt cao hơn nhiều. Nhiệt
độ hóa dẻo khoảng (165170)0C.
c. Nhựa PVC: (polivinyclorua).
Là hợp chất cao phân tử, được trùng hợp từ vinyclorua C2H3CL;(CH2= CHCL)n ,
chịu được tác dụng của acid, kềm, nƣớc, dầu…Dùng làm vỏ bọc dây dẫn diện, cáp điện, đầu
ra các thiết bị điện, vỏ bình accu…
d. Pơliizơbutilen:
25
