Chuong 6 vat lieu dien moi

Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 6
Chương 6
VẬT LIỆU ĐIỆN MÔI

6.1 Phân loại điện môi.
Vật liệu điện môi có ý nghĩa cực kỳ quan trọng trong kỹ thuật điện. Nó là các vật liệu
được sử dụng để tạo ra cách điện quanh phần dẫn điện của các thiết bị điện. Công dụng của cách
điện là không cho phép dòng điện đi theo hướng không cho phép đi, ngoài hướng đã được tính
trước của sơ đồ điện.
Ngoài ra chất cách điện được sử dụng làm điện môi trong tụ điện nhằm tạo ra một điện
dung nào đó của tụ điện.
Cuối cùng là vật liệu điện môi thuộc nhóm điện môi tích cực, hay là điện môi có tính chất
điều khiển được.
Vật liệu cách điện được chia theo trạng thái: khí, lỏng và rắn.
Vật liệu cách điện còn được chia ra theo bản chất hoá học loại vô cơ hay hữu cơ. Vật liệu
hữu cơ thường là liên kết của cacbon với hyđro, nitơ, halogen. Còn các liên kết khác được gọi là
vật liệu vô cơ.
Rất nhiều loại vật liệu cách điện hữu cơ có tình chất cơ học quí giá, có tính dẻo, dễ uốn.
Từ các vật liệu này, ta dễ dàng kéo sợi, lớp màng mỏng và các sản phẩm đa dạng khác vì thế
chúng được sử dụng rất rộng rãi. Tuy nhiên, vật liệu hữu cơ ngoại trừ Ftoraplast, poliamit có độ
bền nhiệt thấp.
Vật liệu vô cơ thì không có tính dẻo, thường có tính giòn. Nhưng vật liệu vô cơ có tính
chịu nhiệt rất cao so với vật liệu hữu cơ, vì thế chúng hoạt động rất tốt ở vị trí cần nhiệt độ cao.
Tính cách điện, tính cơ, tính chịu nhiệt và tính hút ẩm phụ thuộc rất nhiều vào kỹ thuật
công nghệ, sự tồn tại của tạp chất, điều kiện thử nghiệm... Vì vậy, trong trường hợp này các tham
số của vật liệu chỉ được ra một tổng quát.

6.2 Điện môi khí.
Những chất khí thông dụng nhất trước tiên phải kể đến không khí, nó đóng vai trò rất
quan trọng trong kỹ thuật cách điện, kết hợp với điện môi rắn và lỏng để tạo thành chất cách điện
chung của thiết bị điện. Ở đường dây tải điện cao thế, không khí đóng vai trò duy nhất để cách
điện giữa hai đường dây trần. Trong trường hợp tẩm cách điện của máy điện, cáp... những bọt
khí tồn tại sẽ là điều bất lợi, do chúng dễ bị ion hoá và hình thành ozon, rất dễ phá huỷ điện môi.
Do tính chất cách điện của không khí được xem xét trước và những tính chất hoá lý của
nó đã được biết đến vì không cần thiết phải nghiên cứu một cách cặn kẽ.
Ở điều kiện giống nhau về áp suất, nhiệt độ, dạng điện cực, khoảng cách giữa chúng, các
chất khí khác nhau có độ bền điện rất khác nhau. Khí Nitơ có độ bền điện tương tự với không
khí, nó được sử dụng để làm cách điện cho tụ khí, do tính chất điện giống không khí nhưng
không chứa oxy, oxy làm hư hại điện cực. Một số chất khí có khối lượng phân tử cao và liên kết
có chứa F, Ci độ bền điện cao hơn hẳn so với không khí.
Khí SF6 (Hecsanflorit) còn được gọi là elegas có độ bền điện cao gấp 2,5 lần không khí,
có khối lượng riêng cao gấp 5,1 lần không khí, có nhiệt độ sôi thấp; nó có thể nén ở nhiệt độ
thường tới áp suất 2Mpa mà không bị hoá lỏng. Elegas không độc, độ bền vững hoá học cao,
không bị phân huỷ ở nhiệt độ tới 800oC.
Khí CCl2F2 còn được gọi là Freon-12, có độ bền điện xấp xỉ Elegas, nhiệt độ sôi 247,7 oK,
khí Freon gây ăn mòn một số điện môi hữu cơ.
Ngoài ra còn rất nhiều khí khác có độ bền điện cao hơn không khí từ 6 đến 10 lần. Tóm
lại, bất kỳ một chất khí nào có chứa nguyên tử F đều có độ bền điện rất cao. Độ bền điện của
điện môi khí loại này tương đương với chất lỏng nhưng có khối lượng riêng nhỏ hơn vì thế giảm
được trong lượng của thiết bị rất nhiều, lại có tính chịu nhiệt cao, bền vững chống già cỗi. Thậm
chí chỉ cần một hỗn hợp không khí với rất ít khí Elegas hay Freon cũng làm tăng độ bền điện lên
rất nhiều.
Khí Hyđro là một chất có nhiều tính năng khá đặc biệt. Đây là chất khí khá nhẹ có tính
dẫn nhiệt và nhiệt dung cao dùng để làm mát cuộn dây máy điện rất tốt. Đặc biệt khí hyđro thay
thế được không khí làm cho ma sát giảm đi rất nhiều, đồng thời tránh được oxy hoá, khắc phục
66

được tình trạng hoả hoạn khi cuộn dây không may bị chập. Cuối cùng là dùng khí hyđro có thể
làm tăng công suất của máy điện do điều kiện giải nhiệt tốt. Vì vậy, máy phát điện công suất lớn,
máy bù đồng bộ công suất lớn đều dùng hyđro làm mát.
Làm mát còn hiệu quả hơn khi dùng H 2 lỏng chạy trong lòng dây dẫn của cuộn dây của
rôto máy phát nhưng nếu khí hyđro có lẫn không khí thì rất nguy hiểm. Nếu trong thành phần H2
có từ 4-47% không khí thì có thể gây nổ. Vì vậy trong máy điện luôn giữ một áp suất cao hơn áp
suất khí quyển.
Các khí trơ dùng làm cách điện cho các bộ phóng điện khí. Các khí trơ có nhiệt dẫn rất
thấp, độ bền điện rất kém, Kc, Kr và Xe được dùng trong công nghiệp chế tạo đèn huỳnh quang.

6.3 Dầu mỏ cách điện.
 Dầu biến áp.
Loại dầu này được đổ trong máy biến áp. Công dụng của nó là nhằm làm lấp lỗ trống trong
các lớp sợi, khoảng cách giữa dây dẫn với vỏ làm tăng độ bền của cách điện. Mặt khác làm tăng
khả năng tản nhiệt của cuộn dây và lõi máy biến thế vào môi trường. Dầu biến áp được dùng
trong máy cắt cao áp. Trong các thiết bị này có toả nhiệt hồ quang ở nhiệt độ rất cao, dầu có khả
năng làm mát nhanh và dập tắt hồ quang. Dầu biến áp còn được dùng để đổ vào đầu ra của cáp,
biến trở, và rất nhiều thiết bị điện khác.
Dầu biến áp là một chất lỏng hầu như không màu hoặc có màu vàng sậm, theo thành phần
hoá học là hỗn hợp của cacbua hyđro. Dầu mỏ ở các vị trí khác nhau có các tham số quan hệ của
chúng với nhiệt độ cũng khác nhau.
Dầu biến áp có các giá trị tham số trung bình như sau: độ nhớt động khoảng 17-18,5mm2/s ở
nhiệt độ 20oC và 6,5-6,7mm2/s ở nhiệt độ 50oC, chỉ số axit 0,03-0,1 KOH/Kg; nhiệt độ bắt lửa
135-140oC; nhiệt độ đ1ong băng -45oC.
Quan hệ của độ nhớt với nhiệt độ xem hình (H.6.1)

Dầu biến áp
1000

100
Dầu biến áp là một chất lỏng dễ cháy phải hết sức cẩn thận khi sử dụng cũng như trong công
nghiệp chế tạo. Dầu biến áp rất nhạy cảm với tạp chất nước, chỉ cần một lượng tạp chất nhỏ cũng
làm giảm độ bền điện 10 t cách đáng kể. Điều nàtylỏng c giảcơ silic là nước có ε rất cao khoảng
mộ Chấ đượ hữu i thích
80, trong khi đó dầu biến áp sạch khoảng 2,2. dưới tác động của điện trường các giọt nước nhũ
tương sẽ bị lôi kéo vào vị trí có cường độ điện trường rất cao và bắt đầu phát triển hiện tượng
phóng điện chọc thủng.
Độ bền điện của dầu biến áp -50g giảm0rất nhanh nếu trong dầu có tạp chất sợi. Các sợi giấy,
-100 cũn 50 100 T
vải dễ hút nước và ε cũng tăng rất nhanh. Dưới tác động của điện trường các sợi có nước bị kéo
vào vị trí có cường độ điện trường cao và hướng của nó trùng với hướng của đường sức rất dễ
H.6.1
gây phóng điện trong dầu.
Nước xâm nhập vào trong dầu trong quá trình vận chuyển và rót dầu. Để sấy khô có một vài
phương pháp: ép dầu qua một lớp giấy lọc hoặc lọc dầu bằng phương pháp ly tâm. Bảng (6.1) là
67

định mức giá trị chọc thủng được tính bằng KV qui định cho các cấp điện áp khác nhau ở khoảng
cách chuẩn 2,5 mm.

Bảng 6.1: định mức độ bền điện của dầu biến áp.

Điện áp hoạt động của thiết Định mức độ bền điện của dầu biến áp
bị (không nhỏ hơn) KV/2,5 mm
(KV) Dầu mới Dầu đang hoạt động
≤6 25 20
35 30 25
110 - 220 40 35
≥ 330 50 45

Quan hệ tgδ của dầu biến áp với nhiệt độ của điện môi không cực (H.6.2).

Dầu biến áp được làm bằng axit
(trong khai thác)

10-3

Như trên nhưng không llàm tiếp công
đoạn hấp thụ và các tạp chất có cực
khác

0 20 40 60 80 toC

H.6.2
Dầu biến áp có khả năng toả nhiệt nhanh từ 25 đến 30 lần so với tản nhiệt bằng không khí.
 Dầu cho tụ điện.
Loại dầu này dùng để tẩm cho tụ giấy làm tăng ε và ECT của tụ dầu, có tác dụng làm tăng
điện dung, giảm kích thước và giá thành tụ.
 Dầu dùng cho cáp.
Loại dầu này dùng trong công nghiệp sản xuất cáp điện lực, dầu được tẩm trong cáp giấy, có
tác dụng làm mát và tăng độ bền điện của cách điện.

6.4 Điện môi lỏng tổng hợp.
Dầu biến áp cũng như dầu tụ và dầu cáp có ưu điểm lớn là giá thành rẻ, chất lượng đáp
ứng được những yêu cầu kỹ thuật nên được sử dụng rất rộng rãi. Tuy nhiên, trong một số trường
hợp, chất lượng của một số loại dầu kể trên không đáp ứng được những yêu cầu kỹ thuật đặc biệt
cao. Ví dụ như cần chống nổ, chống cháy thì các loại dầu kể trên không đáp ứng được. Ngoài ra
chúng còn tính già cỗi điện môi, hay là tính chất bị giảm sút khi bị tác động bởi điện trường.
Nhằm mục đích nâng cao điện dung trong tụ điện, sử dụng loại dầu có cực, có giá trị ε cao, vì thế
có thể giảm kích thước tụ điện. Nhiều loại dầu tổng hợp còn có tính chất vượt xa tính chất của
dầu biến áp. Một số dầu tổng hợp thông dụng được sử dụng trên thực tế như sau:

 Dầu Sovol.

68

Có cấu tạo hoá học C12H5Cl5 ở nhiệt độ t = 20oC, f = 50 Hz có ε = 5, còn ở nhiệt độ 90oC có ε
= 4,1. Do tính có cực cao nên tính cách điện của nó bị ảnh hưởng rất nhiều bởi tạp chất. Một
nhược điểm khác của dầu Sovol là ε giảm xuống khi nhiệt độ hạ thấp, dẫn đến điện dung của tụ
giảm.
 Chất lỏng silic hữu cơ.
Có tgδ thấp, tính hút nước thấp và tính chịu nhiệt cao, nhưng giá thành cao, ε tuỳ theo gốc
mà có thể biến đổi từ 2,5 - 3,3 và tgδ từ 0,0001- 0,0003 ở tần số 1kHz và nhiệt độ 20oC. Nhiệt độ
cho phép hoạt động lâu dài là 250oC. cấu tạo hoá học của chất silic hữu cơ có thể ở hai dạng -
dạng mạch thẳng và dạng không gian.
 Chất lỏng Flor hữu cơ.
Có tính chịu nhiệt cao, tgδ thấp, hơi của chất lỏng flor hữu cơ có độ bền vững ở thể khí rất
lớn, độ bền điện cao.
Đặc điểm của chất lỏng flor hữu cơ là có độ nhớt thấp, rất dễ tẩm cho vật liệu xốp như giấy,
có độ nở nhiệt cao và bốc hơi rất mạnh. Vì vậy thiết bị chứa flor hữu cơ dạng lỏng phải rất kín.
Một đặc điểm khác rất ưu việt của chất lỏng này là tính giải nhiệt cao so với dầu biến áp và chất
lỏng silic hữu cơ. Chất lỏng flor hữu cơ hoàn toàn không cháy, chịu được hồ quang. Nhược điểm
là giá thành rất cao.

6.5 Điện môi hữu cơ.
 Những hiểu biết chung về polime hữu cơ.
Trong số các điện môi hữu cơ có tầm quan trọng đặc biệt phải kể đến vật liệu hữu cơ cao
phân tử. Để có thể hiểu biết về tính chất và khả năng của loại vật liệu này, cần làm quen với
những qui luật chung về cấu tạo và tính chất, đồng thời định ra những thuật ngữ và khái niệm mà
sẽ nhiều lần được sử dụng ở các mục tiếp theo.
Như phần trên đã nêu, vật liệu hữu cơ là những kết cấu của cacbon với những nguyên tố
khác. Cacbon có khả năng liên kết với một số lượng lớn các nguyên tử với cấu tạo phân tử rất đa
dạng, nó có thể tham gia vào thành phần ở dạng mắt xích, phân nhánh hoặc mạch vòng.
Hiện nay có hàng triệu liên kết hữu cơ, có loại là vật chất có khối lượng phân tử thấp, ví dụ
như dầu mỏ cách điện, cacbua hyđro... Tuy nhiên, phần lớn các vật liệu cách điện hữu cơ là vật
chất cao phân tử, chúng chứa rất nhiều nguyên tử, đôi khi tới hàng ngàn, khối lượng của vật chất
loại này lên tới hàng triệu, còn kích thước của nó thì rất lớn.
Vật liệu cao phân tử thường được gặp trong thiên nhiên đó là mỡ động vật, xenlulo, lòng
trắng trứng, cao su...
Vật liệu cao phân tử nhân tạo có thể chia thành hai loại: loại thứ nhất là các vật liệu nhân tạo,
được sản xuất bằng hoá học hoàn thiện vật chất cao phân tử có trong thiên nhiên: ví dụ như gia
công xenlulo để nhận được polieste xenlulo. Nhưng loại thứ hai có ý nghĩa quan trọng hơn- đó là
tổng hợp vật liệu cao phân tử có những tính chất quí báu mà nguyên liệu là những chất rẻ như
khí đốt, dầu mỏ, than đá.
Liên kết cao phân tử trên thực tế là các phản ứng polime hay còn gọi là phản ứng trùng hợp,
hoặc là chất có một số lượng lớn các nhóm nguyên tử giống nhau liên kết lại.
Phản ứng hình thành các polime từ các đơn phân được gọi là polime hoá. Khi polima hoá,
khối lượng phân tử tăng lên, đồng thời làm tăng nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và tăng độ nhớt.
Trong quá trình polime hoá vật chất chuyển từ trạng thái khí hoặc trạng thái lỏng sang trạng thái
lỏng nhão và tiếp đến là trạng thái rắn; khả năng hoà tan kém đi.

6.6 Nhựa tổng hợp.
 Nhựa polietilen.
Trước kia để tổng hợp Polietilen người ta phải dùng tới 300Mpa và nhiệt độ 200 oC. Polietilen
nhận được gọi là Polietilen áp suất cao. Sau đó người ta đã tổng hợp Polietilen áp suất thấp 0,3 -
0,6 Mpa và nhiệt độ lá 80oC; chất xúc tác là TiCl4 với liên kết của nhôm C2H5AlCl2, hoặc
Al(C2H5)3. Ngoài ra, còn có Polietilen áp suất trung bình 3 - 7 Mpa và nhiệt độ 160-170oC, chất
xúc tác là CrO3 hay MoO3.
• Polietilen áp suất cao có khối lượng riêng 0,92-0,93Mg/m3.
69

• Polietilen áp suất thấp có khối lượng riêng 0,94-0,96Mg/m3.
• Polietilen áp suất trung bình có khối lượng riêng 0,96-0,97Mg/m3.
Nếu đưa và Polietilen phụ gia Porofor là vật chất khi bị đốt nóng sẽ phân huỷ và tạo khí, sẽ
nhận được một vật liệu xốp, ngoài ra các bọt khí này được phân bố đều đặn theo bề dày của vật
liệu. Polietilen xốp có khối lượng riêng nhỏ khoảng 0,4-0,5Mg/m3 và có hệ số điện môi nhỏ
khoảng 1,4-1,5 và được ứng dụng trong kỹ thuật cao tần.
Để tăng tính chịu nhiệt của Polietilen sử dụng phương pháp chiếu tia điện tử tác động lên bề
mặt của điện môi, trong trường hợp này một phần sẽ nối mạch ghép đôi để tạo ra cấu trúc không
gian. Ngoài phương pháp chiếu chùm tia điện tử còn có phương pháp hoá học để tao ra cấu trúc
không gian Polietilen.

 Nhựa poliizobutilen.
Poliizobutilen có cấu tạo phân tử:

H CH3 H CH3

C C C C

H CH3 H CH3

Vật chất cao phân tử có khối lượng tới 400.000.
Poliizobutilen có tính chất giống cao su, có tính kéo dãn và đàn hồi. Nó có tính chịu lạnh cao
(giữ được tính mềm dẻo ở nhiệt độ 80oC). khối lượng riêng 0,91-0,93Mg/m3, độ bền vững hoá
học giống Polietilen hay Polipropilen. Để tăng độ cứng của Poliizobutilen thì nó được trộn lẫn
với các polime khác hoặc có thêm phụ gia. Poliizobutilen có tính hút ẩm rất thấp. Poliizobutilen
có mức polime hoá thấp thì nó là dạng lỏng.

 Nhựa polistirol.
Cấu tạo phân tử có dạng:

H H H H

C C C C

H C6H5 H C6H5

Tính chất của polistirol như phần trên đã nêu: nhược điểm của polistirol là tính giòn ở nhiệt
độ thấp và tạo thành các vết nứt trên bề mặt. Polistirol có tính chịu nhiệt thấp. Các loại nhựa
Polietilen, poliizobutilen, polistirol là các loại nhựa không cực, có tính cách điện cao và tính hút
nước thấp. H H H H

 Nhựa polivinilclorit (PVC).
Cấu tạo phân tử có... ng: C
dạ C C C ...
70

H Cl H Cl


Do có cấu trúc không đối xứng polivinilclorit là điện môi có cực. Tính cách điện của nó thấp
hơn các loại điện môi không cực. Độ ẩm có tác động yếu lên điện trở suất của điện môi. Nhựa
PVC bền vững với tác động của nước, kiềm, axít, dầu và rượu, nó được dùng để làm cách điện
hạ áp, lớp vỏ bảo vệ.
Để tăng tính dẻo và tính chịu lạnh, nhựa PVC còn cho thêm chất hoá dẻo nhưng lại làm xấu
đi tính cách điện của nó.

 Nhựa poliacrilat.
Polime của este Acrilat.

H2C = CH  COOH

Và axít Metacrilat

CH3

H2C = CH  COOH
Poliacrilat có tính chịu lạnh, chịu dầu mỡ và kiềm; tuỳ thuộc vào dạng còn lại của rượu trong
phân tử đơn phân, nó có thể có tính chất cơ học khác nhau như độ bền, độ cứng, độ dẻo.
Vật liệu thông thường là polimetilmetyacrilat nó là sản phẩm của polime hoá của
metimetacrilat.
CH3

H2C = C  COO  CH3

Polimetilmetyacrilat là thuỷ tinh hữu cơ, có tính trong suốt. Dưới tác động của từ quang thì
nó sinh ra khí CO, H2, H2O và CO2 có tác dụng dập tắt hồ quang. Loại này được sử dụng để chế
tạo các thiết bị chống sét.

 Polime Flo hữu cơ.
Nhựa Flo hữu cơ có thể là không cực hay có cực. Flo có những tính chất rất quí. Flo nằm
trong thành phần chất khí sẽ cho độ bền điện rất cao, nhựa Flo hữu cơ điển hình là
Politetrafloretilen có cấu tạo:

F F F F

...... C C C C ......

F F F F
Nhờ có tính chất đối xứng trong phân tử mà nhựa Politetrafloretilen thuộc dạng không cực,
nó còn được gọi là Ftorlon - 4 có tính chất chịu nhiệt khác thường 250oC. Tính bền vững hoá học

71

rất cao vượt qua cả vàng và Platin. Các axít, HCl, H2SO4, HNO3 đều không tác động. Là vật liệu
không cháy, không hút nước một cách tuyệt đối.

 Politriflocloetilen.
Có cấu tạo phân tử:

F F F F F

...... C C C C C ......

F Cl F F Cl
Nó còn được gọi là Ftorlon-3 có khối lượng riêng 2,14 Mg/m 3; độ chịu nhiệt 130oC... Kỹ
thuật công nghệ đơn giản.

 Nhựa poliamit.
Nhựa poliamit có cấu tạo mắc xích được tạo bởi 4 đến 8 nhóm CH 2- và năm nhóm - CO -
NH. Nó có độ bền cơ học rất cao và có tính dẻo. Nó bị hoà tan chỉ ở một số dung môi, màng dẻo
và nhựa đặc poliamit có tính hút nước khá cao, ít chịu nắng và dễ biến dạng ở nhiệt độ cao.
Cấu tạo phân tử poliamit có dạng:

... - (CH2)5 - CO - NH - (CH2)5 - CO - NH - (CH2)5 ...
 Nhựa poliuretan.
Là polime đường thẳng. Trong mắc xích của phân tử giữa nhóm cacbonhydro có các nhóm -
NHCOO-. Poliuretan ở mức độ nào đó giống tính chất của poliamit. Trong một số điều kiện nào
đó poliuretan có thể hình thành cấu trúc không gian.
Sử dụng poliuretan để chế tạo sơn ê-may có độ chịu nhiệt cao. Tính đặc biệt của poliuretan là
tráng thiếc không cần làm sạch, rất thuận lợi trong việc hàn nối nhất là dây dẫn có đường kính
nhỏ. Nhược điểm của poliuretan là dễ bị nóng chảy ở nhiệt độ cao (180oC).

 Nhựa fenolformaldehit.
Loại nhựa này đã được sản xuất từ đầu thế kỷ XX. Đãy là sản phẩm của phản ứng ngưng tụ
của Fenol H5C6 - OH hoặc Krezol H2C - C6H4 - OH với Formalđehit H2CO. Phản ứng được tiến
hành trực tiếp bằng cách đun nóng dung dịch Fenol và Formaldehit và chất xúc tác.
Nhựa Fenolformaldehit có thể chế tạo nhiệt dẻo hay nhiệt cứng. Nếu như trong một mol
Fenol không tới một mol Formaldehit sẽ nhận được nhựa nhiệt cứng, và còn được gọi là bakelit.
Khi sản xuất bakelit dùng kiềm làm chất xúc tác. Thông thường là dùng amoniac, nó không để
lại trong nhựa hoàn chỉnh những tạp chất điện phân. Kết quả của phản ứng là trong thùng chứa
sẽ nhận được bakelit giai đoạn A: nó có tính dẻo, có nhiệt độ nóng chảy là 55 - 80oC và dễ tan
trong rượu và axetol. Khi tiếp tục dun nóng thì bakelit bị polime hoá và chuyển sang trạng thái
trung gian B sau đó sang giai đoạn kết thúc C. Chuyển tới giai đoạn A sang C cần nhiệt độ không
dưới 110 - 140oC, ngoài ra nhiệt độ càng cao thì thời gian chuyển tiếp giai đoạn càng nhanh. Ở
nhiệt độ 160oC thì thời gian chuyển từ giai đoạn A - C chỉ cần từ 1-3 phút. Tăng áp suất cũng làm
tăng tốc độ phản ứng. Bakelỉt giai đoạn C là giai đoạn hoàn chỉnh có độ bền cơ học cao, có độ
dẻo rất thấp, dễ bị nứt. Bakelit được sử dụng để tẩm cho gỗ hoặc các vật liệu khác trong đó có
cách điện lớp Hetinac và testolit.
Nếu như cũng lấy một mol Fenol và dưới một mol Formaldehit với chất xúc tác là axit thì sẽ
nhận được một loại nhựa mới có tính dẻo.

 Nhựa polieste.
Là sản phẩm của phản ứng ngưng tụ giữa rượu với axit (hoặc anhyđrit của chúng).
72


 Nhựa gliptan.
Loại nhựa này .nhận được do phản ứng ngưng tụ của rượu Glixerin và anhydricftalat:
HO - CH2 - CHOH - CH2 – OH (glixerin).
CO

+ H4C4 O

CO

Là loại nhựa nhiệt cứng. Thời gian đông cứng lâu hơn và nhiệt độ cao hơn so với nhiệt độ
chế tạo bakelit. Ưu điểm của loại nhựa này là có độ dẻo hơn bakelit. Gliptain chưa nung có thể
hoà tan trong dung dịch hỗn hợp rượu và benzone, axeton và một số dung dịch khác. Gliptan đã
nung rất bền vững với các dung dịch.

 Polietilentereftalat.
Là polime nhiệt dẻo, nhận được do phản ứng ngưng tụ của glicol (HO - CH2 -CH2 - OH) Với
axit Tereftalat HOOC - C6H4 - COOH và có cấu tạo:

... CH2  CH2  O  C   C  O  CH2  CH2  ...
 
O O

Có khối lượng phân tử khoảng 30.000 polietilentereftalat có độ bền vững cơ học rất lớn.
Nhiệt độ nóng chảy khoảng 200oC sử dụng để kéo sợi màng uốn sử dụng để tráng emay. Ở nhiệt
độ cao polietilentepeftalat dễ bị oxy hoá trong không khí vì vậy để gia công nóng chảy vật liệu
phải tiến hành ở môi trường nitơ.

 Policanbonnat-polieste của axit carbonnic.
HO - COOH
Nó có độ bền cơ học cao dùng để chế tạo màng mỏng, và là nguyên liệu liên kết của testolit
dùng để sản xuất những sản phẩm mỏng.

 Nhựa epoxi.
Đặc điểm là trong phân tử của loại nhựa này có chứa nhóm epoxi:

O

H2C CH2

Tuỳ theo cấu tạo hoá học, từ đó thực hiện điều chế tổng hợp nhựa epoxi, sau đó chia ra
Bicfenol và Xicloaliphan. Bicfenol nhận được từ Diana (Difeniolpropan) và Epiclohidrit;
Xicloaliphan nhận được từ một vài liên kết epoxi, loại nhựa này ít bị nứt và bền vững với phóng
điện vầng quang.
Nhựa Bicfenol thông dụng nhất trong nhựa epoxi, nó có thể có khối lượng phân tử khác
nhau, từ chất lỏng dính cho tới chất rắn ở nhiệt độ thường và nóng chảy ở nhiệt độ lớn hơn
100oC.
Nhựa epoxi dạng dẻo, nó dễ hoà tan trong axetol và những dung môi khác mà không bị thay
đổi tính chất ở thời gian dài. Tuy nhiên cho vào nó một ít nhựa nó sẽ làm đông cứng rất nhanh và
chuyển sang cấu trúc không gian và có đặc tính không thấm nước, có độ bền cơ học cao, có tính
bám dính rất tốt. Tuy nhiên nhựa epoxi rất độc hại thường là gây bệnh ngoài da. Nhựa epoxi
cứng không độc.

73

 Nhựa silic hữu cơ.
Trong thành phần đặc tính của polime hữu cơ ngoài cacbon còn có cả silic là thành phần cực
kỳ quan trọng của rất nhiều điện môi vô cơ như mica, amian, thuỷ tinh, vật liệu gốm... Như vậy
các vật liệu này cần được đưa vào nhóm hữu cơ. Cấu tạo phân tử chủ yếu là hình thành nhóm
silosan.
- Si - O - Si-
Polime hữu cơ được sử dụng trong kỹ thuật sơn, hỗn hợp nhựa; một số loại có tính cực dẻo.
Liên kết silic hữu cơ có thể ở dạng lỏng. Ngoài ra silic hữu cơ có tính hút nước thấp và thực tế
không hút nước. Tuy nhiên loại vật liệu này khá đắt tiền và có độ bền cơ học thấp.

 Nhựa thông.
Là loại nhựa có tính giòn, thu nhận được từ cây thông thiên nhiên. Thành phần chủ yếu của
dầu thông là axit hữu cơ (abietic). Nhựa thông làm tan dầu mỏ, đặc biệt ở nhiệt độ cao. Độ
cách điện của nhựa thông: ρ = 1021-1013 Ω.m; độ bền điện Ect = 10-15 MV/m, quan hệ của ε
và tgδ vào nhiệt độ (H.6.).
Nhiệt độ nóng chảy của nhựa thông khoảng 50-70oC. ở môi trường không khí nhựa thông
dần dần bị oxy hoá, ngoài ra nhiệt độ nóng chảy tăng lên tính hoà tan, nhựa thông tan trong
dầu mỡ, dùng để tẩm cho cáp.

tgδ ε

0,1 3

0,05 2

20 40 60 80 100 toC

H.6.
6.7 Dầu thực vật.
Là chất lỏng sệt, nhận được từ các loại cây khác nhau, loại dầu này dưới tác động của
nhiệt độ, ánh sáng, không khí nó sẽ chuyển sang trạng thái rắn. Loại dầu này tưới lên bề mặt của
vật liệu, khi khô tạo thành một lớp màng bóng cách điện. Sự làm khô dầu không nhất thiết do
bốc hơi mà là do những phản ứng hoá học phức tạp và dầu hấp thụ một phần oxy từ không khí.
Vì thế trọng lượng của nó ở trạng thái rắn không nhỏ hơn trạng thái lỏng.
Theo tính hoá học của dầu bốc hơi đó là este glixerin và axít hữu cơ, sơ đồ cấu tạo chung
có dạng:
CH2  CH2 CH2
  
O O O
  
R R R
R là gốc axit béo. Dầu là dạng nhiệt cứng chỉ trong trường hợp nếu trong gốc axít R có
nhiều liên kết đôi sẽ xảy ra quá trình polime hoá.

 Dầu vải.
Có màu vàng và nhận được từ họ cây bông vải. Khối lượng riêng 0,93-0,94 Mg/m3 nhiệt độ
cứng -20oC.

6.8 Điện môi nến.
74

Những điện môi sáp là những vật chất rắn dễ nóng chảy có cấu tạo tinh thể, có độ bền cơ
học yếu và tính hút nước thấp các vật liệu này dùng để tẩm hoặc rót lấp kẽ hở. Nhưng nhược
điểm lớn nhất của loại vật liệu này là tính co rút rất nhiều khi nguội đi, khoảng 15-20%.

 Parafin.
Đây là vật liệu rất rẻ, có tính không cực, là sản phẩm phụ khi chưng cất dầu mỏ. Parafin sạch
có khối lượng riêng 0,85 + 0,9 Mg/m3 và nhiệt độ nóng chảy 50 - 55oC; tgδ = 0.0003 - 0.0007; ε
= 1.5 - 2.2;
ρ = 10 16 Ωm. Parafin không dính nước và điện trở suất mặt ρs không dưới 1015 thậm chí ở độ ẩm
cao. Độ bền điện của Prafin có tính ổn định hoá học cao. Nhưng ở nhiệt độ 130-140 oC nó dễ bị
oxy hoá và ρ giảm khoảng 100 lần. Parafin có khi dùng để tẩm cho giấy của tụ điện có điện áp
thấp và dùng để tẩm cây và giấy carton, để rót lấp kẽ hở cuộn dây máy điện có nhiệt độ làm việc
thấp.

 Xerezin.
Cũng tương tự parafin là hỗn hợp của carbua hyđro CnH2n+2 nhưng số lượng nguyên tử
cacbon trong phân từ (n = 39 - 53) lớn hơn so với parafin (n = 10 - 36) ngoài ra phân tử xerezin
phân nhánh rất mạnh. Ưu điểm của xerezin so với parafin là nhiệt độ nóng chảy cao hơn (65 - 80
o
C), bền vững với không khí, ρ của xerezin lớn hơn so với parafin, tgδ nhỏ hơn. Vì vậy dù
xerelin cô đắt hơn parafin nhưng nó vẫn được đùng rong rải trong kỹ thuật làm tụ giấy.

 Parafin và xerezin nhựa nhân tạo.
Nhằm tăng nhiệt độ làm việc lên 100 - 130oC parafin và xerezin nhân tạo được chế tạo từ liên
kết cao phân tử của carbua hydro là sản phẩm phụ của quá trình tổng hợp dầu mỡ nhân tạo. Tính
cách điện của parafin và xerezin nhân tạo gần giống tính chất parafin và xerezin thiên nhiên.
 Vazelin
Tính chất giống như tính chất của sáp. Ở nhiệt độ thường có dạng nửa chất lỏng, sử dụng để
tẩm giấy tụ. Vazelin là hỗn hợp của carbua hyđro lỏng và rắn. Tính chất của Vazelin: ρ = 5.1012
Ωm ở nhiệt độ 20oC và 5.109 ở nhiệt độ 100oC; tgδ = 0.0002 ở nhiệt độ 20oC và 0.002 ở nhiệt độ
100oC; độ bền điện tương ứng với nhiệt độ 20oC là 20 Mg/m.

6.9 Sơn cách điện và hỗn hợp.
 Sơn cách điện.
Đây là dung dịch keo của bitum, dầu tự bốc hơi. Khi sấy khô sơn thì dung .dịch bốc hơi sơn
chuyển sang trạng thái rắn và tạo ra một lớp màng mỏng. Tuỳ theo công dụng sơn cách điện
được chia thành 3 nhóm:
tẩm, che phủ, kết dính.

 Sơn tẩm.
Dùng để tẩm các lỗ mọt hoặc cách điện dạng sợi (giấy, carton, vải, cách điện cuộn dây máy
điện). Sau khi tẩm các lỗ mọt trong cách điện được lấp đầy bằng sơn cứng, có độ bền điện cao
hơn hẳn độ bến điện của không khí, đồng thời giảm tính dẫn điện, giảm tính hút ẩm, tăng độ bền
cơ học của cách điện. Sau khi tẩm điện môi hữu cơ còn giảm được sự oxy hoá của không khí rất
nhiều. Tính chịu nhiệt đang ở cấp Y sẽ chuyển sang cấp A.

 Sơn che phủ.
Dùng để chế tạo ra một lớp có độ bền cơ học, bằng phẳng và không thấm nước trên bề mặt
của diện môi. Lớp màng này làm tăng điện áp phóng điện mặt lên đồng thời tăng điện trở suất
mặt của vật liệu.
Một số loại sơn che phủ (sơn emay) không sơn lên bề mặt của điện môi mà sơn trực tiếp lên
dây dẫn và hình thành một lớp cách điện hoặc cách điện cho các lá sắt trong lõi từ của máy biến
áp.

 Sơn kết dính.
75

Loại sơn này dùng để dính các vật liệu cách điện với nhau (ví dụ dính các lớp mica) hoặc
dính cách điện với kim loại. Ngoài tính cách điện và tính không hút ẩm là yêu cầu chung của mọi
loại sơn. Sơn kết dính lại có yêu cầu bám dính vật liệu với nhau. Ví dụ để sản xuất Hetinac và
Testolist, sơn dính vào từng lớp giấy và chúng bám dính vào nhau. Như vậy, sơn vừa làm nhiệm
vụ tẩm vừa làm nhiệm vụ kết. dính.
Theo chế độ sấy thì sơn được phân biệt sấy nóng và sấy nguội. Sấy nóng là sấy ở nhiệt độ
lớn hơn 70oC sấy nguội là sấy ở nhiệt độ trong phòng. Nếu sơn là dạng nhiệt cứng thì sấy cần
nhiệt độ cao, còn sơn ở dạng dẻo thì không cần sấy ở nhiệt độ cao.

 Sơn nhựa.
Là dung dịch nhựa tổng hợp hay nhựa thiên nhiên, gồm các loại sau:
+ sơnbakelit: dung dịch bakelit (giai đoạn A) trong rượu. Đây là loại sơn nhựa dạng nhiệt
cứng dùng để kết dính, có độ bền cơ học cao nhưng ít tính dẻo, dễ bị già cỗi do nhiệt. Nó được
dùng để chế tạo Hetinac và testolit.
+ Sơn Gliftan: là dung dịch nhựa Gliftan trong hỗn hợp rượu với carbua hyđro lỏng. Đây
là sơn nhiệt cứng có tính kết dính tốt dùng đê dính các lớp mica, băng mica, có tính uốn dẻo tốt
hơn sơn bakelit nhưng tính chịu ẩm kém hơn.
+ Sơn silic: cần sấy ở nhiệt độ cao, nó có tính chịu nhiệt và chống ẩm tốt.
+ Sơn Policlorvinil: chịu được dầu mỡ và nhiều vật chất khác nó được dùng để sơn bảo
vệ cho cách điện hoạt động ở môi trường axit.
+ Sơn xenlulo: loại sơn này có tính nhiệt dẻo, sơn sấy lạnh. Quan trọng đặc biệt trong số
sơn dạng này là sơn Nitroxelulo: Lơúp màng của loại sơn này có độ bền cơ học cao, chịu được
tác động của không khí nhưng khó bám vào kim loại. Vì vậy trước khi sơn vào kim loại cần phải
sơn lót bằng sơn Gliftan sau đó mới sơn bằng sơn Nitroxelulo nhằm chống oxy hoá.
+ Sơn dầu: đây là loại sơn có nguồn gốc từ dầu tự khô, ngoài ra nó còn có thêm thành
phần làm tăng nhanh tốc độ khô của dầu. Ví dụ như hỗn hợp của xăng với carbua hyđro vòng.
Các loại sơn này có độ nhớt cao, sơn dầu đùng để sản xuất giấy sơn, vải sơn và đùng để tẩm cho
cuộn dây máy điện, sơn cách điện cho các lá theúp của lõi theúp máy biến áp.
+ Sơn đen: thành phần của loại sơn này có bitum vì vậy nó có màu đen. So với sơn dầu
nó rẻ hơn có tính hút ẩm thấp và có độ cách điện cao nhưng không chịu được xăng dầu và chịu
nhiệt thấp.
+ Hỗn hợp cách điện: hỗn hợp được cấu thành từ những loại nhựa khác nhau bitum, sáp,
dầu, nến hỗn hợp ở trạng thái hoàn chỉnh là thể rắn thì khi sử dụng phải đốt nóng tới nhiệt độ cần
thiết để có được độ nhớt thấp.
Theo công dụng thì hỗn hợp cách điện được chia thành 2 nhóm
+ Nhóm tẩm, công dụng của nó giống như công dụng của sơn tẩm.
+Hỗn hợp cách điện dùng để lấp đầy lỗ trống giữa các linh kiện khác nhau của thiết bị
điện và nhằm tăng độ dày cách điện. Sử dụng hỗn hợp để lâïp đầy nhằm bảo vệ các linh kiện và
cách điện khỏi bị tác
động bởi độ ẩm và tác động hoá học, tăng điện áp phóng điện và tăng khả năng toả nhiệt.
Trong kỹ thuật cáp, hỗn hợp cách điện có ý nghĩa rất lớn, nó gồm:
a) Hỗn hợp dùng để tẩm cho giấy cách điện có nguồn gốc từ dầu mỏ, và nhằm: tăng độ nhớt
của hỗn hợp, người ta cho thêm nhựa thông hay nhựa tổng hợp nhân tạo.
b) Hỗn hợp đùng để lấp đầy sử dụng trong cáp rẽ nhánh hoặc đầu cuối, nó có tác dụng làm
tránh tiếp xúc của cáp điện với không khí. Hỗn hợp lấp đầy có thành phần chủ yếu là
bitum và dầu thông.

6.10 Màng dẻo và tinh thể lỏng.
Màng dẻo: là dạng sản phẩm đặc biệt từ polime tổng hợp có độ dày rất mỏng 0,02mm
hoặc mỏng hơn nữa. Lớp màng dẻo có tính trong suốt được cuốn thành cuộn. Những màng dẻo
này có tính cách điện rất cao; độ bền cơ học lớn, sử dụng trong kỹ thuật cách điện cho cáp, máy
điện, dây dẫn, và tụ điện.
Màng dẻo được chế tạo từ polime đường thẳng có khối lượng lớn, hay có độ dài phân tử
rất lớn.
76

Màng dẻo từ este xenlulo rất thông dùng trong đời sống như phim chụp ảnh. Trong số
màng dẻo nhân tạo loại có cực, rất thông dụng là Polietilen tereftalat có độ dày 0,04 - 0,35mm,
nó có tính cách điện tốt, độ bền cơ học cao, bền vững hoá học và có tính chịu nhiệt.
+ Màng dẻo từ poliamit có độ bền kéo đứt 150 - 400%.
+ Màng dẻo từ policarbonat có độ bền kéo đứt 300%.
Màng dẻo có tính chịu nhiệt cao nhất là màng dẻo hữu cơ làm từ politetraftoretile. Nhiệt
độ làm việc của nó tới 240oC.
Những màng dẻo không cực rất thông dụng như Polietilen, polipropilen, polistirol.
Các loại màng dẻo khác nhau được sử dụng để chế tạo tụ điện, các màng dẻo không cực
có tính cách điện rất cao tgδ nhỏ, dòng hấp thụ thấp, dùng để sản xuất tụ có điện dung ổn định.
Còn màng dẻo có cực để chế tạo tụ điện có điện dung lớn. Màng dẻo từ políestirol dùng để chế
tạo cách điện cho cáp cao tần.
Tinh thể lỏng: đặc điểm của liên kết hữu cơ màng mỏng là tính chất cơ học tương tự như
chất lỏng dính, nhưng có tính quang học dị hướng. Tính chất điện và từ.
Tinh thể lỏng rất nhạy cảm với nhiệt độ (một phần mười độ) là đã thay đổi màu sắc của
mình, nó được dùng để làm chỉ báo nhiệt độ từ ( 20 oC) - (250oC). Nó cũng bị tác động bởi đường
từ trường rất mạnh. Tinh thể lỏng cũng như các vật chất hữu cơ khác có tính già cỗi do nhiệt và
ánh sáng.

6.11 Vật liệu sợi.
Vật liệu sợi có ưu điểm: rẻ, độ bền cơ học cao, có tính dẽo, dễ gia công. Nhược điểm: độ
bền điện thấp, tính dẫn nhiệt thấp, và dễ hút ẩm.
Phần lớn vật liệu sợi là vật chất hữu cơ như gỗ, giấy, các vật chất khác có cấu tạo từ
xenlulo và từ lông động vật.
 Gỗ.
Nhờ tính rất rẻ, có độ bền cơ học cao vì vậy gỗ là một trong những cách điện quan trọng
trong kỹ thuật điện.
+ Nhược điểm: tính hút ẩm cao, tính chất không đồng nhất, độ chịu nhiệt kém, dễ cháy.
Tính chất cách điện của gỗ được nàng cao nếu được tẩm bằng các loại sơn khác nhau.

 Giấy và carton.
Giấy và carton được chế tạo thành dạng lá hoặc dạng cuộn có cấu tạo từ xenlulo. Giấy viết
được sản xuất từ sunfatxenlulo- Xenlulo được hoà tan trong môi trường axit, giấy hoàn chỉnh có
màu trắng.

 Giấy cách điện.
Là xenlulo hoà tan trong dung dịch kiềm, giấy thành phẩm có màu vàng và có giá thành đắt
hơn giấy viết.

 Giấy cáp.
Giấy cáp có sử dụng trong kỹ thuật cách điện cho cáp tới cấp điện áp 110 KV hoặc cao hơn.
Giấy cáp dùng cho cáp lực có ký hiệu KB, KM, KBY, KBM, KMBY.
K: cáp M:nhiều lớp B:cao áp Y: giấy có độ khít cao.
Và kí hiệu số từ 15 - 240 MKM. Cáp lực cách điện giấy vị trí yếu nhất là kẽ hở của từng lớp giấy
vì vậy cần phải được tẩm bằng hỗn hợp dầu thông và dầu tự khô. Loại này được sử dụng cho cáp
hoạt động ở điện áp không quá 35 KV. Ở cấp điện áp cao hơn sử dụng cáp dầu.
Giấy dùng cho cáp điện thoải có ký hiệu KT, KTY.
T: telephone. Giấy có độ dày 50 MKm. Do cáp điện thoại hoạt động ở điện áp thấp nên nó
không cần phải tẩm.
 Giấy dùng cho tụ điện.
Giấy dùng làm cách điện cho tụ điện và được sản xuất thành hai dạng: KOH - là giấy tụ
thông thường và giấy đặc biệt dùng cho tụ điện công suất lớn. Độ dày định mức của giấy dùng
cho tụ thay đối từ 4-30 µm. Giấy được sản xuất thành cuộn có chiều rộng từ 12 - 750 mm. Giấy
tụ có độ dày nhỏ cho phép tăng điện dung của tụ điện.
77


 Giấy carton.
Khác với giấy thường là có độ dày lớn, carton cách điện được sản xuất thành 2 dạng: dạng
cứng dùng ở ngoài không khí và loại đàn hồi dùng cho máy biến áp dầu. Carton được sản xuất có
độ dày 3 mm.

6.12 Chất dẻo nhiều lớp.
Nhận được bằng cách ép nóng giấy được tẩm bakelit. Để sản xuất Hetinac dùng giấy có
chất lượng tốt. Tẩm giấy có thể có nhiều cách khác nhau. Phương pháp thông dụng nhất là
phương pháp tẩm bằng sơn, hay là dùng dung dịch bakelit. Giai đoạn A trong rượu, tiếp theo là
giai đoạn sấy. Nhược điểm của phương pháp này là rất tốn rượu, hơi rượu bốc hơi lại dễ gây hoả
hoạn. Phương pháp thứ hai là dùng huyền phù phenol formaldehit trong nước để tẩm cho giấy;
khi sấy khô giấy thì hơi nước bốc đi. Kỹ thuật này rất kinh tế vì không tốn rượu. Sau đó giấy
được cắt đúng kích thước yêu cầu và được sắp xếp thành từng bó rồi được đưa vào máy ép thuỷ
lực giữ ở nhiệt độ 160 - 165oC bakelit bị nóng chảy và lấp đầy các lỗ trống giữa các sợi giấy. Sau
khi ép xong, Hatinac được làm nguội tới nhiệt độ 60oC, công đoạn cuối là cho nước lạnh làm
nguội hẳn.
Hetinac dùng để chế tạo các mạch in.
 Testtolit.
Đây là chất dẻo có tính chất tương tự Hetinac nhưng giấy tẩm được thay bằng vải tẩm.
Testtolit đắt hơn Hetinac gấp 6,7 lần; do đó nó chỉ được sử dụng ở nơi nào có va đập nhiều.

6.13 Vật liệu đàn hồi.
 Cao su thiên nhiên.
Theo cấu tạo hoá học, cao su thiên nhiên có cấu tạo (C5H8)n .
Ở nhiệt độ 50oC cao su đã bị nóng chảy và ở nhiệt thấp có tính giòn. Cao su hoà tan trong
dung môi carbua hyđro. Tính đàn hồi trong cao su thiên nhiên được giải thích là có cấu tạo mắt
xích zíc zắc. Để tăng sức chịu nhiệt và chịu lạnh, cao su thiên nhiên được lưu hóa, liên kết đôi
trong phân tử được phá vỡ và nó nối với các phân tử khác qua nguyên tử lưu huỳnh hình thành
cấu trúc không gian.

 Cao su lưu hoá.
Lưu hoá đã làm tăng tính chịu nhiệt và chịu lạnh, tăng độ bền cơ học, bền vững với các dung
dịch. Tuỳ theo lượng lưu huỳnh được đưa vào cao su thiên nhiên. Nếu cao su thiên nhiên:
+ Có 1-3% lưu huỳnh thì được cao su mềm có độ bền kéo đứt từ 150-500%;
+ Có 30-35~ lưu huỳnh thì được cao su cứng (ebonit) có độ bền tải va đập lớn nhưng độ bền
kéo dán 2-6%;
Cao su lưu hoá còn có thể cho thêm phụ gia, màu sắc và chất xúc tác
Cao su lưu hoá được sử dụng trong kỹ thuật sản xuất cáp di động, sử dụng trong hầm mỏ, chế
tạo găng tay bảo hộ, vỏ cáp bảo vệ...
+ Nhược điểm: dễ bị già cỗi do nhiệt, không bền vững bởi tác động của chất lỏng không cực.

 Cao su nhân tạo .
+ Cao su Butan: khí Butan được polime hoá chất xúc tác dùng là Na tri. Khí Butan có cấu
tạo: .
H2C  CH = CH  CH2 .
Khi được polime hoá các mạch của butan có dạng sau:
 CH2  CH  CH  CH2
Cao su butan sử dụng làm thất cách điện phải được loại bỏ rất kỹ Na vì nó làm tính chất
cách điện xấu đi rất nhiều. Khi làm nóng tới nhiệt độ 200-300oC (không có chất lưu hoá) thì sẽ
có sự bứt phá một phần liên kết đôi và chuyển thành Eskapon có tính chất giống như Ebonit về
tính chất cơ học nhưng tính chịu nhiệt cao hơn đồng thời ít bị tác động của axit và các dung dịch
hữu cơ khác. Cao su nhân tạo có ρ=1015Ωm, tgδ = 5. 10-4 điều này được giải thích là polime có
tính không cực.
78

+ Cao su Butan - Stirol: polime hoá đồng thời polistirol và butal.
Tính chất cách điện gần giống cao su thiên nhiên nhưng có tính chịu nhiệt, chịu dầu mỡ và
xăng rất cao.
+ Cao su Butil: polime đồng thời của izobuilen và butan nhưng chủ yếu là izobuilen.
Cao su butil có tính bền vững với oxy, ozon và axit. Tính hấp thụ khí 10 -20 lần nhỏ hơn cao
su thiên nhiên. Tính dẻo không cao nhưng tính chịu lạnh rất tốt.
+ Cao su Cloropren: Nhận được do polime hoá Cloropren:
HC  C = CH  CH2

Cl
Đây là polime có cực, có tính cách điện không cao nhưng chịu được dầu và xăng, ozon.
Vì thế nó được sử dụng trong kỹ thuật làm vỏ cáp.
+ Cao su silic hữu cơ: Cao su silic hữu cơ có tính chịu nhiệt rất cao +250oC, tính chịu
lạnh tốt, ở nhiệt độ (-70) : (-100)oC vẫn giữ được tính dẻo nhưng nó có độ bền cơ học kém, tính
bền vững hoá học không cao và giá thành cao.

6.14 Thuỷ tinh.
Tính chất của thuỷ tinh thay đổi ở giới hạn rất rộng và phụ thuộc vào thành phần và chế
độ gia công nhiệt.
 Khối lượng riêng: thuỷ tinh có khối lượng riêng từ 2-8,1 Mg/m3. Thuỷ tinh nặng có chứa
nhiều chì. Thuỷ tinh dùng cho cửa sổ có khối lượng riêng 2,5 Mg/m3.
 Tính chất cơ học: độ bền nén lớn hơn rất nhiều độ bền kéo, giới hạn độ bền nén từ 6000
- 21000Mpa, còn khi kéo từ 100-300Mpa.
 Tính chất nhiệt: nhiệt nóng chảy của thuỷ tinh phần lớn trong giới hạn 400 : 1600oC.
Thuỷ tinh thạch anh (100% SiO2) có nhiệt độ nóng chảy cao 1600oC khi cho vào SiO2
oxit kiềm thì nhiệt độ nóng chảy thấp xuống.
Độ bền vững nhiệt của thuỷ tinh có cùng một độ dày dựa theo công thức:
σp γT
S .w =
α 1 E C .ρ
σp- độ bền kéo.
E- modul đàn hồi.
C- nhiệt dung riêng.
αL- hệ số nở dài.
γT- hệ số nhiệt dẫn.
ρ- khối lượng riêng của thuỷ tinh.
αL- của thuỷ tinh thay đổi ở giới hạn rất rộng 0,55.10-6 K-1 cho thuỷ tinh thạch anh, 15.10-6K-1 cho
thuỷ tinh kiềm. Vì thế nó có tầm quan trọng hơn cả để đánh giá tính chịu nhiệt đột biến.
+ Tính quang học của thuỷ tinh: phần lớn thuỷ tinh có tính trong suốt và cho ánh sáng đi qua.
Một số phụ gia làm thay đổii màu của thuỷ tinh. Ví dụ: CoO: Màu xanh dương, Cr2 O3: Xanh lá,
UO2: Vàng.
Phần lớn trong thuỷ tinh có chứa oxit sắt và nó hấp thụ tia cực tím. Nếu giảm lượng F 2O3
xuống Còn dưới 0,02% thì tia cực tím đi qua được.
Thuỷ tinh có chứa các oxit kim loại nhẹ cho tia rơn gen đi qua. Ví dụ: Li2O. Còn thuỷ tinh có
chứa oxit kim loại nặng hấp thụ tia rơn gen.
+ Các loại thay tinh: tuỳ theo công dụng có thể phân thuỷ tinh kỹ thuật ra các loại sau:
1) Thuỷ tinh dùng cho tụ điện, trong bộ lọc cao tần, máy phát xung, mạch dao động v.v. Nó
cần có tgδ nhỏ và ε cao.
2) Thuỷ tinh thiết bị:
- Dùng để chế tạo thiết bị, linh kiện, sứ;
- Cần có độ bền cơ học cao, tính cách điện tốt.
3) Thuỷ tinh làm bóng đèn:
- Yêu cầu dễ hàn với kim loại, chịu nhiệt cao.

79

4) Thuỷ tinh có phụ gia là thuỷ tinh ép nóng với mica, còn được gọi là thuỷ tinh mica, có tính
chịu nhiệt rất cao nhưng giá thành đắt.
Theo thành phần hoá học thuỷ tinh được chia ra:
a) Thuỷ tinh kiềm không có oxit kim loại nặng: là thuỷ tinh dùng trong đời sống (làm chai lọ)
có αL nhỏ, có độ bền nhiệt đột biến cao;
b) Thuỷ tinh kiềm có chứa nhiều oxit kim loại nặng, loại thuỷ tinh này có ε cao, tgδ nhỏ dùng
làm tụ điện;
c) Thuỷ tinh trung tính.
Thuỷ tinh thạch anh có độ trong suốt cao, dùng trong kỹ thuật quang và loại thuỷ tinh này có
tính cách điện rất cao.

6.15 Vật liệu gốm sứ cách điện.
 Sứ.
Sứ được sử đụng rất rộng rãi trong kỹ thuật cách điện, và trong thời gian hiện nay là vật liệu
cách điện chính cho đường dây tải điện cao thế. Để sản xuất sứ, sử dụng một loại đất sét đặc biệt
có chất lượng cao. Thực chất của kỹ thuật sản xuất sứ là làm sạch tạp chất, sau đó được trộn đều
trong nước và được định hình theo đúng khuôn mầu và kích thước cho trước, tiếp đến là sấy khô
tráng men lên bề mặt và nung. Khi nung lớp men sẽ chảy ra và che phủ bề mặt của sứ thành một
lớp bóng láng và bằng phẳng, có tính chống ẩm rất tốt. Lớp tráng men làm giảm dòng điện mặt,
lấp các khuyết tắt trên bề mặt sứ và tăng độ bền cơ học của sản phẩm. Vật liệu tráng men cần
phải có hệ số nở dài α giống hệ số nở dài của sứ (αsứ) nếu khác nhau thì khi thay đổi nhiệt độ sẽ
tạo ra vết nứt .

 Phân loại sứ.
Sứ được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện. Tuy nhiên sứ có nhược điểm là có góc tổn hao
lớn và tăng rất nhanh khi nhiệt độ tăng. Sứ rất khó sử dụng cho kỹ thuật tần số cao.
Sự phát triển của công nghiệp điện tử cần có vật liệu gốm có tính chất tốt hơn so với tính
chất của sứ.
Vật liệu gốm điện tử tuỳ theo công dụng có thể phân thành các dạng sau:
a - Tần số cao dùng cho tụ điện;
b- Tần số thấp dùng cho tụ điện;
c - Tấn số cao để cho thiết bị và các linh kiện của điện tử.
 Gốm có hệ số điện môi nhỏ.
Nhóm vật liệu này chứa chủ yếu trong thành phần thạch anh β - SiO2 korun α- Al2O3 Và
Mulit 3Al2-O3. 2SiO2.
 Sứ radio.
Là sứ dạng thuỷ tinh có thành phần oxit kim loại nặng (BaO). .
 Sứ cao tần.
Có chứa trong thành phần chủ yếu là Al2O3 sứ cao tần có tgδ nhỏ, ρ lớn và có độ bền cơ học
cao.
 Stealit.
Là một dạng gốm có thành phần chủ yếu là talk 3MgO*4SiO2 .H2O. Như vậy gốm bình
thường có cấu tạo chủ yếu từ silicat, nhôm, còn gốm stealit chủ yếu từ silìcat magiê.
 Gốm có hệ số điện môi lớn.
Loại gốm này sử dụng để sản xuất tụ, loại tụ này có kích thước nhỏ và khối lượng thấp. Vật
liệu có ε cao thành phần chủ yếu là TiO2 (đioxittitan) có cấu trúc tinh thể ε=137.
Ngoài TiO2 trong tụ gốm cao tần gồm có nhiều liên kết khác cùng cho tụ có điện dung cao như
SrO2Ti O2 , BaO. 4TiO2 MGO.TiO2 NiO.TiO2 BaO. ZrO2 Tụ gốm có thành phần chủ
yếu là rutil có ε = 100 ở tần số 107 Hz, tgδ= 23.10-4 ở tần số 102 Hz.
 Gốm xenhít.
Đây là nhóm vật liệu có tính chất xenhít điện: có ε phụ thuộc rất mạnh vào nhiệt độ và cường
độ điện trường. Tính chất xenhít điện không chỉ ở dạng đơn tinh thể mà còn ở dạng đa tinh thể
hay ở dạng gốm. Vật liệu có ý nghĩa quan trọng hiện nay là BaTiO2 .
80

Nếu cho thêm BaTiO2 vào một số vật chất xenhit điện hay không xe nhít điện thì sẽ có tính
chất bị thay đổi rất nhiều và điểm Quiri sẽ dịch chuyển vào vùng có nhiệt độ cao hơn. Vật chất
có cấu tạo 7BaO 2SrTiO3.CaTiO3 có nhiệt độ Quiri là 35oC và ε khoảng 7500.
 Gốm có tính chịu nhiệt đặc biệt cao.
Nhằm hoạt động ở nhiệt độ cao thì sử dụng loại gốm có tính chất đặc biệt, có hệ số nở dài
thấp, thành phần chủ yếu của nó là kordierit.

6.16 Mica và vật liệu mica.
Mica là vật liệu thiên nhiên có các tính chất cực kỳ quí báu: độ bền điện cao, mica còn
được sử dụng để làm cách điện cho máy điện cao áp và công suất lớn. Mica gặp trong thiên
nhiên ở dạng tinh thể và có đặc tính tách thành các bản mỏng song song với nhau .
Theo tính chất hoá học mica là ở dạng ngậm nước cô tên gọi là muskovit:
K2O3.3Al2O3.6SiO2.2H2O hay Flogopit:
K2O.6MgO.Al2O3.6SiO2.2H2O
Ngoài ra trong mica có thể có thành phần sắt, natri, canxi....muskovit có dạng không màu hoặc
màu đỏ, xanh lá còn Flogopit có màu tối ghi hoặc đen. Theo tính chất cách điện Muskovit tốt
hơn Flogopit, ngoài ra nó còn có độ bền cơ học cao hơn, có tính dẻo và đàn hồi hơn
Flogopit. Tỉnh cách điện dọc theo bề mặt của diện môi nhỏ hơn chiều cắt ngang nhiều.
Khi nhiệt độ đạt tới một giá trị nào đó thì mica sẽ mất nước và nó mất độ trong suốt, tính cơ
học và tính chất điện giảm rất mạnh. Nhiệt độ nóng chảy của mica 1145- 1400oC. Nhiệt độ bắt
đầu làm tính chất điện xấu đi thay đổi ở giới hạn rất rộng 200- 600oC cho muskovit và 800 - 900
o
C cho flogopit.
Tính chất điện của mica như sau:

ρ ε tgδ 10-4
Muskovit 1012-1016 6-8 150(50Hg) 25 (1kHg)
Flogopit 1011-1012 5-7 500(50Hg) 150(1kHg)

Mica được sử dụng trong kỹ thuật, nơi có nhiệt độ khoảng vài trăm độ và nó vãn giữ
được tính chất cơ học tốt. Mica được xếp vào cấp chịu nhiệt C.
 Mica nhân tạo.
Là vật liệu làm thành từng lá hay là dạng cuộn, dán từ những lớp mica thiên nhiên bằng một lớp
sơn dính hay lớp nhựa khô. Đôi khi sử dụng một lớp sợi làm đệm hoặc giấy và vải, mica thiên
nhiên được dán ở một mặt hoặc hai mặt. Lớp đệm làm tăng độ bền của vật liệu.
 Mica cítng (nhân tạo).
Đây là mica thuộc nhóm thanh góp và mica đệm. Nó dạng cứng ở điều kiện bình thường và nhiệt
độ khá cao khoảng 100oC sử dụng để trên mặt phẳng không chịu lực uốn.
 Mica thanh góp .
Sử dụng ở dạng đúc sẵn, được sử dụng đặt giữa hai miếng đồng thanh góp của máy điện, mica
thanh góp được chế tạo từ flogoplt.
 Mica đệm.
Sử dụng lăm các vòng đệm cách điện. Mica đệm được sản xuất từ muskovit, flogopit hay hỗn
hợp giữa chúng. Chất kết dính là nhựa Gliptan hay nhựa silic hữu cơ.
 Mica đúc.
Ở nhiệt độ bình thường ở thể rắn, khi bị nung nóng thì nó có dạng này hay dạng khác nhưng
khi làm nguội nó giữ nguyên trạng thái lúc nóng. Nó sử dựng để chế tạo ra mica thanh góp hay
cách điện giữa thanh góp và trục máy điện.
 Mica dẻo.
Có tỉnh dẻo ở nhiệt độ thường. Nó được dùng để làm cách điện cho những phần khác nhau
của máy điện. Mica dẻo được làm từ muskovit và flogopit với sơn dầu bitum không có chất làm
khô .
 Thuỷ tinh mica.
Là vật liệu rắn có chứa nhiều phụ gia (mica) với thuỷ tinh dễ nóng chảy làm chất kết dính .

81

Các tấm, thanh .hay các linh kiện làm từ thuỷ tinh mica được chế tạo từ bột mica và thuỷ tinh
được nung nóng tới nhiệt độ 600oC sau khi nung nóng sẽ tạo ra các hình dạng cần thiết. Vật liệu
này có tính chịu nhiệt cao, chịu hồ quang, có độ bền cơ học, cho phép gia công cơ khí, mài bóng:
Vật liệu này sử dụng cho kỹ thuật radio.

6.17 Amian và vật liệu amian.
 Amian.
Là nhóm vật chất có cấu trúc sợi: Loại amian thông dụng có tên gọi Crizotin, cấu trúc hoá
học của Crizotin, 3MgO, 2SIO2 2H2O. Amian có ưu điểm so với vật liệu sợi hữu cơ là tính chịu
nhiệt cao: amian vẫn giữ được độ bền ở nhiệt độ mà vật liệu hữu cơ đã bị phân huỷ, chỉ ở nhiệt
độï 400-~ 500oC thì nước mới thoát khỏi thành phần amian và nó mới thay đổi cấu trúc tinh thể
và mất độ bền cơ học. Amian bị nóng chảy ở nhiệt độ 1115oC. Amian có tính hút nước cao khi
được tẩm bằng bitum.
Amian sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau: Từ amian người ta chế tạo ra vải, giấy, Carton
và các sản phẩm khác có tính chịu nhiệt, độ bền cơ học và tính cách điện cao.

82

Chuong 6 vat lieu dien moi

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Destaque

Destaque (16)

Mais de Đinh Công Thiện Taydo University

Mais de Đinh Công Thiện Taydo University (20)

Último

Último (20)

Chuong 6 vat lieu dien moi