绝缘材料的体积电阻率和绝缘强度

图16-12所示的绝缘材料是不导电材料，这些材料能阻止电流不受控制的流动，如通过电线的绝缘。绝缘材料避免导体的金属接触（操作绝缘）或有电流动时接触电缆护套（保护绝缘）。

图16-12 绝缘材料的划分

绝缘材料的应用性与其导电性能、导热性能和机械性能有关。另外，绝缘材料的选择还与耐环境影响以及其成型与加工的可能性有关。

电动机用绝缘材料已划分成绝缘等级。

16.1.4.1 绝缘材料的电负荷

提要：绝缘材料特性

以下视为电气特性：

•体积电阻率ρ_D。

•表面电阻R₀。

•耐电弧性。

•漏电路径形成。

•绝缘强度E_D。

以下属于介电特性：

•介电常数q_r。

•介电损耗因数tanδ。

绝缘材料必须有在电工学中所规定的特性（见提要）。

表16-7所列的体积电阻率ρ_D指的每立方厘米绝缘材料的电阻。

表16-7 体积电阻率ρ_D/（Ω×cm）

表面电阻R₀是以Ω表示的对绝缘材料表面上的电阻的解释。

检验耐电弧性是材料耐电弧的尺寸或是否在电弧作用下发生变化。

绝缘强度E_D指的是能产生电击率的电场强度。绝缘强度与材料及其厚度有关。对于层厚为1mm的适用值见表16-8。

表16-8 绝缘强度E_D/（kW/mm）

耐漏电流性指的是绝缘材料抵抗由于电流在工件表面形成漏电路径的能力。

介电常数ε_r指的是若用空气代替其他绝缘材料作为介质时，一个电容器的容量为几倍大。

绝缘材料希望其介电常数尽可能地小，而电容器所希望其介电常数尽可能地大。

介电损耗因数tanδ是衡量介电损耗的尺度。tanδ的值越大，则不希望的能量损耗就越大，即把能量散发给电交变场并转变为热量。

16.1.4.2 无机绝缘材料

提要：无机绝缘材料（举例）

•陶瓷。

•玻璃。

•云母。

•石棉。

无机绝缘材料以晶体的结构形式存在于地壳的矿石中。在电工学中特别重要的无机绝缘材料是硅酸盐矿石，如云母（见提要）。常常把作为混合物的天然材料用于生产其他材料，如陶瓷、玻璃或酚醛树脂。

陶瓷绝缘材料由于其相当好的电、热绝缘性能以及高强度、高使用寿命和耐高温等特性，所以在电工学中得到广泛地使用。

陶瓷材料是一种烧结产品，它是由无机物原料，如陶土、高岭土或滑石经过成形和烧结而获得其强度。由氧化物陶瓷的材料，如三氧化二铝（Al₂O₃），达到不一般的高强度（表16-9），其强度是其他如钢等通常材料制成的产品的几倍。氧化物陶瓷不仅硬度是硬金属的两倍、高熔点（2000～3000℃），而且还耐化学、耐高温和耐温度突变，因而是一种极好电绝缘子。材料的分离是用金刚石和激光。氧化物陶瓷如图16-13所示用于制作集成电路的基体和电容器的介质。

表16-9 三氧化二铝材料参数（举例）

玻璃是一种透明、无色、明亮、硬而脆的材料，其绝缘性能与温度有关。在电工学中，玻璃用于制作白炽灯泡、荧光灯管。在光信息传输中，如图16-14所示，玻璃纤维可用于光波导体。

图16-13 集成电路的陶瓷基片

图16-14 光波导体（已卷起）

云母是一种透明的、可裂成薄片、有弹性可弯曲的岩石。它不仅耐热，而且具有很好的电绝缘特性。片状的云母可用于电容器中的介质和作为电动机变流器的绝缘，及在安装晶体管时把它放在散热体上。由片状云母制成的云母产品称为云母板。片状云母用树脂一类的粘结剂粘合并用高压压成板。云母板在电工学中用于加热旋管或电动机制造中的支座。

石棉是一种具有纤维结构的硅酸盐矿石。在纤维状态下，石棉软而且易弯曲。石棉耐酸、耐热，但长时间加热会破碎。

石棉存在生产与应用禁令。

石棉容易破碎和成为纤维。因为石棉纤维会吸入人体肺中，但呼出的又很少，所以石棉纤维有损健康。

16.1.4.3 有机绝缘材料

有机绝缘材料的结构与分类 有机绝缘材料是由高分子构成。有机绝缘材料分为天然材料，如纸，化学变化天然材料，如玻璃和合成材料，如聚乙烯。合成材料通常称为塑料。(www.xing528.com)

塑料是一种合成的（人工的）材料。

（1）有机绝缘材料（天然材料） 作为有机绝缘材料，在电工学中常常使用的是纸、矿物油、石蜡和棉花等天然材料，而硫化橡胶和纤维素制品视为化学变化天然材料。

（2）合成材料（塑料）

提要：塑料

•热塑性塑料，如聚乙烯、聚氯乙烯。

•热固性塑料，如环氧树脂、聚氨树脂。

•弹性体，如天然橡、硅橡胶。

制造塑料最重要原材料是石油和天然气。塑料有多种多样的特性，如塑料轻、耐水、能导热、电绝缘和化学稳定等。通过聚合、缩聚或加成聚合可以把单分子联结成高分子，高分子便形成塑料（见提要）。

1）热塑性塑料。

图16-15 由PVC制成的插头

热塑性塑料材料（表16-10）在热状态下可很好地无切屑成形、压注和熔接。热塑性塑料可以重复塑性成型。

表16-10 重要的热塑性塑料

其他热塑性塑料见电工学图表手册。

2）热固性塑料。如表16-11中所列热固性塑料是一种固化后可切削加工、但也可无切削成型的塑料。热固性塑料加热时不变软，而是燃烧或碳化。在20℃的正常温度下，热固性塑料硬而脆，在超过与材料有关的最高使用温度时，热固性塑料发生分解。

表16-11 重要的热固性塑料

在硬状态下的热固性塑料不可软化、不可溶和不易燃。

常用作粘结剂的如环氧树脂等树脂视为热固性塑料。由这样的树脂可以制成由纸、化学纤维或玻璃纤维作为树脂支撑的层压材料。如碳纤维等的无限长的树脂支撑，在纤维定向布置时则形成纤维复合材料或大功率复合材料，这种复合材料具有低密度高强度。纤维复合材料可用于飞机制造、造船和安全帽。树脂可以用固化剂固化，并且只有称为粘结剂使用期的限制时间内可浇铸。如用玻璃丝支撑的环氧树脂便获得一个图16-17所示非常稳定的板件。

在有环氧树脂的环境中，应避免眼睛和皮肤接触以及避免吸入其蒸气，应注意对生产者的加工提示。

3）弹性体。

具有类似橡胶（弹性的）特性的塑料称为弹性体。

弹性体是由通过天然橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、腈橡胶和氯丁二烯聚合物硫化交联而形成的长聚合链组成。弹性体也可以用聚氨酯弹性体的加成聚合方法制成。

图16-16 热固性塑料插座

图16-17 环氧树脂板支承的印制电路

天然橡胶加热并加硫进行处理便获得橡胶。在电工学中，橡胶常常用于软导线的绝缘。苯乙烯-丁二烯橡胶和丁二烯橡胶是合成制造的橡胶，这两类橡胶作为技术上的橡胶制品用于导线、电缆以及插接装置的绝缘。

表16-12 导线与电缆用弹性体的工作温度

表16-12中所列的氯丁二烯橡胶和硅橡胶耐稀酸、不易燃及耐气候，并且具有特高的热稳定性，因此，这种材料，如图16-18所示，在电工学中用于中等负荷胶管导线的外护套。

16.1.4.4 液体与气体绝缘材料

提要：绝缘气体

·天然气体，如：

——空气

——氮气

——氢气

·合成气体，如：

——六氟化硫（SF₆）

——四氟甲烷

——三氯甲烷

图16-18 胶管导线

液体材料与蜡状材料在电工学中用于纸和织物的浸渍绝缘以及用作灌注材料。因此，石油产品可属于这类材料，如沥青、石蜡和凡士林等。除了这些天然产品外，还有合成材料要加工，如硅树脂。

绝缘油的任务是改善绝缘、填充不利空腔和带走如变压器的损耗热，它允许浸渍纸和织物等其他绝缘材料以防其吸湿。

多氯联二苯（PCB），如氯化联本，自2000年1月1日起作为绝缘液体就不再使用，并且是禁止使用的。氮化联苯是隔火的并在变压器和电容器中作为冷却剂和绝缘材料而使用。氯化联苯可以耐300～1000℃的温度，但在燃烧时会产生如二英的高毒物质，因此，目前是用硅油代替氯化联苯。

硅油是一种清澈、无味、无色的液体。硅油在-50℃的温度时可流动并且无树脂化倾向。在电工学中，硅油用作变压器和开关设备中的绝缘油。

沥青是一种类似于焦油的产品，在电工学中用作浸渍物和灌注物，如在电缆套管。

绝缘气体（见提要）的密度比液体小而且防污染不敏感，其流动性比液体好。气体绝缘材料常用于气体绝缘开关设备等的高电压技术和压缩空气高压开关中的开关动力。氮气作为高压气体用于高压电缆、电容器和变压器。