Руководство по материалам электротехники для всех. Часть 7

  • Tutorial
Продолжение руководства по материалам электротехники. В этой части начинаем разбирать диэлектрики: стеклотекстолит, лакоткань, резину и эбонит.
image

Добро пожаловать под кат (ТРАФИК)

Стеклотекстолит


Разновидность текстолита, в которой используется стеклоткань и чаще всего эпоксидная смола. Обычно светло желтого цвета. Широко распространенный композиционный материал, сочетает в себе легкость, прочность, упругость, не гниет, трудногорюч.

В виде листов — основной материал печатных плат, имеет за рубежом название FR-4. достаточно прочный и стабильный для изготовления многослойных печатных плат. Вне формы листов частно именуется fiberglass — стеклопластик.

Примеры применения


Основной материал для изготовления печатных плат. Выпускается уже с заранее наклеенной медной фольгой с одной или с двух сторон, именуется «Стеклотекстолит фольгированный ГОСТ 10316-78».


Заготовки печатных плат из 1,5 мм фольгированного стеклотекстолита.

Конструкционный материал. В виде листов различной толщины «Стеклотекстолит конструкционный ГОСТ 10292-74» Оправки катушек, держатели электродов, корпусные элементы.


Обрезки листового стеклотекстолита различной толщины. Деталь на переднем плане специально была сломана — на изломе виден текстильный материал.

Электроизоляционный материал. В качестве прокладок, сепараторов, держателей, защитных пластин.

Что стоит добавить


Стеклотекстолит и стеклопластики вообще — очень интересные материалы. Стеклопластиковая арматура при падении на бетонный пол звенит, что говорит о высокой упругости материала. Материал легче стали, при этом во многом сопоставим с ней по прочности.

Материал анизотропен. Так как он слоистый, при нагрузке перпендикулярно слоям он значительно прочнее, чем при нагрузке направленной на разделение слоев. При изготовлении изделий путем формования стеклоткани с эпоксидной смолой это учитывают при выборе направлений укладки ткани.

Материал обманчиво легко обрабатывается. Легко режется ножовкой, пилится напильником, сверлится. Но стеклянные волокна в составе очень быстро изнашивают рабочую кромку инструмента. Обычные сверла из быстрорежущей стали тупятся уже после двух-трёх десятков отверстий, поэтому стеклотекстолит на производстве печатных плат сверлится твёрдосплавными сверлами из карбида вольфрама. Но сверла эти очень хрупкие и сверлить ими возможно только в станке.

Материал разрушается необратимо, этим поведением (как и треском при разрыве волокон) сильно напоминает дерево. Если стальная деталь при превышении нагрузки погнется, то её можно при помощи молотка и какой-то там матери выправить обратно, то стеклопластиковая деталь при превышении нагрузки с треском теряет форму и ремонту не подлежит, только замене.

Стеклотекстолит не гниет, стоек к атмосферным воздействиям (однако может расслаиваться из-за замерзания попавшей в случайные поры воды зимой) и прозрачен для радиоволн. Поэтому из него делают различные обтекатели для антенн, кожухи, корпуса. Оборотная сторона медали — материал не подлежит переработке. Вообще, отправляется на свалку и будет лежать там столетиями.

Изготовление изделий сложной формы — неавтоматизируемый процесс с обилием ручного труда. Правильно разложить ткань, подрезать, расправить складки, нанести смолу, выгнать пузыри воздуха — всё вручную. Поэтому изделия из стеклопластиков, из карбона (ткань из углеродного волокна) дорогие и вряд ли когда-то станут дешевле. Это собственно и поставило крест на стеклопластиковых кузовах авто — долго, дорого их производить и не переработать в металлолом потом, хотя такой кузов почти вечный и не заржавеет. Некоторые изделия получают автоматизированной намоткой стеклонити — газовые баллоны, арматуру.

Лакоткань


Лакоткань — гибкий электроизоляционный материал, состоит из ткани (хлопчатобумажная, синтетическая, стеклоткань) пропитанной эластичным связующим (лаки, смолы). Есть ГОСТ 28034-89 на лакоткани.


Кусочек лакоткани. Часто можно встретить в трансформаторах.

Так как слой ткани всего один — лакоткань гибкая и прочная, и зачастую полупрозрачная. Иногда связующее специально делают липким, слои такой ткани хорошо слипаются образуя со временем почти монолитный слой.

Применяется часто для изоляции слоев обмоток в трансформаторах, в обмотках электромоторов, генераторов.

Резина


Эластичный материал, получаемый вулканизацией каучука. Вообще часто резиной называют любой эластичный материал, не акцентируя на разницу в составе, хотя силиконовая резина от изопреновой отличается довольно сильно.


Кабель в резиновой изоляции, поликлиновой приводной ремень, уплотнительные кольца — изделия из резины.

До изобретения вулканизации природный каучук был специфическим материалом — липким на жаре, ломким на холоде, непрочным. Открытие вулканизации Гудиером позволило лишить резину природных недостатков. Если в исходное сырьё ввести 1-2% серы, то при нагревании между молекулами каучука образуются мостики через атомы серы, в результате чего резина становится упругой, эластичной. Если ввести много серы (30%), то мостиков будет так много, что резина станет твёрдой, получится материал под названием эбонит. Регулируя степень вулканизации можно регулировать свойства материала в широких пределах.

Примеры применения


Изоляция проводов. Повод в резиновой изоляции обладает рядом преимуществ перед собратом с изоляцией из ПВХ, резина на морозе дубеет не так сильно, не плавится. Нагревательные приборы, не исключающие контакт с питающим проводом, имеют провод из термостойкой изоляции, например, утюги. Удлинитель из провода в резиновой изоляции —
хорошее решение для тяжелых условий эксплуатации. К сожалению медные жилы такого провода очень часто окисляются, что осложняет монтаж.

Уплотнения. Резиновые колечки, прокладки, манжеты, часто не только обеспечивают
герметичность, но и устраняют неприятные люфты и вибрации в изделиях.

Приводные ремни. Гибкие ремни круглого (пассики), квадратного, плоского, клинового,
поликлинового сечений, зубчатые… и множество других форм. Предназначены для передачи вращения в разных механизмах, например от вала электродвигателя на реечный привод выдвижения лотка у DVD дисковода.

Средства защиты от напряжения. Резиновые перчатки, боты, коврики — всё для защиты электрика от удара электрическим током.

Эбонит


Эбонит — представляет собой высоко-вулканизированный каучук с большим (до 30%) содержанием серы, за счет чего, в отличии от привычной резины, обладает твёрдостью. Есть ГОСТ 2748-77 на эбонит.


Эбонитовый пруток. Я сточил часть прутка для видимости самого материала.

Примеры применения


Электроизоляционный материал. До широкого распространения синтетических пластиков был в ходу, сейчас полностью вытеснен пластиками, превосходящими его по свойствам.
Поделочный материал — рукоятки ножей, мундштуки трубок, декоративные элементы.

Ссылки на части руководства:


1: Проводники: Серебро, Медь, Алюминий.
2: Проводники: Железо, Золото, Никель, Вольфрам, Ртуть.
3: Проводники: Углерод, нихромы, термостабильные сплавы, припои, прозрачные проводники.
4: Неорганические диэлектрики: Фарфор, стекло, слюда, керамики, асбест, элегаз и вода.
5: Органические полусинтетические диэлектрики: Бумага, щелк, парафин, масло и дерево.
6: Синтетические диэлектрики на базе фенолформальдегидных смол: карболит (бакелит), гетинакс, текстолит.
7: Диэлектрики: Стеклотекстолит (FR-4), лакоткань, резина и эбонит.
8: Пластики: полиэтилен, полипропилен и полистирол.
9: Пластики: политетрафторэтилен, поливинилхлорид, полиэтилентерефталат и силиконы.
10: Пластики: полиамиды, полиимиды, полиметилметакрилат и поликарбонат. История использования пластиков.
11: Изоляционные ленты и трубки.
12: Запланирована
MakeItLab 95,12
Компания
Поделиться публикацией
AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Подробнее
Реклама
Комментарии 37
  • +1
    Как-то непророрционально мало про эбонит. Я всегда думал, что открытие электричества как-раз началось с электризации эбонитовой палочки. Ну, как минимум, это был один из самых первых опытов по электричеству.
    • +1

      Открытие электричества состоялось задолго до изобретения эбонита. Янтарь же!

      • +1
        На самом деле эбонит — устаревший материал, и я не уверен что он до сих пор производится, такое ощущение что продают запасы из СССР. Что касается электризации — как верно отметил tormozedison — первое знакомство с электричеством было, вероятно, именно в связи с электризацией янтаря. Мне кажется «эбонитовая палочка» — это скорее дань традиции, вполне можно показать тот же самый опыт с палочкой из полиметилметакрилата. Просто в период 1850-1950 особенно других пластиков не было, а за этот период множество учебников было написано.
      • +1
        монументально!
        • +1

          Да, про эбонит хотелось бы побольше.
          А вообще большая благодарность за четкий, доступный и какой-то даже "теплый аналоговый" экскурс! С удовольствием прочитал все части и узнал любопытные нюансы о вроде бы привычных материалах

          • +1
            Я рад что вам понравилось. Что касается эбонита даже не знаю что еще про него написать — материал устаревший, но хорошо обрабатывается: точится, полируется, склеивается. Как резина — не плавится (с нагревом разрушается), не боится растворителей, масел.
            • 0
              Да он и кислот не очень-то боится. По крайней мере аккумуляторная серная — пофиг, почему и делали из него корпуса. Правда, хрупок
          • +1

            Хочется побольше услышать про стеклоткань, ведь ее используют и в стеклотекстолите, и в основе лакоткани, и как высокотемпературный диэлектрик, и как материал для самоделок

            • +5

              "Но стеклянные волокна в составе очень быстро изнашивают"


              Лёгкие мастера, не надевшего респиратор.


              Удлинитель из провода в резиновой изоляции — хорошее решение для тяжелых условий эксплуатации"


              Но не длительной. Со временем твердеет, рассыпается, грозя "козой".

              • 0
                Но не длительной. Со временем твердеет, рассыпается, грозя «козой».

                Есть шикарнейший альтернативный вариант — провод в силиконовой изоляции (типа ПМТК, например). Нормально работает до -60°С (хотя я морозил до -78 — вполне себе гибкий), термостойкий до +200°С, очень гибкий. Единственный недостаток — немного меньшая механическая прочность изоляции.
                • +2
                  Подтверждаю. Раньше резиновая изоляция достаточно широко использовалась, и довелось много раз наблюдать кабели возраста 20+ лет с растресканной изоляцией. И провода в ней медные окисляются и темнеют.
                  • 0
                    а почему окисляются, из за серы?
                    • +1

                      Да, сначала образуется черный сульфид меди (II), потом сульфид меди реагирует с кислородом, водяным паром и углекислотой (через трещины), с образованием синих/голубых основных карбонатов меди — малахит (ну почти).

                    • +1

                      Случаи разные бывают. На днях наткнулся на образец от нашей оборонной промышленности: кабель в резиновой изоляции, жёстко помещенный в медную трубку. Жёстко — это так, что зазоры отсутствуют в принципе. Лет 40 ему было точно. Всё это время провалялся на даче. Резина как новая...

                      • +1
                        Возможно. Но вряд ли применение такого способа крепления кабеля подойдёт для любой эксплуатации. Хотя, конечно, условия получаются почти «тепличные».
                    • 0
                      ПВХ изоляция тоже не любит солнца и растрескивается. А в целом вечных кабелей не бывает, срок службы есть всегда и зависит от условий эксплуатации.
                      Про респиратор действительно стоит добавить, спасибо.
                      • 0
                        Наверное, не только солнца. Года 3 назад менял кабель с ПВХ-изоляцией внутри люстры, где света нет (кабели проходили внутри металлических трубок с цельными стенками), по той же самой причине — изоляция растрескалась. Люстре не меньше 15 лет.
                        • +1
                          лампочки накаливания были? от нагрева тоже ПВХ разрушается. Длительный нагрев — пластики становятся хрупкими и обычно желтеют.
                          • +1
                            Да, лампы накаливания. И трещины были около патронов. Скорее всего, Вы правы.
                    • +1
                      Столкнулся с тем, что лакоткань обладает удивительно плохими изоляционными свойствами и для изоляции в высоковольтных трансформаторах не подходит совсем. Только фторопласт.
                      • –6
                        Медный + алюминиевый + синяя изолента = гарантия работы на долгие года
                        • –2
                          Гарантия того, что будет перегреваться, пока через год-два не отвалится.
                          • +3
                            Зря минусуете. Первая картинка о том как гарантированно устроить пожар.
                            • –1
                              И будет это повторяться в каждой части? В первой же части обсудили.
                            • +4
                              Автору статьи респект за самостоятельно изготовленные изображения. Видно, что статья подготавливалась, а не тупо выдержка из рекламного буклета компании с картинками из инета (как это сейчас, к сожалению, принято).
                              P.S. Первая картинка — огонь! У меня аж слюна выделилась от праведного гнева =)
                              • +2
                                Напишу здесь про предыдущие части, так как из-за ограничения для RC не могу оставлять первый комментарий в обсуждении по истечении 10 дней со дня публикации статьи.

                                geektimes.ru/company/makeitlab/blog/290891
                                На базе полимеров, заполненных мелкодисперсным графитом, основаны различные нагреватели — пленочные электронагреватели теплых полов, греющие кабели для систем водоснабжения, нагреватели для одежды и т.д. Высокий коэффициент расширения полимеров при нагреве приводит к отрицательной обратной связи, что делает такие нагреватели саморегулирующимися и потому безопасными.

                                Мастика, применяемая в пленочных полах, не обладает саморегулирующимися свойствами. Уж на что россиянские продаваны таких полов — сказочники, так даже они такого свойства не обещают для любого пленочного пола. Если положить на пленку линолеум, а сверху — шкаф и все это вдали от термодатчика, будет жарить до упора, на максимуме.
                                Сейчас стали появляться пленочные полы, для которых заявлено саморегулирование, но по поводу пленочных полов говорить о безопасности не приходится. )
                                Уронил нож — он проткнул линолеум, проткнул ламинирование теплого пола и бог его знает, что после этого будет. Может случиться пожар, может током ударить, например, при мытье полов.
                                С настоящими саморегулирующимися кабелями то же не все так просто, при перегреве он не отключится полностью, как это часто представляется потребителю, лишь снижает мощность, но да ладно, Ваше руководство не про теплые полы. )

                                Спасибо за цикл статей, жду других частей!
                                PS ИМХО, использование эмоционально-окрашенных оценочных определений, особенно негативных, в тексте такой стилистики не оправдано. Текст начинает казаться несерьезным, а написанное — не обдуманным как следует. Если, конечно, вы не хотите разжечь флейм и поднять хайп. тогда да, все правильно! ;-)
                                Как пример:
                                geektimes.ru/company/makeitlab/blog/290889
                                Самый бестолковый драгоценный металл

                                Есть и другие примеры, лень искать. И другие участники уже высказывались по поводу таких фраз.
                                • +1
                                  Спасибо за комментарий, по поводу теплых полов дополнительно обращу внимание.
                                  Что касается эмоциональной окраски — это сознательный шаг добавить немного живости и провокации, при этом я старался не превратить руководство в статью на луркморе.
                                • 0
                                  А где бакелит, карболит, паронит, фторопласт, наконец?
                                  • +1
                                    бакелит, он же карболит был в предыдущей части. Фторопласт-4 будет в следующих частях. А паронита не будет — это скорее про прокладки чем про электронику.
                                  • 0
                                    Это собственно и поставило крест на стеклопластиковых кузовах авто — долго, дорого их производить и не переработать в металлолом потом, хотя такой кузов почти вечный и не заржавеет.

                                    У BMW i3 кузов — алюминиевая рама с панелями из углепластика. Серийно выпускается с 2013 года. Так что крест пока ставить рано.

                                    Будет ли что-нибудь про современную изоляцию, например, тефлон?
                                    • +1
                                      да, конечно, в следующих частях будет и силикон, и тефлон, и даже полиимидная лента :)
                                      • 0
                                        Угляху можно банально сжечь. Со стеклопластиком сложней (ком из частично расплавившихся волокон как из печки извлекать?)
                                      • +1
                                        Нисколько не умаляю ценности вашего труда, однако без такого параметра как температурный диапазон применения для каждого материала — она (ценность) сильно падает. Было бы круто, если б вы к каждому добавили.
                                        • 0

                                          Из стеклотекстолита, как конструкционного материала, получаются отличные тренировочные и игровые мечи для реконструкторов.

                                          • +1
                                            Что вы. Стеклотекстолит очень твердый и травмоопасный.
                                            Сейчас в основном используют нейлон для таких целей.
                                            • 0

                                              Как непосредственный участник, могу точно сказать, что использовался не только стеклотекстолит, но и дюраль, и сталь.

                                              • 0
                                                все используется, я цвейхандер из морёного дуба видел. Главное, не точить и гуманизаторы не забывать.

                                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                          Самое читаемое