絕緣材料的使用知識

一、絕緣用樹脂的種類

環氧樹脂，聚酯樹脂，酚醛樹脂，二苯醚樹脂，聚酰亞胺，三聚氰胺甲醛樹脂，有機硅樹脂，氟樹脂，其他樹脂。

二、酚醛樹脂

是以酚類與醛類為原料，在催化劑存在下縮聚而得的一類樹脂的統稱。

酚醛樹脂的優點：原材料來源豐富，工藝簡單，成本低；具有較好的力學性能、電絕緣性能和熱穩定性；酚醛樹脂的產量占熱固性樹脂首位；電氣絕緣材料生產中應用Z多的一種樹脂。

酚醛樹脂的聚合反應：

酸或堿催化劑作用，生成具有縮合反應官能團的羥甲基苯酚酸式催化熱塑性酚醛樹脂反應條件——酸性催化劑，苯酚過量（羥甲基苯酚之間也可以發生縮合生產醚鍵，但不穩定，會受熱分解，在熱塑性酚醛樹脂的分子結構中，游離的羥甲基苯酚實際上是不存在的）

堿式催化反應條件——堿性催化劑，甲醛過量（在堿性介質中所形成的羥甲基苯酚比較穩定，因此再繼續與甲醛反應，便生成不同的二羥甲基苯酚和三羥甲基苯酚）

工藝過程：配料（苯酚夫馬林氨水）——初步預聚（透明暗紅色變成渾濁的乳黃色）——真空（水游離物3~5h）——終點（測定膠化時間）

注意事項：溫度低溫長時間；真空逐步真空；終點控制5~10min測定一次增加甲醛用量：樹脂收率增高；固化速度變快；游離酚減少；反應速度增快；樹脂軟化點和粘度增高。

在實際生產中，苯酚與甲醛的摩爾比是1:1.1~1.25，工業上采用6:7(1:1.16)較多

改性酚醛樹脂——苯胺改性：常壓預聚——加入苯胺——終點——真空脫小分子——溶解——出料

改性特點：縮丁醛極性強，分子鏈的柔順性好，粘合力強和彈性良好，沖擊強度較高

缺點：主要是耐熱性和機械強度不高    

三、三聚氰胺甲醛樹脂

原料：三聚氰胺，甲醛三聚氰胺又名三聚氰酰胺，或密胺，C3N6H6，白色晶體，密度1.573g/cm3，略溶于乙醇，難溶于水、乙二醇、甘油和吡啶，不溶于乙醚、苯和四氯化碳。

產品性能的影響因素：溫度；反應溫度；摩爾比的影響；PH；樹脂的均勻性

三聚氰胺甲醛樹脂：有高的反應活性和交聯性；已廣泛用作皮革復鞣劑；造紙濕增強劑；抗水劑；涂料交聯劑；織物整理劑；水泥減水劑

四、聚酯樹脂

主鏈上含有酯基的大類聚合物（線型聚酯——飽和二元酸、二元醇或二元酚生成；體型聚酯——飽和二元酸、多元醇生成；不飽和聚酯——不飽和二元酸、二元醇生成）

制造材料：醇與酚（乙二醇、一縮二乙二醇、1，2—丙二醇、甘油、雙酚A(二酚基丙烷)）酸與酸的衍生物（苯二甲酸酐、對苯二甲酸二甲脂、順丁烯二酸酐、反丁烯二酸）

五、環氧樹脂

是指在其分子中含有兩個或兩個以上的環氧基，并在適當的試劑作用中能得到體型結構的固化物的樹脂。

環氧樹脂優點：粘合性強；收縮率??；介電性能高；力學性能好；耐熱性好；化學穩定性好。可用做絕緣漆、絕緣層壓制品、塑料、絕緣云母制品等，此外還可做絕緣灌注膠及粘合劑使用。

環氧樹脂種類：縮水甘油醚類；縮水甘油酯類；縮水甘油胺類；脂環族類

鹵代雙酚A型環氧樹脂的特點：(1) 一般性能與雙酚A環氧樹脂相近(2)耐弧和阻燃性較高。(3) 目前應用較多的是溴代環氧樹脂。

熱塑性酚醛樹脂的初期縮合物與環氧氯丙烷反應而得，分子上有較多的環氧基（兩個以上）:(1) 固化后的固化物具有較大的交聯密度(2) 機械強度和耐熱性能較高。(3) 加入苯酚、聚酰胺（作固化劑、催化劑），可于高溫固化反應，加入酸酐與多元醇（或單獨加入酸酐），可于90～115℃進行固化  

縮水甘油酯類環氧樹脂特點：具有極性較強的酯基，粘結性較好；粘度小；反應活性大；耐熱性比雙酚A環氧樹脂略低；耐水性、耐酸性、耐堿性低

縮水甘油胺類環氧樹脂：多官能度、活性高、交聯密度大、耐熱性和對金屬的粘著性均比雙酚A型環氧樹脂的高、脆、存儲期短。

環氧樹脂的固化反應主要是通過環氧基的開環反應而固化。

胺類固化反應：一般條件下，一個環氧基與胺中的一個活性氫進行反應。羥基對環氧樹脂—胺的反應起促進作用（固化反應中生成的羥基、外加促進劑中的羥基、環氧樹脂和溶劑中的羥基）

胺當量的計算：胺當量＝胺的相對分子質量/胺分子中活潑氫原子數

胺固化劑的百分用量＝胺當量×環氧值

1）無促進劑是酸酐固化的特點：固化速度受羥基量影響；酯化反應消耗酸酐，醚化反應不消耗羥基；環氧基需要的酸酐數小于1，一般為0.85

2) 有促進劑時：叔膠與酸酐形成一個離子對；環氧基插入此離子對，羧基負離子打開環氧基，生成酯鍵，同時產生一個新的陰離子；陰離子又可與酸酐形成—個新的離子對，或者使環氧基開環，反應便繼續下去

酸酐固化劑的種類：芳香族酸酐、脂環族酸酐、脂肪族酸酐、混合酸酐

酸酐固化劑的計算：酐當量=酐分子量/酐分子中的酐基數

酸酐用量（phr）＝C×酐當量×環氧值     

     C—系數，無促進劑時，C=0.85；有堿性促進劑時，C=1；有酸性促進劑時，C=0.55  

六、聚酰亞胺樹脂

聚酰亞胺的性能：熱穩定性；化學穩定性；電性能；力學性能

聚酰亞胺的分類：均苯型聚酰亞胺、可熔性聚酰亞胺、加成型（或稱交聯型）聚酰亞胺、改性聚酰亞胺（共聚型）

均苯型聚酰亞胺的主要制備方法：(1)  制備可溶性的聚酰胺酸(2)  環化

聚酰亞胺改性目的：粘合性、耐磨性、加工性、降低成本、擴大應用范圍

改性方法：在主鏈中引入其他基團、如聚酰胺酰亞胺、聚酯酰亞胺等。

聚酰亞胺的性能：(1) 熱失重低：提純、避免在苯環上引入側基或二胺的苯環之間引入各種不同的基因，特別是SO2、C(CH3)2

(2)耐溶劑性好：對有機溶劑和油類的作用都是穩定的。對于堿和過熱蒸汽的穩定性是相當低的這兩種情況都會產生水解(環中存在C=O基團)。

（3）介電性能好：介電常數3～3.5,受頻率和溫度影響小、體積電阻率1015～1017，200℃以上受溫度影響較小。tgd在室溫下為(1～1.5)×10-3,改變聚酰亞胺的分子鏈結構，對tgd影響小。

其介電損耗主要是由于亞胺環的極性基因C=O而引起的（1）極性基團的位置是對稱，而且都位于環上，其活動受限制（2）叔胺的氮原子的三個鍵都是C-N鍵，趨向于極性抵消

（4）力學性能好

特點：在廣泛溫度范圍內可以保持高的指標。

（5）苯環與苯環之間有醚鍵存在：有利于分子內旋轉、提供了彈性、在分子鏈剛性較強時，仍有一定的柔順性，沖擊韌度高

七、二苯醚樹脂

1、分子結構：二苯醚樹脂主鏈是以二苯氧化物（或稱二苯醚）同亞甲基交聯的芳香族系列聚合物，因而稱為二苯醚樹脂

2、優點：熱穩定性、介電性能、機械性能、耐化學藥品性

3、應用：樹脂廠生產，絕緣材料廠多以購買樹脂或改性再生產絕緣材料。二苯醚樹脂是一種質優價廉的H級材料；用作浸漬漆；用作層壓制品樹脂；浸漬玻璃布、玻璃紗、石棉織物等；制備增強塑料；用作云母粘合劑

八、有機硅樹脂

1、工業上應用的有機硅聚合物有線型和網狀兩種結構

2、分類：1)主鏈構成：純硅樹脂（甲基、苯基硅樹脂、甲基苯基硅樹脂）、改性硅樹脂 2）固化反應機理：縮合型硅樹脂、加成型硅樹脂、過氧化物型硅樹脂

3、有機硅單體的制備方法：直接法、間接法。主要由有機氯硅烷水解縮合及稠化重排。一般是由一至三個可水解基團的低分子化合物經水解縮合而成。

兩種方法

——用金屬有機化合物法(常稱為間接法)

——直接用金屬硅的方法 (稱為直接法)。

4、直接發和間接法的優缺點：

直接法：優點：具有原料易得、工序簡單，不用溶劑，操作安全，成本低廉等；優點：缺點：不能制得硅原子上帶有龐大基團的化合物，也較難制得滿意得率的混合烷基鹵硅烷。

間接法：優點：產物組分比較單純，易于分離，且能引入多種類型的有機基；缺點：需使用大量的溶劑，不太安全

當今大規模的有機硅生產廠，以直接法為主，同時采用其他合成方法，借以互相補充，充分發揮各自長處，Z大限度地降低生產成本。

5、固化反應機理：

（1）縮合型硅樹脂：優點：耐熱、強度高、粘接性好、成本低；缺點：易發泡、官能度控制困難；用途：涂料、線圈浸漬、層壓板、憎水劑、膠粘劑  

（2）加成型硅樹脂：優點：加成型硅樹脂具有不發泡、形變小、反應易控制等；缺點：易催化劑中毒；

用途：浸漬漆、層壓板等。

（3）過氧化物型硅樹脂：缺點：空氣會阻礙樹脂的固化；用途：可用作浸漬漆、膠粘劑、層壓板等。優點：無溶劑化、低溫固化、貯存期長等

6、有機硅樹脂化學鍵的特點

鍵能大

——一般高分子主鏈(C—C、C—O、C—N) 。鍵能都不大，耐熱性受限；而Si—O的鍵能大，所以聚有機硅氧烷具有很高的熱穩定性

側接有機基

聚有機硅氧烷在化學結構與物理性質上都有無機聚合物與有機聚合物的某些性質

可作為很好的電絕緣材料外，已普遍深入到航天、國防、機械、化工紡織、醫藥衛生、建筑等工業領域中，發揮了它的獨特作用

硅樹脂的組成與性能的關系：

（1）硅樹脂所含有機基團的數量R/Si值：線型硅油略大于2；硅橡膠的接近2；而硅樹脂小于2，并多在1.0～1.7之間。R/Si值愈小，硅樹脂的干燥性就愈好(能在較低溫度下固化)，熱失重愈小，漆膜堅硬，但柔軟性降低，漆膜變脆；

（2）硅樹脂所含有機基團的種類

——甲基：可賦予硅樹脂熱穩定性、脫模性、憎水性、耐電弧性；

——苯基：賦予硅樹脂氧化穩定性，它在一定范圍內可破壞高聚物的結晶性；

——乙烯基：可改善硅樹脂的固化特性，并賦予偶聯性；

——四氧苯基：可改善聚合物的潤滑性；

——苯基乙基：可改善硅樹脂與有機物的共混性；

——氨丙基：可改進聚合物的水溶性，同時賦予偶聯性；

——戊基：可提高硅樹脂的憎水性。

3）硅樹脂所甲基與苯基的比例

——典型的硅樹脂的有機基團主要是甲基與苯基

——苯基含量低，縮合反應快，漆膜軟

——苯基含量高，漆膜硬，熱塑性大

——引入苯基可以改善硅樹脂與顏料的相容性，也可改進硅樹脂與其他有機硅樹脂的相容性及硅樹脂對各種基材的粘接性。

7、熱穩定性：硅樹脂是一種熱固性樹脂，它Z突出的性能之一是優異的熱氧化穩定性。

——Si-O-Si為骨架，分解溫度高，它可在200~250℃下長期使用而不分解或變色，短時間可耐300℃。

——與有機基團相關

8、電絕緣性：不是極性基團，故其介電常數及介質損耗角正切值在寬廣的溫度范圍及頻率范圍內變化很小。

室溫下的介質損耗角正切值約為2×10-3,在200℃以下仍維持恒定．只是接近300℃時才緩慢地升高到約3×10-3。

硅樹脂的可碳化成分較少，故其耐電弧及耐電暈性能也十分突出（與PI相當）

一般硅樹脂的應用極限度為200℃

9、機械性能：硅樹脂一般的機械強度(彎曲、抗張、沖擊、耐擦傷性等)較弱。

——有機硅分子間作用力小，有效交聯密度低

——增加三或四官能鏈節含量，可提高交聯度，可以得到高硬度和低彈性的漆膜

——軟、硬硅樹脂的適當搭配即可滿足對塑性的要求

——使用有機改性硅樹指可滿足對硬度的要求

10、耐候性：耐候性優良

——甲基硅氧烷對紫外光幾乎不吸收，

——改性硅樹脂的耐候性隨硅氧烷含量增加而提高

11、憎水性：憎水性高

——具有優良的憎水性，它與水的接觸角與石蠟相近(＞90°)，而被廣泛用作防水材料

——硅氧烷分子間作用力較弱，間隔也較大，因而對濕氣的透過率大于有機樹脂膜

——趕出吸入的水分也比較容易、從而使電性能等容易恢復

12、有機硅在絕緣材料中應用：有機硅絕緣漆、絕緣漆、粘結膠。

13、硅烷偶聯劑：乙烯基硅烷、氨基硅烷、環氧基硅烷、巰基硅烷巰基硅烷

九、有機氟樹脂

主要由C、F元素組成的聚合樹脂。Z重要的是聚四氟乙烯

大部分具有很好的電絕緣性、能耐熱性、耐寒性、耐潮性、對化學活性物質作用的穩定性。

1、聚四氟乙烯的特性：耐化學試劑性極高；高熱穩定性；很低的介質損耗系數；很高的擊穿強度；特別小的粘合性能和很小的摩擦系數；在寬廣的使用溫度領域

適于高頻和超高頻，在十分寬的溫度范圍和在潮濕、化學侵蝕物質作用的工作條件下工作

耐熱等級C級

其化學穩定性極高

缺點：加工相當困難

聚四氟乙烯優良特性的微觀原因：

ⅰ組成中只有二個化學元素：碳和氟（1）氟的化合物具有十分高的穩定性。在氟有機化合物中C-F化合鍵是所有已知有機化合物中原子聯接Z堅固的一種。（2）主鍵具有很大的穩定性和具有能形成高聚合度分子的能力。

氟原子的尺寸恰巧能便它在碳原子鍵的表面形成緊密的一層外殼

聚四氟乙烯的耐化學性

能夠很好地抵抗Z活性的化學藥劑的作用

——完全不受王水、氫氟酸、濃硫酸、氯璜酸、熱的濃硝酸、沸騰的NaOH溶液、氯氣、過氧化氫的作用。

——不受有機化合物的作用

——能與其起作用的只有熔融的堿金屬(鈉和鉀）、在高溫下的三氟化氯和氟氣

——現在還找不到一種溶劑能在溫度低于300℃時將這種化合物溶解或者能使它溶漲。

——僅能在溫度高于其熔點(327℃)時，在某些氟素潤滑油的作用下發生溶漲。  機理：

——C-F鍵牢固，無試劑可使其分離

——F原子緊密覆蓋C原子，其他試劑不可能滲透到與碳原在子起作用的那個深度。

——氟碳化合物的分子與其他物質的分之間作用力較小

聚四氟乙烯的低摩擦系數：

大部分材料與它接觸時都不能與其粘合

氟有機分子間存在次價鍵力，使其他物質不能與其有效地接觸

可用作軸承、不沾鍋等

聚四氟乙烯的高電性能：

較低的介電常數(2.0)和介質損耗(10-4)

——氟原子對稱分布，材料無極性

頻率從60～109，介電常數、介電損耗變化較小。

溫度升至314℃，介電常數、介電損耗變化較小。

耐電弧性良好

——分解時只形成不導電的氣體，因而電弧無法在材料上形成炭化的導電通道

介電強度高

聚四氟乙烯的高耐熱性：

耐熱性良好

——能夠在溫度260℃時長期地不發生變化，而在某些特殊情況下幾乎可達到其熔點(327℃)。

——主價健的能量很大，分子結構對稱

——熔化后不流動（分子量大，粘度高），長期受高溫作用而不出現脆性

抗寒性：在4K(－269℃)的低溫下仍不變脆