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绝缘纸的性能研究及其Nomex纸的特性和应用

来源：互联网 qikanw | 肖鹏远1 焦晓宁2

【分　类】机械与建筑工程
【关键词】绝缘纸，性能，应用，诺梅克斯（Nomex）
【来　源】互联网
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正文：
摘要：本文从原料入手，论述了绝缘纸在机械性能、热稳定性和电气性能等主要性能方面的要求，重点分析了采用诺梅克斯(Nomex)制成的绝缘纸的性能优势，并对诺梅克斯（Nomex）绝缘纸和几种国产绝缘纸做了对比。
关键词：绝缘纸，性能，应用，诺梅克斯（Nomex）
Abstract: At the beginning of this thesis, several kinds of row material used in insulation paper are introduced, and then the main properties including mechanical properties, thermal stability and electrical properties are described. The advantages of Nomex insulation paper performances which contrasted with several kinds of domestic insulating paper are analysed in detail.
Keywords: insulation paper, properties, application, Nomex
0 前言
绝缘纸通常是由植物纤维、矿物纤维、合成纤维或这些纤维的混合物，通过水或其它介质将纤维沉积在造纸机上而形成的薄页状材料。绝缘纸具有高的抗撕裂强度、伸长率小、绝缘性好，因此广泛用作电机、电缆、电容器和变压器中的绝缘材料，也是层压制品、复合材料和预浸材料等绝缘材料的主要组成材料^[1]。
纸作为电气设备的绝缘材料已有悠久的历史了，如表1所示。早在1861年，人们就已经用纸作为电容器的介质，1893年开始用作电缆的线芯绝缘^[2]，绝缘纸在电工设备中，如：电机、变压器、电缆、电容器中都有着非常广泛的用途。图1为一种电线杆变压器，其两级间（红色圈住部分）绝缘采用绝缘纸包覆绝缘。绝缘纸的性能优劣直接影响到设备的运行可靠性和使用寿命。
表1 绝缘纸用材料发展概况

年代	应用情况	材料种类
早期	基本上都是来自天然材料或其制品。	如丝绸、棉纱、棉布、虫胶、琥珀等。
19世纪早、中期	为了克服天然材料的缺点，对它们进行了改性。	如硫化的天然橡胶、醋酸纤维素等。
19世纪末	由于交流发电机和三相输电线路的出现，对绝缘提出了新的要求。	出现了贴制云母制品。
20世纪初	由于天然材料很难满足电工技术发展的要求，促进了合成树脂的发明。	如酚醛树脂、脲醛树脂、苯胺甲醛树脂等。
30、40年代	合成聚合物材料进入蓬勃发展阶段。	聚氯乙烯、聚四氟乙烯、氯丁橡胶、有机硅树脂、环氧树脂等。
50年代	伴随现代聚合物化学与工业的发展，真正开始了以合成聚合物为基础的新绝缘材料的发展时期。	如薄膜复合制品、粉云母制品、六氟化硫等。
60年代	耐高温聚合物的研究与制造出现了高潮。	如聚酰亚胺、聚芳酰胺、聚芳砜、聚苯并咪唑等。
70年代以后	开始从大量发展新的聚合物转向对现有材料进行改性。	——————

a 电线杆变压器 b 图a中变压器器两级间外包绝缘的放大图
图1 电线杆变压器示意图
传统的以植物纤维为原料的各种绝缘纸如快巴纸、牛皮纸等，最大缺点是耐热性低，其最大耐温极限为105℃。当绝缘纸处在高温环境中时，纤维素分子链会逐渐断裂降解，从而使绝缘纸的机械强度急剧下降；吸湿性大，水分不易排出，极易受潮，影响绝缘性能；介质损耗角正切值大，容易老化，满足不了电工设备耐高电压、大容量、耐高温和耐环境因素影响的要求。同时，植物纤维造纸要消耗大量的木材、棉花、麻等。矿物纤维，因在开采和造纸过程中粉尘大，对操作工人的健康有影响已停止使用，有的矿物纤维在造纸时需添加胶粘剂，使用也不普遍。长期以来，我国电机工业以云母等为主要绝缘材料，由于云母等材料的耐热性能差，绝缘厚度大，因此制成的电机功率较小，体积较大，并且大部分电机都是E级（长期工作温度为120℃）、B级（长期工作温度为130℃）绝缘。若要制造F级（长期工作温度为155℃）或H级（长期工作温度为180℃）电机，则由于采用的云母纸厚度较大，机械强度差，因此制成的电机体积较大，功率还是较小，电机的可靠性较差^[2-5]。
近年来随着电力行业的发展，现代发电设备与输电设备朝着高压大容量的趋势发展，伴随着世界科学技术的飞跃发展,研发和生产出了多种高性能合成纤维并应用于造纸工业上，如聚酯纤维纸、聚芳酰胺纤维纸、聚砜纤维纸、聚噁二唑纤维纸等，成功的应用在电瓶、变压器、电容器等电气设备上，特别是芳纶绝缘纸的应用最为普遗，最为成功。
1 绝缘纸的性能要求
由于绝缘纸的特殊用途，要求其必须具备一些不同于其他纸种的特性，主要包括机械性能、电气性能和热稳定性^[6]。
1．1 机械性能
绝缘纸在使用过程中，会受到各种外力的影响，如高压大容量发电机所用的绝缘纸要能承受高速旋转、起动停止以及突然短路造成的很大机械应力，因此要求有较高的机械性能，主要包括抗张强度和断裂伸长率。不同的电气设备对绝缘纸的要求不同，如电力电缆纸一般用于额定电压不高于35kV的电气设备,GB 7969-2003对其机械性能的规定如表2所示；500kV变压器匝间绝缘纸主要适用于额定电压不大于500kV的变压器、电抗器等匝间绝缘，QB/T 3521-1999对其机械性能规定如表3所示。

表2 电力电缆纸机械性能指标

指标名称

规定

优等品

合格品

厚度/μm

标称值

130

170

200

130

170

200