Механические свойства диэлектриков

Поскольку детали из электроизоляционных материалов подвергаются воздействию механических нагрузок, большое практическое значение имеют механическая прочность этих материалов и способность их не деформироваться от механических напряжений.

Прочность на разрыв, сжатие и изгиб. Простейшие виды статических механических нагрузок — растягивающих, сжимающих и изгибающих — изучаются на основании элементарных закономерностей, известных из курса сопротивления материалов.

Для электроизоляционных материалов анизотропного строения (слоистых, волокнистых и т. п.) значения механической прочности сильно зависят от направления приложения нагрузки. Важно отметить, что для ряда диэлектриков (стекол, керамических материалов, многих пластмасс и др.) предел прочности при сжатии значительно больше, чем при разрыве и изгибе (в то время как у металлов величины ур, ус и уи имеют один и тот же порядок).

Определения предела прочности и относительной деформации при разрушении дает некоторое представление о механической прочности материала и его способности деформироваться под нагрузкой (о пластических свойствах материала). Так, для некоторых материалов (в особенности термопластичных) характерна способность при длительном воздействии сравнительно малых нагрузок давать заметные деформации. Это так называемое пластическое, или холодное, течение материала. Пластическое течение весьма нежелательно, если изделие в эксплуатации должно длительно сохранять неизменными форму и размеры.

В ряде случаев большое практическое значение имеют хрупкость, твердость и некоторые другие механические характеристики электроизоляционных материалов.

Хрупкость. Многие материалы хрупки, т. е., обладая сравнительно высокой прочностью по отношению к статическим нагрузкам, в то же время легко разрушаются динамическими (внезапно прилагаемыми) усилиями.

В ряде случаев проверяют способность электроизоляционных материалов выдерживать без разрушения длительное воздействие вибраций, т. е. повторяющихся колебаний определенной частоты и амплитуды. Такая проверка чаще всего производится на готовых изделиях, которые для этой цели крепятся на платформах (вибростендах), подвергающихся вибрациям по заданному режиму от соответствующего приводного механизма.

Твердость. Твердость, т. е. способность поверхностного слоя материала противостоять деформации от сжимающего усилия, передаваемого посредством предмета малых размеров, имеет для диэлектриков менее существенное значение и определяется различными методами: для неорганических материалов — по минералогической шкале Мооса, для органических диэлектриков — по способу Бринелля или с помощью маятника Кузнецова.

Вязкость. Для жидких и полужидких электроизоляционных материалов, масел, лаков, заливочных и пропиточных компаундов и т. п. важной механической характеристикой является вязкость.

Динамическая вязкость, или коэффициент внутреннего трения, жидкости представляет собой величину, входящую в целый ряд законов гидродинамики вязких сред, а именно в закон Пуазейля — истечения вязких жидкостей через капиллярные трубки, в закон стокса — движения шарика в вязкой среде под действием небольшой постоянной силы. Динамическая вязкость з в системе СИ измеряется в паскалях, умноженных на секунды. В системе единиц СГС динамическая вязкость выражается чаще всего в сантипуазах (сП):

1 Па · с = 10 П = 1000 сП. (1.10).

Кинематическая вязкость х равна отношению динамической вязкости жидкости к ее плотности:

(1.11).

Как правило, закон изменения вязкости с температурой соответствует уравнению экспоненты.

(1.12).

где, А — постоянная, характеризующая данную жидкость; щ — энергия активации, равная работе перехода молекулы из одного устойчивого положения в другое.

Контрольные вопросы:

• 1. Пробой диэлектриков.
• 2. Общая характеристика явления пробоя. Виды пробоев.
• 3. Влажностные свойства диэлектриков. Влагопроницаемость.
• 4. Механические свойства диэлектриков. Прочность на разрыв, сжатие и изгиб. Хрупкость. Твердость. Вязкость.