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 под действием механических напряжений.

Прочность при растяжении, сжатии и изгибе. Простейшие виды статических механических нагрузок — растягивающих, сжимающих и изгибающих — изучаются на основании элементарных закономерностей, известных из курса прикладной механики (сопротивления материалов).

Значения пределов прочности при растяжении , сжатии и изгибе в системе единиц СИ выражаются в паскалях ( ).

Для электроизоляционных материалов анизотропного строения (слоистых, волокнистых) значения механической прочности сильно зависят от направления приложения нагрузки. Важно отметить, что для некоторых диэлектриков (стекло, керамические материалы, многие пластмассы) предел прочности при сжатии значительно больше, чем при растяжении и изгибе (в то время как у металлов σ_р , σ_с и σ_и имеют один и тот же порядок). Так, например, у кварцевого стекла при сжимающих напряжениях можно получить σ_с ≈ 200 МПа, а при растяжении σ_р ≈ 50 МПа.

Механическая прочность ряда диэлектриков сильно зависит от площади поперечного сечения образцов.

Предел прочности стеклянного волокна увеличивается при уменьшении его диаметра, при диаметрах порядка 0,01 мм он становится равным пределу прочности бронзы (см. §6.16).

Механическая прочность электроизоляционных материалов сильно зависит от температуры, как правило, уменьшаясь с ее ростом (рис. 5.5). Прочность гигроскопичных материалов нередко существенно зависит от влажности.

Определение предела прочности и относительной деформации при разрушении дает некоторое представление о механической прочности материала и его способности деформироваться под нагрузкой (о пластических свойствах материала). Однако эти испытания еще не дают исчерпывающих сведений о поведении материала под действием механической нагрузки. Так, некоторые материалы (в особенности термопластичные) способны деформироваться при длительном воздействии. Это так называемое пластическое, или холодное, течение материала. Пластическое течение весьма нежелательно, если изделие в эксплуатации должно длительно сохранять неизменными форму и размеры. При повышении температуры и приближении ее к температуре размягчения данного материала пластическое течение материала сильно увеличивается.

В некоторых случаях большое практическое значение имеют хрупкость, вязкость и другие механические характеристики электроизоляционных материалов.

Рис. 5.5. Зависимость от температуры предела прочности

при растяжении полиэтилена низкой плотности:

1 — необлученный материал; 2 — облученный материал

Рис. 5.6. Зависимость относительного удлинения при растяжении

от удельной нагрузки для керамики (кривая 1) и металла (кривая 2)

Хрупкость — способность разрушаться без заметной пластической деформации. Хрупкость зависит от структуры материала и условий испытания; увеличивается при увеличении скорости нагружения и при понижений температуры, при повышении степени концентрации напряжений. Хрупкость материала, наблюдающаяся только при ударных нагрузках, называется ударной хрупкостью. Многие материалы хрупки, т. е. обладая сравнительно высокой прочностью по отношению к статическим нагрузкам, в то же время легко разрушаются динамическими (внезапно прилагаемыми) усилиями.

Из рис. 5.6 следует, что у керамики предел упругости и предел прочности при статическом растяжении практически совпадают, а у металла перед разрушением обнаруживается пластическое течение.

Рис. 5.7. Зависимость вязкости жидкости от температуры

Распространенный прием для оценки способности материала выдерживать динамические нагрузки (хрупкости материала) — испытание на ударный изгиб (определение ударной вязкости). Ударная вязкость материала — это затраченная на излом образца энергия , отнесенная к площади поперечного сечения образца . Ударная вязкость в системе СИ измеряется в .

Очень высокой ударной вязкостью обладает полиэтилен, у которого превышает , для керамических материалов и микалекса составляет всего .

В некоторых случаях 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. Определение вибропрочности важно, например, для оценки изоляции ракетного и самолетного электрооборудования.

Вязкость. Для жидких и полужидких электроизоляционных материалов, масел, лаков, заливочных и пропиточных компаундов важной механической характеристикой является вязкость. Вязкость (внутреннее трение) — свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Количественно вязкость характеризуется значением величины η, называемой коэффициентом динамической вязкости, или коэффициентом внутреннего трения. Вязкость представляет собой величину, входящую во многие законы 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 [см. формулу (2-6)]. Динамическая вязкость η в системе СИ измеряется в паскалях, умноженных на секунды, а в системе СГС — е сантипуазах:

1 Па·с = 10 П = 1000 сП.

Кинематическая вязкость ν равна отношению динамической вязкости жидкости к ее плотности ρ:

. (5.3)

В системе СИ кинематическая вязкость измеряется в м²/с, а в системе СГС в стоксах (1 м²/с = 10⁴Ст).

Вязкость всех веществ, не претерпевающих при нагреве химических изменений, сильно уменьшается с повышением температуры (рис. 5.7).

Как правило, закон изменения вязкости с температурой соответствует уравнению экспоненты

, (5.4)

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

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: