玻纤特性

电绝缘用玻璃纤维的特性

一、电气特能

电气工业中采用的是碱金属氧化物含量与0．8％的无碱铝硼硅酸盐玻璃成分。研究表明，E玻璃纤维具有和E玻璃同样优良的介电性能。不同的是，纤维具有很大的表面积，相应的织物具有很大的空隙率，直接使用时介电强度很小，仅与相同厚度的空气层的介电强度相当。另一方面，由于空隙的吸附作用，使得织物的绝缘电阻对于环境相对湿度的变化十分敏感。据报道，当相对湿度从35％增加到95％时，经脱蜡热清洗的E玻璃纤维布的体积电阻率下降了4次方，而采用憎水处理的玻璃纤维布的下降幅度则较小。见表10－1。因此，电绝缘用玻璃纤维布必需浸渍绝缘漆或树脂等液体绝缘材料，来填充织物中的空隙，并在织物表面形成一层连续、平整和厚薄均匀的漆膜，才能提高其防潮性能和介电强度。尤其是湿态介电强度。

温度是影响电介质介电性能的另一个重要因素。硅酸盐玻璃属离子导电，其绝缘电阻随温度的升高而降低，而介质损耗却随温度的升高而增大。玻璃布的体积电阻率和介质损耗与温度的关系见表10—2。E玻璃介电性能与温度和频率的关系见表10—3。

E玻璃纤维的介质损耗小，在交流电压作用下所产生的介质损耗也小，是一种适于在高频、高压下工作的绝缘材料。此外，E玻璃纤维还具有良好的抗电晕、抗电弧性能。

二、力学性能

（一）抗拉强度

抗拉强度高，尤其是高温保留强度高，是E玻璃纤维的一个重要特性。E玻璃纤维纱的强度与热处理温度的关系如图10－1所示。从图中可以看出，在200℃以下时，曲线呈平缓下降，纱线的强度保留率均在80％以上。而有机纤维在200℃以下热处理时，其强度几乎完全丧失。因此，E玻璃纤维织物适用于制造不同耐热等级的绝缘材料，同时也是一种性能良好的补强材料。

（二）伸长率

玻璃纤维是完全弹性体，其断裂伸长率为3％。这个数值与粉云母纸断裂时的伸长率相近。这样在玻璃粉云母带中由于玻璃布的有效补强作用，克服了粉云母纸对机械负荷敏感的弱点，从而解决了粉云母带在使用中产生的屏障性损坏的问题。因此，E玻璃纤维织物是制造粉云母带的理想的补强材料。

（三）耐磨性

玻璃纤维是一种脆性材料。即使经绝缘漆或树脂浸渍处理，其耐磨性仍得不到有效的改善。因此，在生产和安装的过程中，应避免撞击、锤击等外力作用，以免损伤绝缘材料，导致机械强度和电气绝缘性能的下降。

耐磨性差是玻璃纤维的致命弱点，因此它无法代替棉织物而用于受机械摩擦和撞击的地方。

三、耐热性

温度是导致绝缘材料电气性能、力学性能下降和使用寿命缩短的重要因素。耐热性则表明绝缘材料承受高温作用的能力，是衡量绝缘材料性能的一项非常重要的指标。

无碱玻璃纤维及其织物具有很好的耐热性，在200℃的温度下，仍保持着较高的电绝缘性能和抗拉强度。同时，它还具有不燃性和高温下不产生挥发性物质等特点，因此是一种性能优良的绝缘材料和补强材料。但在实际应用中，玻璃纤维和其他纤维材料一样，需要用绝缘漆或树脂来填充其织物中的空隙，于是绝缘材料的耐热性不但取决于基材，而且取决于所用的绝缘漆或树脂的耐热性。

耐热等级确定了各种绝缘材料在正常运行状态下能长期使用的极限工作温度。它共分9级，其中Y级极限工作温度为90℃，现已淘汰。主要绝缘材料的耐热等级与相应的极限工作温度见表10－4。

四、吸湿性

材料的吸湿性不但取决于材料的结构、性质和表面状态，而且还和空气的相对湿度有着密切的关系，它随着空气相对湿度的增加而增大。

玻璃纤维具有很大的表面积，吸湿性比块状玻璃大。但由于玻璃纤维表面光滑，无气孔，所以吸水率又比有机纤维小得多，见表10－5。E玻璃纤维的吸水率与相对湿度的关系如图10－2所示，当相对湿度超过80％时，玻璃纤维的吸水率急剧增加。如果把玻璃布浸在水里，它将吸附33．二％的水分。一旦把它取出放到空气中自然干燥时，水分就会很快地蒸发，lh后水分几乎全部蒸发完，见表10－6。因此，以玻璃纤维为绝缘的电气设备，在受潮后能很快地被干燥，并恢复到正常的绝缘状态。

五、化学稳定性

玻璃纤维的化学稳定性是衡量玻璃纤维耐水。蒸气。酸。碱、盐类和其他介质侵蚀的能力。通常以侵蚀后纤维的析碱量、失重的百分率。强度保留率和纤维直径的缩小率来表示纤维受介质侵蚀的程度。

玻璃纤维的化学稳定性取决于其玻璃化学组成。表10－7列出了E、C和A玻璃纤维的耐水性、耐酸性和耐碱性。

由表可知，E玻璃纤维具有良好的耐水性，但由于玻璃中二氧化硅含量低，同时存在着微分相，因此其耐酸性差，抵抗盐酸、硫酸。硝酸等无机酸的侵蚀能力较C玻璃和A玻璃低得多。这三种玻璃的耐碱性都很差，这是由于碱溶液破坏了玻璃结构中的硅氧骨架的缘故。

表中通过测定耐水性试验后溶液中的直流电阻来表示纤维的耐水性。这是基于试样经水侵蚀后，析碱量的大小跟溶液的电导率成正比的原理。不难看出，E玻璃纤维的耐水性明显优于A玻璃纤维。