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耐低温绝缘材料

耐低温绝缘材料

中文名 耐低温绝缘材料
实质 绝缘材料
应用 电工设备或电工器材
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发展历史

从二十世纪初发现低温超导现象开始，人们就试图将其应用于工程领域。为了发展超导设 备，如超导发电机、超导变压器、超导故障限流器、 超导储能设备、 超导电缆等，必须同时研究低温环 境下的电气绝缘性能。低温 电介质的绝缘特性已 经成为影响超导设备性能和可靠性的一个重要因 素，它是低温电工设备实用化进程中的关键技术 之一。由于超导设备工作在液氮或者液氦的低温环 境中，因此不光要考虑传统电力设备的绝缘问题， 更要考虑低温环境中更具复杂多样性的绝缘问题，包括低温环境、介质的影响等，研究更有难度和挑战性。复杂的液氮或液氦环境与常温环境不 同，包含气泡、杂质、低温环境和 冷热冲击等影响，因此展开低温绝缘材料的研究十分必要。 绝缘材料应具有一定的耐压强度和抗沿面放电能 力；具有足够的机械强度和韧性，以承受 超导磁体 的极大的 电磁力，并经多次冷热循环后，仍具有所需的介电性能和力学性能; 热性能应具有良好的 导热性能，绝缘材料与超导材料的热特性应尽量 接近;工艺性应易于加工成型和装配； 抗辐射能力 核装置中的超导磁体，其绝缘材料还需能耐受 核辐射。 [1]

材料特点

低温下使用的绝缘材料应具有低温韧性,以保证在低温时具有足够高的机械强度和加工工艺性能；在电绝缘性能方面，介质损耗角正切应尽可能低（tgδ<10-5），以减少介质损耗发热，节省致冷费用。用于超导和低温绕组线的绝缘,还应保证从室温到运行温度的过程中,不发生热应力引起的开裂；应能耐受从室温到运行温度的冷热循环；在涂敷绝缘漆时不会使超导线退火。

材料类型

低温绝缘材料主要可划分为两类: 低温液体 绝缘材料和低温 固体绝缘材料。常用的低温 液体绝缘材料主要有液氮和液氦两种。液氮可作 为高温超导的绝缘和冷却介质，液氦适用于低温 超导。另外液氦还有一个特殊性质，当温度降低 到2.2K 左右时， 比热容发生突变，液氦由常态变 为超流态。常用的低温绝缘材料中，固体材料有聚乙烯、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、 聚对二甲苯和以环氧粘合的 玻璃纤维带（用于固定绕组）；液体材料可以直接采用低温不导电液体。

耐低温绝缘材料举例

聚酰亚胺薄膜

聚酰亚胺薄膜是一种具有稳定的物化、电学及力学性质的材料。上世纪六十年代，由美国杜 邦公司首次推向市场，起初主要用于航空航天和 军事等高端领域。后来该材料因其耐热性、耐辐射、高强度、低介电损耗，加之耐电晕、耐水解、低 热膨胀，冷热收缩应力小和良好耐磨自润滑性，以 及很好的阻燃性能优良的电气性能等因素而被 大量用于电子、电气行业和信息产业的发展等领 域。近几十年来，也开始被应用于低温环境，如低 温 超导磁体中的层间（磁体中层与层之间）绝缘、 匝间( 磁体中匝与匝之间) 绝缘及对地（整个磁体的外围）绝缘等部位。

绝缘胶

在低温或超低温条件下工作时对 绝缘胶的低 温性能要求很高。超低温绝缘胶需要使胶在超低 温条件下保持足够的粘接强度，并具有连接、紧 固、密封、填充、导热和绝缘的作用。液氦温度下工作时，对胶的低温力学性能要求就会更高。绝 缘胶主要以聚氨酯、环氧改性聚氨酯或聚氨酯与 尼龙改性的环氧树脂为基料配制而成。其中聚氨 酯胶是公认的性能最好的超低温胶粘剂，因为聚 氨酯胶粘剂在超低温环境中，其粘接强度比室温 时要高2 ～4 倍。

玻璃纤维

玻璃纤维提供绝缘层的刚度和强度，基本控制着绝缘层的力学性能。玻璃纤维在复合材料绝 缘层中起到增强作用，是主要承力组分。它不仅能使绝缘层显示出较高的抗张强度和刚度，而且能减少收缩，提高 热变形温度和低温冲击强度等。 绝缘层的性能在很大程度上取决于纤维的性能、 含量及使用状态。 [1]

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