Развитие техники и технологий, основанных на использовании ультрафиолета

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Расширение исследований в области стерилизации, ставшее особенно заметным в последнее десятилетие, вызвано возросшим вниманием к проблеме внутрибольничного инфицирования пациентов артифициальным путем в связи с внедрением в медицинскую практику новых сложных для отчистки и стерилизации изделий, а также с увеличением числа пациентов со сниженным иммунитетом.

Надежды на то, что решением многих проблем стерилизации окажется замена многократно используемых изделий, требующих каждый раз стерилизации и предшествующей предстерилизационной очистки перед применением, на стерилизуемые промышленно изделия однократного применения, не оправдались. Кажущееся, на первый взгляд, простым решение, устранив одни проблемы, поставило другие, в частности, экономического и экологического характера. Безусловно, это не относиться к таким материалам, как шовные, которые должны всегда поставляться готовыми к использованию, то есть простерилизованными в соответствующих упаковках на предприятиях - изготовителях.

Такие давно известные и широко применяемые в России методы стерилизации, как паровой и воздушный, за последние десятилетия претерпели значительные изменения за счет разработки и внедрения в практику стерилизаторов нового поколения. Современные конструктивные решения позволяют обеспечить наиболее стабильные, максимально приближенные к заданным значениям критических параметров, условия выполнения стерилизационных циклов.

Между тем, широкое внедрение в медицину новых изделий медицинского назначения многократного применения из разнородных материалов (включая полимерные материалы, не выдерживающие воздействия высоких температур), ярко высветило потребность в соответствующих методах и средствах, которые позволяли бы осуществлять эффективную отчистку и стерилизацию, не ухудшая внешний вид и сохраняя функциональные характеристики изделий.

Борьба с бактериальным загрязнением.

В повседневной жизни и на производстве постоянно возникает необходимость борьбы с загрязнением микроорганизмами различных сред. Это может быть инфицирование ран, загрязнение воды, пищи, упаковки, помещений, инструмента, воздуха и т.д. Человек научился бороться с возбудителями болезней и другими микроорганизмами, нагревая их, удаляя механическим путем, замораживая, облучая, воздействуя химическими веществами.

В последнее время наиболее интенсивно происходит развитие техники и технологий, основанных на использовании ультрафиолета (УФ).

1. Природа ультрафиолета

ультрафиолет обеззараживание электроизоляционный

Что же представляет собой ультрафиолет?

Свет, воспринимаемый глазом человека, составляет лишь часть спектра электромагнитных волн. Волны с меньшей энергией, чем красный свет, называются инфракрасным (тепловым) излучением. Волны с большей энергией, чем фиолетовый свет, называют ультрафиолетовым излучением. Этот вид излучения обладает энергией, достаточной для воздействия на химические связи, в том числе и в живых клетках.

Ультрафиолет бывает трех типов:

§ Ультрафиолет «А»;

§ Ультрафиолет «B»;

§ Ультрафиолет «С».

Озоновый слой предотвращает попадание на поверхность земли Ультрафиолета «С». Свет в спектре ультрафиолета «А» имеет длину волн от 320 до 400 нм, свет в спектре ультрафиолет «В» имеет длину волн от 290 до 320 нм. Солнечные ожоги вызываются воздействием ультрафиолета «В». Ультрафиолет «А» проникает гораздо глубже, чем ультрафиолет «В» и способствует преждевременному старению кожи. Кроме того, воздействие ультрафиолета «А» и «В» приводит к раку кожи.

Свет - это комбинация электромагнитных волн различной частоты. Следовательно, научившись создавать источники видимого света, можно таким же образом создавать и источники ультрафиолетового излучения. Толчком к развитию индустрии источников ультрафиолетового излучения послужили:

1. Результаты многочисленных экспериментов, доказавшие факт временной нестабильности характеристик солнечного излучения. Так при регистрации вспышек на солнце (солнечные протуберанцы) изменялись характеристики солнечного излучения. Это в первую очередь касалось общей мощности излучения и спектральной плотности излучения;

2. Открытия ученых о незаменимости ультрафиолетового излучения при производстве жизненно важного для организма витамина Д3.

Таким образом, получение стабильного ультрафиолетового излучения с заранее заданными параметрами стало важнейшей научной задачей. Одновременно с инженерами, трудившимися над созданием ультрафиолетовых ламп, ученые разрабатывали теорию образования загара. Стало ясно, что для получения загара необходимо комбинированное ультрафиолетовое излучение. В общий спектральный состав излучения должно входить как ультрафиолетовое излучение диапазона А (УФА), так и ультрафиолетовое излучение диапазона В (УФВ). Первые ультрафиолетовые лампы, созданные в 1908 году, были кварцевые. Свое название они получили от кварцевого стекла, используемого для их изготовления. Излучение, полученное от таких ламп, имело необходимую мощность, но в то же время имело спектральные характеристики, сдвинутые в область коротковолнового излучения. Длительное нахождение под таким излучением могло привести к негативным последствиям. Индустрия не стояла на месте, и как результат появились два типа ультрафиолетовых ламп. В них, для получения комбинированного УФА + УФВ ультрафиолетового излучения, используют два различных метода.

Основные характеристики ультрафиолетовых ламп:

1. Мощность излучения;

2. Спектральный состав излучения (коэффициент излучения диапазона В);

3. Баланс между излучаемой мощностью и спектральным составом излучения;

4. Долговечность лампы;

5. Стабильность выходных параметров в процессе эксплуатации;

6. Механическая надежность конструкции;

7. Время достижения номинальных характеристик;

8. Минимально необходимое количество паров ртути в лампе.

По методу получения ультрафиолетового излучения лампы можно разделить на два вида:

1. Лампы высокого давления, использующие дуговой разряд (зарубежное название "ND" (Nieder Drucken);

2. Лампы низкого давления, использующие тлеющий разряд (зарубежное название "HD" (Hoсhe Drucken).

2. Бактерицидное действие ультрафиолета

Обеззараживающий эффект УФ излучения, в основном, обусловлен фотохимическими реакциями, в результате которых происходят необратимые повреждения ДНК. Помимо ДНК ультрафиолет действует и на другие структуры клеток, в частности, на РНК и клеточные мембраны.

Ультрафиолет как высокоточное оружие поражает именно живые клетки, не оказывая воздействие на химический состав среды, что имеет место для химических дезинфектантов. Последнее свойство исключительно выгодно отличает его от всех химических способов дезинфекции.

Ультрафиолет эффективно обезвреживает микроорганизмы, например такого вида, как известный индикатор загрязнения Е. Coli. Другие известные специалистам возбудители: Proteus Vulgaris, Salmonella typhosa, Salmonella enteridis, Vibrio cholerae обладают еще меньшей устойчивостью к ультрафиолету (см. Таблицу). Доза ультафиолета необходимая для обезвреживания микроорганизмов и вирусов.

Вид микроорганизма	Вид вызываемого заболевания	Необходимая энергия ультрафиолета в мДж/см2 для уровня инактивации 99,9%
Бактерии
1. Escherichia coli	Острые кишечные заболевания (ОКЗ)	9,0
2. Proteus vulgaris	ОКЗ	7,8
3. Pseudom. aeruginosa	ОКЗ, коньюктивиты, отиты	16,5
4. Salmonella enteritidis	Сальмонеллезы	7,6
5. Salmonella paratyphy	ОКЗ	6,1
6. Salmonella typhosa	Брюшной тиф	6,0
7, Shigella flexneri	Дизентерия	5,2
8. Shigella dysenteriae	Дизентерия	4,2
9. Vibrio cholerae	Холера	6,5
10. Mycobacterium tuberculisis	Туберкулез	10,0
Вирусы
1. Bacteriophage (E. coli)		6,6
2, Virus Poliomyelitis	Полиомиелит	6,0
3. Hepatitis virus	Вирусный гепатит А	8,0

3. Применение ультрафиолета

Ультрафиолет используется в настоящее время в различных областях:

§ медицинских учреждениях (больницы, поликлиники, госпитали);

§ пищевой промышленности (продукты, напитки);

§ фармацевтической промышленности;

§ ветеринарии;

§ для обеззараживания питьевой, оборотной и сточной воды.

Современные достижения свето- и электротехники обеспечили условия для создания крупных комплексов УФ-обеззараживания.

Широкое внедрение УФ-технологии в муниципальные и промышленные системы водоснабжения позволяют обеспечить эффективное обеззараживание (дезинфекцию) как питьевой воды перед подачей в сети горводопровода, так и сточных вод перед их выпуском в водоемы. Это позволяет исключить применение токсичного хлора, существенно повысить надежность и безопасность систем водоснабжения и канализации в целом.

4. Отчистка воды ультрафиолетом

Одной из актуальных задач при обеззараживании питьевой воды, а также промышленных и бытовых стоков после их осветления (биоочистки) является применение технологии, не использующей химические реагенты, т. е. технологии, не приводящей к образованию в процессе обеззараживания токсичных соединений (как в случае применения соединений хлора и озонирования) при одновременном полном уничтожении патогенной микрофлоры.

Наиболее безопасной технологией из безреагентных способов обеззараживания является обработка воды ультрафиолетовым излучением. Традиционно применяющиеся для обработки воды ультрафиолетовые лампы низкого давления малоэффективны при уничтожении спорообразующих бактерий, вирусов, грибков, водорослей и плесени.

Дозы облучения для ряда спор и грибков составляют 100-300 мДж/см², в то время как ультрафиолетовые облучатели низкого давления с трудом могут обеспечить требуемые 16 мДж/см².

Безусловно, существенное ограничение в применении этого типа обеззараживания воды играет, и обрастание кристаллами соли, и биообрастание защитных кварцевых оболочек ультрафиолетовых ламп.

Как же обойти эти недостатки в, безусловно, современной технологии?

Выход был найден при разработке новой технологии, включающей непрерывную обработку воды ультрафиолетовым излучением с длиной волны 253,7 нм и 185 нм с одновременным облучением воды ультразвуком с плотностью ? 2 Вт/см². На базе этой технологии были созданы установки серии «Лазурь-М».

В чем преимущества данного способа обеззараживания?

При обработке проходящего потока воды ультразвуковым излучателем, размещенным непосредственно в камере ультрафиолетового облучателя, в воде возникают короткоживущие парогазовые каверны (пузырьки), которые появляются в момент снижения давления в воде и схлопываются при сжатии воды. Скорость схлопывания очень высокая, и в окрестности точек схлопывания возникают экстремальные параметры - огромные температура и давление. Вблизи точки схлопывания полностью уничтожается патогенная микрофлора, и образуются активные радикалы. Каверны возникают в объеме камеры ультрафиолетового излучателя, причем преимущественно на неоднородностях. В качестве неоднородностей могут служить споры грибков и бактерий, которые затем, при схлопывании пузырька, оказываются в центре схлопывания, играя роль своеобразной мишени.

Одновременно в пузырьках под воздействием жесткого ультрафиолетового излучения с длиной 185 нм, возникают активные радикалы, озон, пероксид водорода (Н₂О₂) и другие. Благодаря многочисленности пузырьков при малых их размерах и при наличии тенденции к схлопыванию наработанные в пузырьках активные радикалы эффективно и равномерно растворяются в воде, а затем уничтожают патогенную микрофлору. При этом ультрафиолетовое излучение существенно стимулирует действие активных радикалов. Энергозатраты на обеззараживание воды составляют 7,0-8,0 Вт на 1 м³/ч, а срок службы установок не менее 10 000 часов.

Надо также учесть, что ультразвуковой излучатель, помещенный внутри камеры ультрафиолетовой обработки, работает и как стиральная машина, тщательно отмывающая поверхности корпуса и защитного кварцевого кожуха ультрафиолетового излучателя, что предотвращает их биообрастание и соляризацию. Подобная технология успешно используется для обеззараживания воды в бассейнах и банях, а также питьевой воды и сточных вод. Как пример можно привести результаты длительного исследования обеззараживающих свойств установок «Лазурь-М», проведенного одной из крупнейших в мире компаний по производству средств водоочистки Rand Water Board в Южно-Африканской Республике в 1998 году.

Таблица

Тест	Входная концентрация (орг/мл)	Выходная концентрация (орг/мл)
1. Тест: E. Coli	1,96*105 1,80*106 4,8*106	0 0,22 700
2. Тест Aspergollus niger *	8*106	6,6*103
* (самая сильная из известных спора плесени). Этот вид спор плесени вообще не уничтожается ни ультрафиолетом, ни озоном.

По заключению специалистов этой компании, использование данного способа обеззараживания, по сравнению с традиционными методами (при промышленных производительностях установок), эффективнее в 100-1 000 раз, а экономические затраты в 2-3 раза ниже. В настоящее время проводятся испытания по обеззараживанию промышленных и бытовых стоков в гг. Претория (ЮАР) и Веллингтон (Новая Зеландия) на общую производительность станций обеззараживания до 150 000 м³/ч.

5. Отчистка воздуха ультрафиолетом

Рециркуляторы.

Рециркуляторы предназначены для обеззараживания воздуха помещений в присутствии людей с помощью обеззараживания воздушного потока в процессе его циркуляции через корпус, внутри которого размещены две бактерицидные лампы низкого давления TUV 30 W LL или TUV 15 W LL.

Рециркуляторы обеспечивают готовность к эксплуатации помещений в соответствии с нормами и требованиями, регламентированными органами санэпиднадзора МЗ РФ.

Рециркуляторы размещают в помещениях 1,2,3,4 и 5 категории в соответствии с ГОСТ Р 3.1.863-98.

Источник УФ излучения - две бактерицидные ртутные безозоновые лампы низкого давления фирмы PHILIPS типа TUV мощностью 30W или 15W.

Для изготовления ламп PHILIPS - TUV применяется специальное стекло, обладающее высоким коэффициентом пропускания бактерицидных ультрафиолетовых лучей, и одновременно поглощающее излучение ниже 200 нм, образующее из воздуха озон. Благодаря этому фиксируется предельно малое озонообразование, которое исчезает полностью приблизительно через 100часов работы лампы. Средний срок службы ламп при правильной эксплуатации и уходе не менее 8000 часов. Время непрерывной работы рециркулятора не более 7 суток. Средний срок службы не менее 5 лет.

Наружные поверхности рециркуляторов выполнены из металла, покрытого порошковой краской и ударопрочного, химически стойкого поликарбоната и допускают дезинфекцию способом протирания дезинфицирующими средствами, зарегистрированными и разрешенными в РФ для дезинфекции поверхностей по режимам, регламентированным действующими документами по применению дезинфицирующих средств, утвержденными в установленном порядке.

Рециркуляторы являются облучателями закрытого типа, в которых бактерицидный поток от безозоновых ламп распределяется в небольшом замкнутом пространстве, при этом обеззараживание воздуха осуществляется в процессе его прокачки с помощью двух вентиляторов через зону с источниками ультрафиолетового излучения.

В зоне облучения применены материалы, обладающие высокими отражающими свойствами, обеспечивающие эффективную бактерицидную обработку воздушного потока (анодированный алюминий «Аланод» с отражающей способностью УФ излучения 75%)

Фотокаталитический фильтр.

Принципиально новый подход к очистке воздуха от летучих органических и неоганических соединений дало изобретение фотокаталитического метода. Фотокаталитический "фильтр" фильтром не является, поскольку не задерживает вредные примеси из потока воздуха, а разлагает их под действием излучения в УФ-диапазоне. По утверждению производителей в результате образуются безвредные вещества. На самом деле никто не знает, какие именно вещества образуются на выходе из камеры, в которой происходит процесс фотокатализа. Потенциально они могут быть довольно токсичны. К достоинствам метода относится то, что "фильтр" хорошо справляется не только с любыми органическими загрязнителями, но и с формальдегидом, угарным газом, окислами азота. Такие приборы убивают бактерии, вирусы и споры грибов, разлагая их до простых соединений: углекислого газа, воды, других оксидов. Метод используется в очистителях воздуха Daikin ACEF3AV1-C(H) (Япония), Аэролайф (Россия).

Характеристики фотокаталитических систем:

§ Удаляют основные летучие экозагрязнители.

§ Потенциально могут быть источником токсичных веществ.

§ Маленькая степень очистки за проход.

§ Отсутствие сменных фильтров.

§ Высокая стоимость (для зарубежных моделей)

6. Проводники

В качестве проводников электрического тока могут быть использованы как твердые тела, так и жидкости, а при соответствующих условиях и газы. К проводниковым материалам в электротехнике относятся металлы, их сплавы, контактные металлокерамические композиции и электротехнический уголь. Важнейшими практически применяемыми в электротехнике твердыми проводниковыми материалами являются металлы и их сплавы, характеризующиеся электронной проводимостью; основной параметр для них - удельное электрическое сопротивление в функции температуры.

Диапазон удельных сопротивлений металлических проводников весьма узок и составляет от 0,016 мкОм?м для серебра до 1,6 мкОм?м для жаростойких железохромоалюминиевых сплавов. Электрическое сопротивление графита с увеличением температуры проходит через минимум с последующим постепенным повышением.

По роду применения проводниковые материалы подразделяются на группы:

проводники с высокой проводимостью - металлы для проводов линий электропередачи и для изготовления кабелей, обмоточных и монтажных проводов для обмоток трансформаторов, электрических машин, аппаратуры и пр.;

конструкционные материалы - бронзы, латуни, алюминиевые сплавы и т.д., применяемые для изготовления различных токоведущих частей;

сплавы высокого сопротивления - предназначаемые для изготовления дополнительных сопротивлений к измерительным приборам, образцовых сопротивлений и магазинов сопротивлений, реостатов и элементов нагревательных приборов, а также сплавы для термопар, компенсационных проводов и т.п.;

контактные материалы - применяемые для пар неразъемных, разрывных и скользящих контактов;

материалы для пайки всех видов проводниковых материалов.

Механизм прохождения тока в металлах обусловлен движением (дрейфом) свободных электронов под воздействием электрического поля; поэтому металлы называют проводниками с электронной электропроводностью или проводниками первого рода.

7. Электроизоляционные материалы

Электроизоляционными материалами или диэлектриками называются вещества, с помощью которых осуществляется изоляция элементов или частей электрооборудования, находящихся под разными электрическими потенциалами. По сравнению с проводниковыми материалами диэлектрики обладают значительно большим электрическим сопротивлением. Характерным свойством диэлектриков является возможность создания в них сильных электрических полей и накопления электрической энергии. Это свойство диэлектриков используется в электрических конденсаторах и других устройствах.

Согласно агрегатному состоянию диэлектрики делятся на газообразные, жидкие и твердые. Особенно большой является группа твердых диэлектриков (высокополимеры, пластмассы, керамика и др.).

Согласно химическому составу диэлектрики делятся на органические и неорганические. Основным элементом в молекулах всех органических диэлектриков является углерод. В неорганических диэлектриках углерода не содержится. Наибольшей нагревостойкостью обладают неорганические диэлектрики (слюда, керамика и др.).

По способу получения диэлектрики делятся на естественные (природные) и синтетические. Наиболее многочисленной является группа синтетических изоляционных материалов.

Многочисленную группу твердых диэлектриков обычно делят на ряд подгрупп в зависимости от их состава, структуры и технологических особенностей этих материалов. Так, выделяют керамические диэлектрики, воскообразные, пленочные, минеральные и др.

Все диэлектрики, хотя и в незначительной степени, обладают электропроводностью. В отличии от проводников у диэлектриков наблюдается изменение тока со временем вследствие спадания тока абсорбции. С некоторого момента под воздействием постоянного тока в диэлектрике устанавливается только ток проводимости. Величина последнего определяет проводимость диэлектрика.

При напряженности электрического поля, превосходящей предел электрической прочности диэлектрика, наступает пробой. Пробой представляет собой процесс разрушения диэлектрика, в результате чего диэлектрик теряет электроизоляционные свойства в месте пробоя.

Величину напряжения, при котором происходит пробой диэлектрика, называют пробивным напряжением Uпр, а соответствующее значение напряженности электрического поля называется электрической прочностью диэлектрика Eпр.

Пробой твердых диэлектриков представляет собой или чисто электрический процесс (электрическая форма пробоя), или тепловой процесс (тепловая форма пробоя). В основе электрического пробоя лежат явления, в результате которых в твердых диэлектриках имеет место лавинное возрастание электронного тока.

Характерными признаками электрического пробоя твердых диэлектриков являются:

независимость или очень слабая зависимость электрической прочности диэлектрика от температуры и длительности приложенного напряжения;

электрическая прочность твердого диэлектрика в однородном поле не зависит от толщины диэлектрика (до толщин 10О? 10О см);

электрическая прочность твердых диэлектриков находится в сравнительно узких пределах: 10-10 В/см; причем она больше, чем при тепловой форме пробоя;

перед пробоем ток в твердом диэлектрике увеличивается по экспоненциальному закону, а непосредственно перед наступлением пробоя наблюдается скачкообразное возрастание тока;

при наличии неоднородного поля электрический пробой происходит в месте наибольшей напряженности поля (краевой эффект).

Тепловой пробой имеет место при повышенной проводимости твердых диэлектриков и больших диэлектрических потерях, а также при подогреве диэлектрика посторонними источниками тепла или при плохом теплоотводе. Вследствие неоднородности состава отдельные части объема диэлектрика обладают повышенной проводимостью. Они представляют собой тонкие каналы, проходящие через всю толщина диэлектрика. Вследствие повышенной плотности тока в одном из таких каналов будут выделяться значительное количество тепла. Это повлечет за собой еще большее нарастание тока вследствие резкого уменьшения сопротивления этого участка в диэлектрике. Процесс нарастания тепла будет продолжаться до тех пор, пока не произойдет тепловое разрушение материала (расплавление, науглероживание) по всей его толщине - по ослабленному месту.

Характерными признаками теплового пробоя твердых диэлектриков являются:

пробой наблюдается в месте наихудшего теплоотвода от диэлектрика в окружающую среду;

пробивное напряжение диэлектрика снижается с повышением температуры окружающей среды;

пробивное напряжение снижается с увеличением длительности приложенного напряжения;

электрическая прочность уменьшается с увеличением толщины диэлектрика;

электрическая прочность твердого диэлектрика уменьшается с ростом частоты приложенного переменного напряжения.

При пробое твердых диэлектриков часто наблюдаются случаи, когда до определенной температуры имеет место электрический пробой, а затем в связи с дополнительным нагревом диэлектрика наступает процесс теплового пробоя диэлектрика.

Жидкие и полужидкие диэлектрики - к ним относятся минеральные масла (трансформаторное, конденсаторное и др.), растительные масла (касторовое) и синтетические жидкости (совол, совтол, ПЭС-Д и др.), вазелины.

Минеральные масла являются продуктами перегонки нефти. Отдельные виды минеральных электроизоляционных масел отличаются друг от друга вязкостью и уровнем электрических характеристик в связи с лучшей очисткой некоторых из них (конденсаторное, кабельное). Остальные же характеристики масел находятся практически на одинаковом уровне.

Касторовое масло получают из семян растения клещевины.

Совол и совтол - негорючие синтетические жидкости. Совол получают в результате хлорирования кристаллического вещества - дифенила.

Совол представляет собой прозрачную вязкую жидкость. Совол токсичен, раздражает слизистые оболочки, поэтому работа с ним требует соблюдения правил техники безопасности. Совтол является смесью совола и трихлорбензола, вследствие чего он имеет значительно меньшую вязкость. Совол и совтол применяются для пропитки бумажных конденсаторов для установок постоянного тока и переменного тока промышленной частоты.

ПЭС-Д является жидким кремнийорганическим диэлектриком и обладает повышенной нагревостойкостью и морозостойкостью. Кремнийорганические жидкости нетоксичны, не обладают коррозионной активностью.

Вазелины представляют собой полужидкие массы. Применяются для пропитки бумажных конденсаторов.

Высокополимерные органические диэлектрики состоят из молекул, образованных десятками, сотнями тысяч молекул исходного вещества - мономера. Полимеры могут быть природными (натуральный каучук, янтарь и др.) и синтетическими. Характерной особенностью высокополимерных материалов являются их высокие диэлектрические свойства.

Воскообразные диэлектрики: парафин, церезин и другие представляют собой вещества поликристаллического строения с отчетливо выраженной температурой плавления.

Электротехнические пластмассы - пластические массы (пластмассы) представляют собой композиционные материалы, состоящие из какого-либо связывающего вещества (смолы, полимеры), наполнителей, пластифицирующих и стабилизирующих веществ и красителей.

По отношению к нагреву различают термореактивные и термопластичные пластмассы. Первые в процессе горячего прессования или последующего нагрева становятся неплавкими и нерастворимыми. Термопластичные пластмассы (термопласты) после нагрева в процессе прессования способны размягчаться при последующем нагревании.

Электроизоляционные бумаги и картоны относятся к волокнистым материалам, получаемым из химически обработанных растительных волокон: древесины и хлопка.

Электрокартоны для работы в воздушной среде обладают более плотной структурой по сравнению с картонами, предназначенными для работы в масле.

Фибра - монолитный материал, получаемый прессованием листов бумаги, предварительно обработанных раствором хлористого цинка. Фибра поддается всем видам механической обработки и штамповки. Листовая фибра поддается формированию после размягчения ее заготовок в горячей воде.

Слоистые электроизоляционные пластмассы - к ним относятся гетинакс, текстолит и стеклотекстолит. Эти материалы представляют собой слоистые пластмассы, в которых в качестве связывающего вещества применяются бакелитовые (резольные) или кремнийорганические смолы, переведенные в неплавкое и нерастворимое состояние.

В качестве наполнителей в слоистых электроизоляционных материалах применяют специальные сорта пропиточной бумаги (гетинакс), а также хлопчатобумажные ткани (текстолит) и бесщелочные стеклянные ткани (стеклотекстолит).

Заливочные и пропиточные электроизоляционные составы (компаунды). Компаундами называются электроизоляционные составы, жидкие в момент их применения, которые затем отверждаются и в конечном (рабочем) состоянии представляют собой твердые вещества.

Согласно своему назначению компаунды делятся на пропиточные и заливочные. Первые применяются для пропитки обмоток электрических машин и аппаратов, вторые - для заливки полостей в кабельных муфтах, а также в корпусах электрических аппаратов и приборов (трансформаторы, дроссели и др.).

Компаунды могут быть термореактивными, не размягчающимися после своего отвердения, или термопластичными, размягчающимися при последующих нагревах. К термопластичным относятся компаунды на основе эпоксидных, полиэфирных и некоторых других смол. К термопластичным - компаунды на основе битумов, воскообразных диэлектриков и термопластичных полимеров (полистирол, полиизобутилен и др.).

Широкое применение получили компаунды на основе битумов как наиболее дешевые и химически инертные вещества, обладающие высокой стойкостью к воде и хорошими электрическими характеристиками.

Электроизоляционные лаки и эмали.

Лаки представляют собой растворы пленкообразующих веществ: смол, битумов, высыхающих масел (льняное, тунговое), эфиров целлюлозы или композиций этих материалов в органических растворителях. В процессе сушки лака из него испаряются растворители, а в лаковой основе происходят физико-химические процессы, приводящие к образованию лаковой пленки.

Пропиточные лаки применяются для пропитки обмоток электрических машин и аппаратов с целью цементации их витков, увеличения коэффициента теплопроводности обмоток и повышения их влагостойкости. С помощью покровных лаков создают защитные влагостойкие, маслостойкие и другие покрытия на поверхности обмоток или пластмассовых и других изоляционных деталей. Клеящие лаки предназначаются для склеивания листочков слюды друг с другом или с бумагой и тканями (миканиты, микаленты), а также для склеивания пленочных материалов с бумагой, картоном, тканями и для других целей.

Эмали представляют собой лаки с введенными в них пигментами - неорганическими наполнителями (окись цинка, двуокись титана, железный сурик). Пигментирующие вещества вводятся с целью повышения твердости, механической прочности, влагостойкости, дугостойкости и других свойств эмалевых пленок. Эмали являются покровными материалами.

По способу сушки различают лаки и эмали горячей (печной) и холодной (воздушной) сушки. Первые требуют для своего отвердения 80 - 180°C, а вторые высыхают при комнатной температуре.

Электроизоляционные лакированные ткани (лакоткани) представляют собой гибкие материалы, состоящие из ткани, пропитанной лаком или каким-либо жидким электроизоляционным составом. Лак или другой пропиточный состав после отвердевания образует гибкую пленку, которая обеспечивает электроизоляционные свойства лакотканям.

В зависимости от тканевой основы лакоткани делятся на хлопчатобумажные, шелковые, капроновые и стеклянные (стеклолакоткани). В качестве пропиточных составов для лакотканей применяются масляные, масляно-битумные, полиэфирные. Эскапоновые или кремнийорганические лаки, а также растворы латексов кремнийорганических каучуков или суспензии фторопластов.

Липкие стеклоткани и резиностеклоткани, пропитанные термореактивными составами с повышенной липкостью, обеспечивают монолитность изоляции, выполненной из этих материалов.

Основными областями применения лакотканей являются: электрические машины, аппараты и приборы низкого напряжения. Лакоткани применяются для гибкой межвитковой и пазовой изоляции, а также в качестве различных электроизоляционных прокладок.

Для изолирования лобовых частей обмоток и других токоведущих элементов неправильной формы применяют лакотканые ленты, вырезанные под углом 45° по отношению к основе лакоткани.

Пленочные электроизоляционные материалы представляют собой тонкие (от 10 до 200 мкм) гибкие пленки, бесцветные или окрашенные.

Применение пленочных материалов для пазовой изоляции в электрических машинах позволяет уменьшить толщину изоляции. Пленочные электроизоляционные материалы получают преимущественно из синтетических высокомолекулярных диэлектриков (лавсан, фторопласт-4 и др.).

Электроизоляционные слюды. Для электрической изоляции применяется преимущественно природная слюда. Из синтетических слюд находит применение фторфлогопит.

Слюды представляют собой вещества с характерным листовым сложением. Это позволяет расщеплять кристаллы слюды на тонкие листочки - от 6 до 45 мкм и более. Из всех природных слюд в качестве диэлектриков применяются только мусковит и флогопит. Эти слюды хорошо расщепляются и обладают высокими электрическими свойствами.

В электротехнике применяются следующие разновидности слюд.

Щипаная слюда - тонкие листочки произвольного контура. В зависимости от площади прямоугольника, который можно вписать контур листочка, щипаная слюда делится на девять размеров. По толщине листочков щипаную слюду делят на четыре группы. Щипаная слюда применяется для изготовления клееных слюдяных электроизоляционных материалов (миканиты, микафолий, микаленты и др.).

Конденсаторная слюда - листочки прямоугольной формы, получаемые штампованием (вырубкой) из пластинок слюды (полборы). Конденсаторная слюда применяется в производстве слюдяных конденсаторов в качестве основного диэлектрика, а также в качестве защитных пластин.

Слюда для электровакуумных приборов - плоские детали разной формы, снабженные заданными отверстиями. Эти изделия получают вырубкой из пластинок слюды мусковит. Толщина слюдяных деталей находится в пределах 0,1 - 0,5 мм.

Гильотиновая слюда - пластины прямоугольной формы различной площади и толщиной 0,08 - 0,6 мм. Этот род слюдяных изделий применяется в качестве различного рода электроизоляционных прокладок в электрических машинах и аппаратах малой мощности.

Электроизоляционные материалы на основе слюды изготавливаются из щипаной слюды и связывающих веществ; миканиты, микафолий и микаленты. Они представляют собой композиционные материалы, состоящие их листочков слюды, склеенных друг с другом с помощью какой-либо смолы или лака. Основной областью применения клееных слюдяных материалов является изоляция обмоток электрических машин высокого напряжения (пазовая, витковая и др.), а также машин низкого напряжения нагревостойкого исполнения.

Слюдинитовые и слюдопластовые электроизоляционные материалы - при разработке природной слюды и изготовлении электроизоляционных материалов на основе щипаной слюды образуется около 90% различных отходов. Утилизация отходов привела к получению новых электроизоляционных материалов - слюдинитов и слюдопластов.

Слюдинитовые материалы получают из слюдинитовой бумаги или картона, предварительно обработанных каким-либо связывающим составом (смолы, лаки).

Для получения слюдинитовой бумаги отходы слюды в виде чистых обрезков подвергают термической обработке при 750 - 800°C. В результате этого они претерпевают значительное вспучивание и делятся на мелкие частицы. После промывания их водой образуется слюдяная суспензия, из которой изготавливают слюдяную бумагу и картон.

Электрокерамические материалы представляют собой твердые вещества, получаемые в результате термической обработки - обжига исходных керамических масс, состоящих из различных минералов, взятых в определенном соотношении.

Основной частью многих электрокерамических материалов (фарфор, стеатит и др.) являются природные глинистые вещества (глины, каолины). Кроме глинистых материалов в электрокерамические массы вводят кварц, полевой шпат (электрофарфор), а также тальк, углекислый барий или углекислый кальций (стеатит) и др.

Заключение

До создания квантовой механики проводимость веществ объясняли, рассматривая движение электронного газа. Частицы этого газа - электроны - сталкиваются с ионами кристаллической решетки вещества. По квантовой теории проводимости, которая рассматривает движение электронов сквозь кристаллическую решетку как распространение электронных волн де Бойля, узлы решетки не могут быть для электронной волны преградой. Квантовая теория проводимости твердых тел основывается на зонной теории. В твердых телах электроны принимают только определенные значения энергии. Каждое такое значение представлено энергетическим уровнем. Уровни группируются в зоны, отделенные друг от друга энергетическими промежутками, принадлежащими зоне.

У металлов зоны либо перекрываются между собой, либо не целиком заполнены электронами. И в металле под действием электрического поля электрон свободно переходит с уровня на уровень. Легкая возможность перехода с уровня на уровень и означает свободное движение электрона.

В полупроводниках и изоляторах заполненная зона отделяется от свободной энергетической щелью. Через эту запрещенную зону электроны могут переходить за счет тепловой энергии. Вероятность таких переходов увеличивается с ростом температуры. Поэтому с повышением температуры проводимость полупроводников и диэлектриков возрастает - это важнейшее их отличие от металлов.

Список литературы

1.Синдеев Ю.Г., Грановский В.Г. Электротехника. Учебник для студентов педагогических и технических вузов. Ростов-на-Дону: «Феникс», 1999.

2.Лихачев В.Л. Электротехника. Справочник. Том 1./В.Л. Лихачев. - М.: СОЛОН-Пресс, 2003.

3.Жданов Л.С., Жданов Г.Л. Физика для средних специальных учебных заведений: Учебник. - 4-е изд., испр. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1984.

4.Ремизов А.Н. Курс физики: Учебник для ВУЗов / А.Н. Ремизов, А.Я. Потапенко. - М.: Дрофа, 2002.

5.Дмитриева В.Ф. Физика: Учебное пособие для техникумов./Под ред. В.Л. Прокофьева, - 4-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2001.

6.Грибов Л.А., Прокофьева Н.И. Основы физики: Учебник. - 2-е изд. - М.: Наука. Физматлит, 1995.

7.Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики: Учебное пособие. В двух томах: Т.1. - 3-е изд. перераб. - М.: Наука. Физматлит, 1981.

Размещено на Allbest.ru

...