電氣絕緣電子領域中的芳綸纖維材料應用范文

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【關鍵詞】芳綸纖維;電氣絕緣;電子領域;材料應用

我國對于芳綸材料研究和國外對比起步晚，相關技術滯后。目前，將其應用在各種材料的制造方面，性能較為良好的芳綸材料主要依靠進口。此種材料在電氣絕緣以及電子領域中有廣泛應用，為促使其充分發揮材料優勢，有必要就具體應用形式加以研究。

1芳綸纖維在電氣絕緣以及電子領域內的應用方向

1.1變壓器

在變壓器的芯線、層間以及相間絕緣方面，使用芳綸纖維無疑是較為理想的材料。其在應用過程優勢明顯，纖維紙限氧指數>28，因此自身屬于良好的阻燃材料。同時耐熱性能達到220級，能夠將變壓器冷卻空間減小，促使其內部結構緊湊，減少變壓器空載時的損耗，還能降低制造成本。由于其絕緣效果好，可提高變壓器對溫度的存儲以及諧波負載等能力，因此在變壓器絕緣方面有重要應用。此外，材料抗潮性好，可應用于潮濕環境下。

1.2電機

在電機的制造過程中，芳綸纖維的應用廣泛，纖維和紙板共同組成電機產品的絕緣系統，使產品能在超出負荷的狀態下運行。由于材料尺寸小、性能良好，因此可在線圈繞組過程不受損壞。其應用途徑包括相間、引線、對地、導線、槽襯等絕緣。例如：厚度在0.18mm~0.38mm的纖維紙柔韌性好，適合用于槽襯絕緣；厚度在0.51mm~0.76mm的下內置硬度較高，因此可應用在槽楔位置。

1.3電路板

在電路板中應用芳綸纖維之后，電氣強度、點阻力、激光速度較大，同時離子的可加工性能更高，離子密度較低，由于以上優勢，其在電子領域中被廣泛應用。在20世紀的90年代，由芳綸材料制作而成的電路板成為SMT基板材料社會關注重點，芳綸纖維在電路板基材等方面應用廣泛。

1.4雷達天線

在衛星通訊的迅速發展中，要求雷達天線具備質量小、輕便、可靠性強等優勢。芳綸纖維在性能上具有較高的穩定性、電氣絕緣能力良好，并且透波性和力學性能較強，因此可將其應用在雷達天線領域當中。例如：可以合理運用在高架天線、軍艦和飛機等天線罩以及雷達饋線等結構當中。

2芳綸纖維在電氣絕緣以及電子領域內的具體應用

2.1各類變壓器中的應用

芳綸纖維可應用在干式變壓器當中，在線圈繞點使用芳綸纖維，將變壓器絕緣系統溫度指數有效提升，并延長其使用壽命。由纖維紙、高溫油等組成抗高溫的絕緣系統，應用在鐵路牽引設備以及配電設備當中，減小變壓器質量和體積。在高速列車中使用芳綸材料構成變壓器的絕緣系統，將變壓器體積變為原來的80%~85%，降低其出現故障維修的工作量，提高了變壓器安全性能。充分利用芳綸纖維優勢，將其應用在變壓器當中作為絕緣主材，可保障結構安全性。在油浸變壓器中可使用芳綸纖維，配合燃點較高的β油制造出具有高燃點的變壓器。該種類型的變壓器運行消耗成本低、防火性能好。如：使用芳綸纖維和硅油制作出150kVA變壓器，質量和100kVA的變壓器相差不大。

2.2各類電機中的應用

芳綸纖維可應用在特種電機的絕緣系統中，在變頻調速電機以及2500kV交變頻電機中應用芳綸纖維絕緣性能良好。同時使用芳綸纖維制作成環氧樹脂類復合材料作為發動機的轉子保護環，可有效解決傳統玻璃纖維的無緯帶性能較弱的問題。在正常狀態下，試樣的拉伸強度為1816MPa，因此可滿足高度運轉環境下要求。此外，還可利用芳綸纖維作為電機匝間的結構絕緣，這樣可減小絕緣層的厚度，同時降低電機溫度上升速度，提高電機整體性能。在發電機中也可將芳綸纖維應用其中，將纖維紙使用環氧樹脂浸泡之后，放在轉子線圈中，形成絕緣結構，提高線圈的機械強度，同時還能縮短發電機的制造周期。研究人員對三峽機組中使用的東方發電機進行研究，發現機組使用芳綸材料作為繞組絕緣，不但符合機組在技術方面的絕緣要求，這種發電機可應用在大型或者中型的水輪發電機當中。此外，芳綸纖維還可用在電機的接地絕緣當中，避免電機出現異常停機的問題。使用芳綸纖維與聚酰亞胺組成復合材料，形成封閉式引線，內外層通過芳綸纖維進行編制，可使電機在潤滑油以及冷媒條件下絕緣性能良好。

2.3印制電路板中的應用

印制電路板（下文簡稱PCB）的制造過程，使用芳綸纖維合成具有高密度的電子片引線支座，此類型支座具有較強的張拉性能，因此可避免銅片受熱之后和樹脂基體之間產生分離的問題。在電子工業中，使用芳綸材料制造PCB板，可增強電路板的強度和質量。此種電路板尺寸優良，膨脹系數3×10-6/℃。由于電路板的介電常數較低，所以可適用于線路的高速傳輸。和玻璃纖維材料相對比，這種電路板的質量降低了20%，因此實現了電子設備質量輕、體系小的制造目標。日本某公司研制出穩定性更好、柔韌度更高、抗濕性能更強的PCB板，在制造過程，在間位使用芳綸纖維，加速了環氧基樹脂材料的制取。對比于對位材料的應用，其更容易加工，吸潮性能更好。使用芳綸纖維制作的PCB，其質量輕、性能強，可應用在智能手機以及平板電腦當中。此外，當前基于多層結構的芳綸纖維制造出的電路板可對高密度電子進行封裝，適合應用在電路的高速傳輸過程中，在軍工領域中取得廣泛應用。

2.4天線部件中的應用

由于芳綸材料具有良好的介電性能，將其應用在雷達罩部件當中，比傳統玻璃雷達天線罩更薄，剛度良好，信號的透過率更高。和半波長類型的雷達罩相比，處于夾層位置的天線罩，使用芳綸材料制作蜂窩夾層，其芯材的質量更輕，并且強度比玻璃不芯材高，不足之處為制造消耗的成本較高。因此，只能將其應用在艦載雷達和機載雷達等高端領域的天線罩部件制造當中。美國公司和日本共同研制出雷達拋物面天線，在雷達反射面使用對位芳綸材料。由于我國對芳綸材料的研究起步相對較晚，但是技術發展迅速。當前研制的衛星APSTAR-2R，其使用蜂窩夾層作為天線的反射面，天線的內外蒙皮部分使用對位芳綸材料，間位使用蜂窩芳綸。在飛機雷達罩制造過程，使用對位芳綸，利用此材料良好的透波性能，同時膨脹系數較低，因此反射器頻率可滿足自身結構以及功能雙重要求。ESA曾經研制出雙色副類型反射器，其直徑1.1m，在夾層結構中使用間位蜂窩結構，使用芳綸材料作為蒙皮，該結構環氧樹脂溫度可達25℃，介電常數為3.46，損耗因數為0.013，該種反射器傳輸環節反射損耗只有0.3dB，傳輸信號損失0.5dB。瑞典在衛星系統中應用的雙色副類型反射器，直徑1.42m，在傳輸環節損耗<0.25dB，反射損耗<0.1dB。我國電子研究所研制出同類產品，和國外天線存在相同的夾層結構，但是使用芳綸材料以及玻璃纖維合成復合材料作為蒙皮，這種天線在傳輸環節反射損耗<0.5dB，透波損耗<0.3dB。

2.5其他領域中的應用

除以上領域的應用，芳綸纖維在復合膜、絕緣繩/桿、斷路器、制動器等電子部件領域中也有廣泛應用。例如：在500kV輸電線路中，使用芳綸材料制作成的絕緣繩代替絕緣吊桿當承力工具，利用絕緣繩連接絲桿，有利于促使安全系數在3以上。絕緣桿主要是使用芳綸纖維和滌綸纖維相互纏繞方式組成的結構，將其置于真空當中，并浸入到環氧樹脂材料中，經固化之后形的。使用過程中具有良好的耐腐蝕性能，質量輕便、強度更高，這種材料絕緣性能良好。在110kV的線路中，使用絕緣桿的操作較為頻繁，其在應用過程機械強度較高，具有良好的動態抗疲勞特征。在電器機械的制造方面，使用芳綸纖維材料可提升部件強度，防止成型換貨表面磨損嚴重，其在電器設備中取代玻璃纖維，芳綸纖維中纖維含量為5%、長度可達6.4mm，拉伸強度為28.5MPa，耐電弧性為192s,抗沖擊強度138.68J/m，因此耐磨損強度更高。

3結束語

總而言之，芳綸材料在電氣絕緣領域以及電子領域中應用廣泛，面臨著應用過程面臨的困難，國家應開展變壓器、輸電設備等工程，促使此類型材料在電氣絕緣中推廣應用，不斷縮小技術應用和國外產品之間的差距。同時還應在電路板、雷達等領域中高效應用，發揮材料性能優勢，促使我國電氣絕緣以及電子領域更好的發展。

參考文獻

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[3]趙會芳.芳綸纖維和芳綸漿粕的結構與芳綸紙特性的相關性研究[D].陜西科技大學,2012.

作者：趙肖斌  姚博煒 單位：上汽通用五菱汽車股份有限公司