Механические свойства диэлектриков

Механические свойства характеризуют способность диэлектрика выдерживать внешние статические и динамические нагрузки без недопустимого изменения первоначальных размеров и формы. Параметры, характеризующие механические свойства, как правило, определяются по стандартным методикам.

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

Значения пределов прочности при растяжении σ_р, сжатии σ_с и изгибе σ_и

В системе СИ выражаются в паскалях (1 Па = 1 Н/м² ≈ 10^-5 кгс/см²).

Для электроизоляционных материалов анизотропного строения (слоистых, волокнистых) значения механической прочности сильно зависят от направления приложения нагрузки. Для некоторых диэлектриков (стекло, керамические материалы, многие пластмассы) предел прочности при сжатии значительно больше, чем при растяжении и мзгибе (в то время как у металлов σ_р, σ_с и σ_и имеют один и тот же порядок).

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

Механическая прочность электроизоляционных материалов сильно зависит от температуры, как правило, уменьшаясь с ее ростом.

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), но исчерпывающих сведений о поведении материала под действием механической нагрузки они не дают.

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.

Хрупкость – способность разрушаться без заметной пластической деформации. Хрупкость зависит от структуры материала и условий испытания; увеличивается при увеличении скорости нагружения и при понижении 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) условиями.

У керамики предел упругости и предел прочности при статическом растяжении практически совпадают, а у металлов перед разрушением обнаруживается пластическое течение.

Распространенный прием для оценки способности материала выдерживать динамические нагрузки (хрупкости материала) – испытание на ударный изгиб (определение ударной вязкости). Ударная вязкость σ_уд материала – это затраченная на излом образца энергия W, отнесенная к площади поперечного сечения образца S. Ударная вязкость в системе СИ измеряется в Дж/м²≈10^-3 кгс. см/см²).

Очень высокой ударной вязкостью обладает полиэтилен, у которого σ_уд превышает 100 кДж/м², для керамических материалов и микалекса σ_уд составляет всего 2-5 кДж/м².

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 ή, называемой коэффициентом динамической вязкости, или коэффициентом внутреннего трения. Вязкость входит в законы гидродинамики, например закон Пуазейля – истечения вязких жидкостей через капиллярные трубки, закон Стокса – движение шарика в вязкой среде под действием небольшой постоянной силы.

Динамическая вязкость ή в системе СИ измеряется в паскалях, умноженных на секунды, а в системе СГС – в сантипуазах.

1 Па.с = 10 П = 1000 сП

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

ν = ή/ρ

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.