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Materiais Elétricos Isolantes

Isolantes Pastosos e Ceras -As pastas ou ceras usadas eletricamente se caracterizam por um baixo ponto de fusão, baixa resistência mecânica, podendo ter uma estrutura cristalina e baixa higroscopia. Parafina -É o material pastoso mais usado e mais barato. -É obtido do petróleo e, uma parafina de qualidade, tem aparência clara, livre de bolhas, de ácidos e outras impurezas.

Prof. Msc. Getúlio Tateoki


Isolantes Pastosos e Ceras Parafina -A constante dielétrica ξ (kse) se reduz com o aumento de temperatura, tendo seu valor bruscamente alterado quando se liquefaz. -É repelente à água, mantendo elevada a sua rigidez elétrica e a resistividade superficial e transversal, o que o recomenda como material de recobrimento de outros isolantes. -A baixa estabilidade térmica – baixo ponto de fusão – é uma vantagem e desvantagem: Prof. Msc. Getúlio Tateoki


Isolantes Pastosos e Ceras Parafina -Há necessidade de pouco calor para a liquefação em processos de impregnação ou recobrimento, facilitando sua aplicação; -Essa mesma propriedade limita seu uso aos casos em que o aquecimento do componente se mantém a níveis baixos. -Esta última condição só é encontrada, praticamente, em componentes de baixas perdas Joule onde as correntes circulantes são muito baixas, ou seja, em componentes eletrônicos.



Isolantes Pastosos e Ceras Parafina -A característica de repelência à água, muito importante para componentes elétricos usados ao tempo, não pode ser resolvida com a parafina. -A parafina é solúvel em óleos minerais, gasolina e benzol, sendo insensível à água e álcoois. Pasta de Silicone -Tem a estrutura molecular semelhante à dos óleos de silicone e, basicamente, as mesmas propriedades.



Isolantes Pastosos e Ceras Pasta de Silicone -As pastas são mais empregadas com finalidades lubrificantes do que elétricas, quando recebem pó de grafite para melhorar suas características antifricção. -São usadas eletricamente em peças de contato, em articulações condutoras e como recobrimento de partes isolantes expostas, que devem manter elevada resistividade superficial, prevalecendo neste caso sua característica de ser repelente à água.



Isolantes Pastosos e Ceras Resinas -Um verniz aplicado na forma líquida se solidifica durante o processo de aplicação, ficando no estado sólido em sua forma final. -Portanto, o verniz não é propriamente um isolante líquido, apesar de ser comercializado neste estado físico. -Um verniz é composto de um solvente e uma matéria prima capaz de formar uma película, ou um filme, geralmente na forma de uma resina.



Isolantes Pastosos e Ceras Resinas -Quando um solvente é aplicado a uma resina, ocorre a dissolução da resina, ficando as moléculas do solvente retidas pela resina. -Este processo faz com que a resina torne-se mais maleável, devido ao “afofamento molecular”. -Define-se resina como uma família muito grande de matérias primas que, apesar de origens e características diferentes, possuem composição química ou propriedades físicas muito semelhantes.



Isolantes Pastosos e Ceras Resinas -São de estrutura molecular complexa e elevado grau de polimerização. -A baixas temperaturas as resinas são massas vitrificadas, amorfas. -As resinas podem ser classificadas como naturais e sintéticas. -Resinas naturais são de origem animal ou vegetal e são obtidas através de processos simples de purificação.



Isolantes Pastosos e Ceras Resinas -Resinas sintéticas, existentes em número maior e sempre crescente, são obtidas através de complexos processos químicos, reunindo diversas matérias primas. -Neste grupo destacam-se as resinas polimerizadas (formadas por matérias de baixo peso molecular), as condensadas (resultantes de policondensação, que é um processo de crescimento das moléculas com eliminação das matérias elementares) e as à base de celulose ( a celulose é industrialmente ligada a ésteres e éteres, formando cadeias de elevado peso molecular).



Isolantes Pastosos e Ceras Resinas -No grupo das resinas polimerizadas destacam-se os etilenos e seus derivados, como polietileno, o polistirol e o cloreto de polivinila. -No grupo das condensadas, bastante numerosas, temos o grupo dos fenolformaldeidos, a resina gliptal, o poiamido, e outros. -Da resinas à base de celulose destacam-se nitrocelulose, a acetilcelulose, e etilcelulose e outras.



Isolantes Pastosos e Ceras Resinas -As resinas são classificadas como termofixas (termoestáveis) ou termo plásticas. -Esta classificação vem da produção fundamental dos plásticos: -Uma resina, juntamente com outras matérias primas, é aquecida até sua plastificação, estado em que é colocada em moldes que darão a forma desejada ao produto, sendo posteriormente esfriada até a temperatura ambiente, apresentando-se sólida.



Isolantes Pastosos e Ceras Resinas -Ambos os tipos, termofixos e termoplásticos, têm comportamento parecido até este ponto. -Se, após a solidificação, aplicarmos novamente a temperatura de plastificação a ambas as resinas, notaremos que a resina termoplástica novamente se amolece, enquanto a termofixa se mantém sólida. -Continuando a aquecer a termofixa, atingiremos uma mudança do seu estado apenas a temperaturas bem mais elevadas, na qual se carboniza sem amolecer.



Isolantes Pastosos e Ceras Resinas -De forma geral, as resinas polimerizadas pertencem ao grupo das termoplásticas, sendo que as condensadas podem ser termofixas ou termoplásticas. -As resinas originadas da celulose são termoplásticas. -A moderna tecnologia tem criado, e vêm criando continuamente, uma quantidade muito grande de novas resinas, particularmente as sintéticas.



Isolantes Pastosos e Ceras Resinas -Por tal motivo serão apresentadas a seguir algumas das resinas mais conhecidas. Resinas naturais -Foram empregadas durante muitos anos, com bom resultados, mas vêm sendo substituídas pelas sintéticas que apresentam melhores características. -Entre as naturais destacaremos apenas duas: Goma-laca e Copal.



Isolantes Pastosos e Ceras Resinas naturais: Goma -Laca -É uma resina de origem natural presente nos resíduos de insetos tropicais sobre os galhos de árvores de onde é recolhida e purificada por fusão e filtragem. -No estado sólido apresenta-se em forma de pequenas lâminas (lamelas, sendo bastante quebradiça e de coloração amarelada, avermelhada ou marrom. -É uma resina facilmente solúvel em álcool, caracteriza-se por sua alta aderência a outros isolamentos, como a mica, o vidro, a madeira e certos metais.



Isolantes Pastosos e Ceras Resinas naturais: Goma -Laca -Amolece a 50-60°C e se liquefaz a temperaturas mais elevadas, as quais se aplicadas por muito tempo, tornam a goma-laca rígida e insolúvel, sendo quanto maior a temperatura, menor será o tempo de endurecimento. -A goma-laca, portanto, pertence ao grupo dos termofixos.



Isolantes Pastosos e Ceras

Resinas naturais: Copal

-É uma resina de origem vegetal, obtida de certas árvores e possui elevado ponto de fusão, tem elevada dureza e se dissolve com dificuldade.

-Os copais são empregados como aditivos de outras resinas para torná-las mais rígidas, principalmente quando estas são de cobertura.




Resinas Sintéticas Polimerizadas

-O radical químico básico das resinas sintéticas é o etileno, formando polímeros de cadeias lineares.

-Possuem derivados com comportamento polar e não-polar.

-Entre os polares destaca-se o cloreto de polivinila (PVC), usado em grande escala como isolamento de condutores elétricos.




Resinas Sintéticas Polimerizadas

-Alguns exemplos dos não polares são o polietileno, o poliisobutileno, o polistirol e o politetrafluoretileno.

-Têm um uso em equipamentos e materiais de baixa, média e alta tensão.



Isolação dos condutores elétricos Histórico -Os primeiros cabos isolados que se tem notícia datam de 1795, utilizados em uma linha telegráfica na Espanha e eram isolados em papel. -Seguiram-se os condutores cobertos por guta percha (uma planta nativa da Índia), os cabos em papel impregnado em óleo, os cabos em borracha natural (início do século XX), em borracha sintética (EPR) e PVC (ambos logo após Segunda Guerra Mundial).



Isolação dos condutores elétricos Histórico -Embora possuíssem excelentes características isolantes, os cabos isolados em papel foram perdendo aplicações ao longo do tempo, principalmente devido à dificuldade de manuseio durante a sua instalação, sobretudo instalação de emendas e terminações. -Isso propiciou a população dos cabos com isolações sólidas, tais como o PVC.



Isolação dos condutores elétricos PVC- cloreto de polivinila -É o resultado de polimerização de cloreto de vinila, cuja molécula de um átomo de hidrogênio foi substituído por um de cloro, o que faz com que o comportamento dessa resina seja polar. -A umidade influi apenas sobre os valores de resistividade superficial não afetando sua rigidez dielétrica e os valores de tg δ variam com a temperatura. -O PVC é resistente a ácidos diluídos, álcool, gasolina e óleos.



Isolação dos condutores elétricos Poliestireno -É uma das resinas não polares mais usadas. -Sua higroscopia é muito pequena, é resistente à ação de um grande número de produtos químicos e tem elasticidade acima da média dos demais produtos deste grupo, o que é muito importante para a isolação de cabos (polietireno reticulado: XLPE e etileno-propileno:EPR), por exemplo.



Isolação dos condutores elétricos Polistirol -É um polímero do estirol obtido mediante destilação do carvão mineral ou por via sintética. -É um líquido leve e incolor, de fácil polimerização, que se transforma lentamente em massa sólida transparente, mesmo na ausência de catalisadores, luz ou calor. -Seus valores de tg δ variam muito pouco com a temperatura.



Isolação dos condutores elétricos

Polistirol

-O polistirol não é higroscópico e é recomendado para uso na área de altas frequências.

-Esta resina é encontrada na forma de vernizes e filmes, como principal desvantagem à baixa temperatura de serviço que está entre 50 e 80°C, dependendo do seu peso molecular.



Isolação dos condutores elétricos Resinas sintéticas condensadas -Neste grupo destaca-se a baquelite, que é termofixo de alta estabilidade mecânica, dura, pouco elástica e apresenta elevada resistência contra a ação da água. -Apresenta entretanto resistência superficial relativamente baixa, podendo permitir a formação de descargas superficiais. -É utilizada como matéria prima de acessórios e peças isolantes de baixa tensão.



Isolação dos condutores elétricos Resinas epóxi -São produtos obtidos da condensação, em solução alcalina, do fenol, benzol e epicloridina, e pode ter diversas formas e aparências: líquida ou sólida, transparente ou opaca; tem ponto de fusão entre 50° e 160°C. -Através da adição de aditivos endurecedores podem ser endurecidas a quente ou frio. -A resina epóxi apresenta elevada aderência a outros materiais sólidos, é inodora, não tem suas características alteradas até 130°C , tem pouquíssima higroscopia e bom comportamento contra ataques químicos.




Resinas epóxi

-É encontrada na forma de vernizes para impregnação e colagem ou como massa isolante.

-O epóxi tem consistência dura e inflexível.




Ésteres ou éteres de celulose

-São resinas termoplásticas com um ponto de fusão entre 50 e 70°C, são solúveis em solvente orgânicos, apresentam menor higroscopia que a celulose pura e são muito usadas em vernizes, massas plásticas de injeção, filmes e fibras.



Isolação dos condutores elétricos Vernizes -São produtos resultantes da dissolução de resinas por um solvente, sendo este último eliminado na fase final do processo de aplicação do verniz. -Os vernizes, na sua forma final, mantêm as propriedades da resina e são classificados em três grupos: vernizes de impregnação, vernizes de colagem e vernizes de recobrimento.




Vernizes

-Os vernizes de impregnação são geralmente aplicados em papeis, tecidos, cerâmicas porosas e materiais assemelhados.

-Têm a função de preencher os vazios deixados internamente a um material, com um isolante de qualidade e características adequadas, evitando a umidade.



Isolação dos condutores elétricos Vernizes -Estes vernizes ainda têm a propriedade de elevar a condutividade térmica e a rigidez dielétrica do isolante impregnado, melhorando também suas características mecânicas (a complementação dos vazios por um material sólido, faz com que haja uma transferência das tensões mecânicas para toda a seção onde o verniz foi aplicado, reduzindo a concentração dos esforços). -Os vernizes de recobrimento destinam-se a formar sobre o material sólido de base, uma camada de elevada resistência mecânica, lisa e à prova de umidade.



Isolação dos condutores elétricos Vernizes -Uma de suas principais aplicações está na cobertura de seu uso em isolantes porosos ou fibrosos, estes vernizes conferem ao isolante uma maior resistência superficial de descarga e por consequência eleva a tensão de descarga externa. -A elevação da resistência à penetração de umidade, não estará garantida se o isolante não sofreu anteriormente o processo de impregnação, pois, qualquer fissura ou recomendação da camada de verniz de recobrimento pode comprometer o isolamento.



Isolação dos condutores elétricos Vernizes -Isolantes recobertos de verniz dificultam a deposição de poeiras e facilitam a limpeza da peça. -Os vernizes de colagem são utilizados quando há necessidade de colar entre as porções de isolantes sólidos, que normalmente não são encontrados ou fabricados na forma compacta. -Dois materiais que requerem o uso de vernizes de colagem podem aqui ser citados: a mica, que quando purificada desmancha-se em pequenas lâminas, sem possibilidade de se formar um corpo com dimensões fixas e definidas;



Isolação dos condutores elétricos Vernizes -Outro exemplo é a fibras de vidro que são lisas, não sendo industrialmente possível atingir, sem o uso de vernizes, a necessária consistência para que possam ser usadas tecnicamente como isolantes na área elétrica. -Os vernizes de colagem também têm baixa higroscopia e boas características isolantes e são bastante empregados para a fixação de isolantes sobre metais. Massas Compostas -O uso de massas compostas se justifica quando é necessário criar um volume de material isolante maior do que uma película ou para uma impregnação.


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