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Mica – Material No Conductor Aislante

Se conocen con el nombre genérico de micas, ciertos minerales cuya composición química y propiedades mecánicas, caloríficas y eléctricas son muy variables, en general son compuestos de sílice, aluminato de potasio, hierro y magnesio, que se caracterizan por poder subdividirse en hojas o láminas flexibles que pueden llegar a tener hasta 0,005mm de espesor. La mica es uno de los materiales más aptos para ser usados como aislante o dieléctrico, no sólo por sus propiedades eléctricas (constante dieléctricas εr entre 5 y 8; tensión de perforación aproximadamente 1000KV/cm) sino también por su inercia química, su inhigroscopicidad, su resistencia mecánica y especialmente por su resistencia a la acción del calor.

mica aislante transistores

Es interesante destacar que conviene evitar el contrato de la mica con los aceites aislantes pues el aceite penetra entre las láminas de la mica tendiendo a reducir la adherencia entre ellas y por consiguiente desintegrándola.

  • Micanita: La micanita es un aislante compuesto de láminas muy delgadas de mica, superpuestas y encoladas constituyendo grandes planchas de un cierto espesor. El barniz empleado para encolarlas fue durante mucho tiempo una solución de goma laca con alcohol, ahora se emplea resina gliftal. También puede esparcirse la cola bajo la forma de polvo finísimo, sobre láminas, a medida que se van superponiendo, obteniéndose su fusión en caliente. Las resinas de siliconas son también empleadas en el encolado de micanitas, cuando se quiere mantener el aislamiento a temperaturas de 200ºC.
  • Micalex: Para la fabricación de micalex se emplean recortes de mica triturados hasta obtener laminas muy pequeñas. Estas se mezclan con un vidrio fácilmente fusible, un borosilicato (Vidrio formado por anhídrido bórico y sílice, usado para la fabricación de objetos de cocina instrumentos de óptica), mezclado con borato de plomo, la mezcla se comprime en prensa según la forma deseada y se lleva a la temperatura de 700°C aproximadamente; al enfriarse se obtiene una masa compacta, dura de color gris claro, que resulta un óptimo aislante incluso para RF y temperatura de 500ºC.

Mas información en “Breve Descripción de Materiales No Conductores Electricos, Aislantes y Dieléctricos

Ref: Apunte de clase. Tecnologia Electronica. UTN FRC

Barnices – Material No Conductor Electrico

Se denominan barnices aislantes a base de aceites a aquellos que tiene en su composición un porcentaje grande de aceites vegetales. Se utilizan ampliamente ya sea para el barnizado de las telas aislantes como para la impregnación de los arrollamientos de motores, transformadores, etc. Y sirve para proteger el arrollamiento de las solicitaciones mecánicas así como para mejorar el aislamiento.

barniz aislante electrico

Se componen fundamentalmente de resinas, asfaltos, betunes o breas y ceras disueltas en líquidos apropiados, con adición de aceites secantes para acelerar el secado.

Los barnices al aceite son de color amarillo o negro; se secan a en el horno, la impregnación es por simple inmersión o en autoclave (recipiente de paredes gruesa y cierre hermético para realizar bajo presión una reacción industrial o la cocción o esterilización al vapor).

Los barnices amarillos tienen una mayor resistencia al aceite que los negros y poseen una mayor rigidez dieléctrica y una mayor resistencia al agua y al envejecimiento. Los barnices secados al aire son menos elásticos, pero más adhesivos; los secados al horno tienen una mayor elasticidad y resistencia al aceite y al calor.

Las materias primas necesarias para la producción de barnices aislantes son: Aceites secantes, resinas, betún, secantes y disolventes. Las resinas pueden ser naturales o sintéticas. Las resinas naturales son en su mayor parte, de origen fósil, provenientes de la secreción de plantas resinosas. Se denominan a veces según la región de procedencia (Copal, Kauri, Manila, Dammar, Zanzíbar, etc.). Estas resinas son cocidas durante un cierto tiempo a 350ºC, para hacerlas solubles en aceite.

Las resinas sintéticas que se emplean en lugar de las naturales son el Glyptal, la baquelita y las resinas esterificadas (pega griega, desacidificada con glicerina). Para la obtención de barnices negros se emplea betún o sustancias similares.
Con la adición, al aceite cocido de resinas sintéticas se producen barnices con características superiores a la de los barnices fabricados con resinas naturales.

Las resinas del tipo fenol–formaldehído calentadas con aceite secante se combinan con éste provocando una notable polimerización, la cual permite un secado mucho más rápido que el que se puede conseguir con las resinas naturales.

Las resinas alquílicas (gliceroftálica) pueden ser empleadas sin la adición de un aceite secante por que contienen los componentes ácidos de éstos aceites y poseen la propiedad de una notable polimerización.

Otras numerosas resinas sintéticas pueden ser empleadas en la fabricación de barnices (urea–formaldehído, melamina–formaldehído, estireno polivinílico, resinas acrílicas y de siliconas).

Los secantes son compuestos metálicos (linoleatos, ricinoleatos, estearatos de cobalto manganeso, etc.) que se añaden a las oleoresinas para favorecer el secado de la masa, cediendo su oxígeno. Las resinas o los betunes se disuelven en los aceites para constituir los barnices, pero éstos resultan muy viscosos sin la adición de disolventes (benzol, bencina, petróleo, trementina, etc.) que se evaporan completamente durante el secado y no influye en las características del barniz.

Mas información en “Breve Descripción de Materiales No Conductores Electricos, Aislantes y Dieléctricos

Ref: Apunte de clase. Tecnologia Electronica. UTN FRC

Aceites – Material No Conductor

Los aceites son ampliamente usados como aislantes, pueden clasificar en 3 grandes grupos:

aceites aislantes dielectrico

Aceites Minerales

Cuerpos grasos insaponificables (indescomponibles por los ácidos) derivados del petróleo. Los aceites para ser empleados como aislantes deben ser depurados de las sustancias que hacen disminuir su resistencia de aislamiento y rigidez dieléctrica y aumentar el factor de potencia, sustancias que, por otra parte son químicamente alterables y corrosivas.
La constante dieléctrica de los aceites aislantes tiene un valor medio de 2,3; su resistividad de masa es de Ε16 Ωcm, la rigidez dieléctrica de 500KV/cm, y el factor de potencia de 0,001 a 0,005%.

Aceites Sintéticos

A este grupo de aceites aislantes pertenecen algunos hidrocarburos clorados, como los clorodifenilos y los clorobencenos, que han sido estudiados para sustituir los aceites minerales como dieléctricos en los condensadores de papel y en los transformadores. Tiene una constante dieléctrica de 4 a 6, doble que la de los aceites minerales, y una rigidez dieléctrica parecida a la de éstos.
A su notable estabilidad térmica y química se añade su difícil inflamabilidad y la ventaja de ser más estables contra la oxidación y la de no dar lugar bajo la acción del arco a productos inflamables o explosivos (Askarel).
Dado su precio elevado se prefieren a los aceites minerales cuando deben emplearse en transformadores que forman parte de equipos electrónicos, que no deben correr riesgo de incendio o bien en los condensadores, por su elevada constante dieléctrica. En este caso, las reducidas dimensiones del condensador y la pequeña cantidad de material requerido, compensan el superior costo.

Aceites Vegetales

Contrariamente a los aceites minerales, los aceites vegetales tienen la propiedad de secarse por reacción con el oxígeno, el secado es una reacción química.
El mecanismo de la solidificación de los aceites secantes es químicamente complejo: consta de una oxidación y de una polimerización, que tiene lugar simultáneamente.
Estos aceites están constituidos por distintos ácidos orgánicos; los glicéridos, derivados de algunos de estos ácidos (como el linoleico, de aceite de linaza (semilla del lino), y el oleosteárico, del aceite de madera chino), poseen pronunciadas propiedades secantes.
La película obtenida por el secado de una capa de aceite está constituida por una sustancia elástica y gomosa que se endurece con el tiempo, llamada linocina en el caso del aceite de linaza. El aceite de linaza debe ser claro, con densidad, número de yodo y acidez bien determinadas y no debe dejar residuos cuando se calienta a mas de 300ºC.
El aceite de madera chino (Tung–oil) debe tener también características bien determinadas para ser empleados en los barnices. No puede calentarse a temperaturas superiores a 200ºC, y puede solidificarse por completo, aún en capas de cierto espesor, lo que no sucede con el aceite de linaza.


Mas información en “Breve Descripción de Materiales No Conductores Electricos, Aislantes y Dieléctricos

Ref: Apunte de clase. Tecnologia Electronica. UTN FRC

Ceras – Material No Conductor

Las ceras se pueden clasificar en 2 grandes grupos, minerales y sintéticas.

ceras aislante o dielectrico (material no conductor electrico)

Ceras Minerales

  • Parafina: Se obtiene de la destilación fraccionada de algunos petróleos. Tiene un punto de fusión de 44ºC a 88ºC la más blanca funde a mayor temperatura. Es inodora, translúcida y en estado puro, no es untuosa; es soluble en bencina, esencia de trementina y sulfuro de carbono. Tiene una constante dieléctrica de εr=2 a 2,5; una resistividad de masa del orden de 3xΕ12 Ωcm; una resistividad superficial de Ε12 Ω y una rigidez dieléctrica de aproximadamente 400KV/cm. Es empleada para la impregnación del papel de condensadores o para los arrollamientos de transformadores.
  • Ozoquerita (ceresina): Esta cera se encuentra en yacimientos petrolíferos o de carbón fósil. Es de color amarillo o marrón y tiene un punto de fusión de 60ºC a 90ºC; se emplea para la impregnación de los arrollamientos de transformadores de alimentación. Su resistividad de masa es del orden de Ε14 Ω·cm, la rigidez dieléctrica de 5KV/cm. Tratada con ácido sulfúrico, y decolorada con negro animal se obtiene la ceresina, blanca, particularmente antihigroscópica, cuya constante dieléctrica es de εr=2,4.

Ceras Sintéticas

  • Cloronaftalinas: Se obtiene haciendo burbujear cloro seco en naftalina pura fundida variando el tiempo de tratamiento se obtiene diferentes productos en bruto. El producto bruto se destila obteniéndose aceites sintéticos poco clorados, después destilan los productos sintéticos más puros luego los amorfos y queda al final una sustancia pezosa. Es necesario controlar la constancia de las características de los productos obtenidos, especialmente las eléctricas. La constante dieléctrica de las ceras es de aproximadamente εr=6; el factor de potencia de 0,4%, la resistividad de masa de Ε15 Ω·cm y la rigidez dieléctrica de 150KV/cm. La temperatura de fusión va de 84ºC a 138ºC, aumentado en los tipos más clorados. Estas ceras son especialmente adecuadas para la impregnación de los condensadores, resultando ininflamables. No atacan a los metales, son antihigroscópicas, solubles en benzol, bencina, tetracloruro de carbono y acetona. Impregnando con estas ceras los conductores aislados mediante fibras textiles, se impide la formación de mohos y el ataque de insectos. Tipo comerciales de estas ceras son la Halowax americana, la Nibren alemana, la Aroclor inglesa y la Cerital italiana.
  • Ceras glicol: Se obtienen del glicoletileno, un tipo comercial como la Glycera Wax es un estearato de glicol. Son de color blanco o amarillento; funden de 60ºC a 80ºC; son miscibles (que puede formar una mezcla homogénea con otros cuerpos) fundiendolas con ceras, aceites, resinas y betún. Tipos comerciales son la Glyco Wax, la Glycera Wax, el Gliceril estearato.

Mas información en “Breve Descripción de Materiales No Conductores Electricos, Aislantes y Dieléctricos

Ref: Apunte de clase. Tecnologia Electronica. UTN FRC

Resinas Sinteticas – Material No Conductor

Las resinas sintéticas pueden definirse como sustancias sólidas o semisólidas, obtenidas por reacción química de materias primas resinosas y no resinosas y que poseen aspectos y propiedades físicas análogas a las resinas naturales, aunque tengan diferente composición química y también diferente comportamiento respecto a los distintos reactivos.

resinas sinteticas

Existen dos tipos: resinas termofraguantes o termoendurecibles y resinas plásticas.

Resinas Termofraguantes

Bajo la acción combinada del calor y la presión estas resinas polimerizan (reacción que, a partir de moléculas de escasa masa molecular, forma, por enlace de éstas, compuestos de masa molecular elevada) alcanzando un estado irreversible en el que el material se ha endurecido, resultando insoluble e infusible. Durante el estampado se obtiene primero el fenómeno físico de la fusión y luego el químico de la polarización con el consiguiente endurecimiento de la pieza.

Resinas Fenólicas

Son las llamadas resinas fenol–formaldehído, comúnmente denominadas baquelita, nombre derivado del Dr. Leo. H. Backeland que las desarrolló en los años 1908–1912; se obtienen haciendo reaccionar el fenol sobre el formaldehído en presencia de un catalizador ácido o básico. Los diversos tipo de baquelita son:

  • Baquelita A: Es el producto inicial de la condensación, es fusible a 55–60°C; es soluble en solventes comunes: alcohol etílico, glicerina, bencina, acetona, toluol, etc.; tiene el aspecto de masa amorfa, resinosa y fracturas vítreas de color amarillento más o menos claro.
  • Baquelita B: Es un producto intermedio frágil en estado seco, elástico en caliente y parcialmente soluble, capaz de ablandarse con el calor y pasar al estado plástico. Prolongando el calentamiento se pasa a la baquelita C.
  • Baquelita C: Es infusible, insoluble en los solventes ordinarios; inalterable a la acción del agua, del aceite, de los gases, de la irradiación solar y tiene apreciable propiedades mecánicas y eléctricas.
  • Materiales aislantes de papel baquelizado: Se preparan mediante hojas de papel Kraft absorbente 0,06–0,13m/n de elevadas propiedades dieléctricas unidas entre sí mediante la resina. Tienen óptima calidad aislante y buenas características mecánicas también a la temperatura de funcionamiento de las máquinas eléctricas. Poseen buena resistencia a los agentes químicos y se trabajan mediante los procesos comunes en máquinas herramientas. Presentan el inconveniente de carbonizarse fácilmente cuando se expone a la acción de arco eléctrico.
  • Otros laminados fenólicos: Pueden elaborarse en forma similar al método empleado para la obtención de los laminados fenólicos de base papel. Los más comunes son los que se obtienen en base a telas de algodón, amianto y vidrio.

* Base tela de algodón
Se emplean como reemplazante de los laminados base papel en la elaboración de piezas aislantes que necesitan muy buenas propiedades mecánicas a la par de un buen comportamiento eléctrico. Se tienen laminados de trama gruesa y fina, según lo sea el género base.
Se emplean en la fabricación de arandelas, tornillos y tuercas aislantes, tableros, etc. En general piezas que deben ser fresadas, torneadas y/o roscadas.

La rigidez dieléctrica es
¸  Para espesores de 1 – 3mm  →  5 – 7KV/mm
¸  Para espesores de 3 – 5mm  →  4 – 5KV/mm
¸  Para espesores de 5 – 7mm  →  3 – 4KV/mm

Para aplicaciones exclusivamente mecánicas se emplea en la fabricación de engranajes silenciosos, cojinetes, etc.

* Base tela amianto
Se emplea donde hay compromisos desde el punto de vista térmico y eléctrico. Posee una temperatura de funcionamiento permanente de 150°C.

¸  Peso específico   →  1,6gr/cm3
¸  Resistencia a la tracción  →  550K/cm2
¸  Tensión de ensayo sin perforar en volts

Denominación comercial de los laminados fenólico

Base papel: Celonite – Pertinax – Electroplast – Celisol – Micarta (base papel) – Triemme – Fórmica – etc.
Base tela algodón: Celotex – Fibroido – Celerón – Textolite – Micarta.

Aminoresinas

A las aminoresinas o aminoplásticos pertenecen las resinas de condensación de la urea con el formaldehído y de la melamina con el formaldehído, también termoendurecidas. Ambas poseen, respecto a las resinas fenólicas, una mayor resistencia al arco eléctrico.

  • Resinas Epoxídicas: Son resinas de condensación (etoxilínicas que se hallan en el comercio en forma líquida o pastosa). Agregando a la resina un endurecedor adecuado, una amina (compuesto derivado del amoníaco) polivalente, se obtiene una masa dura, transparente, sin la aplicación de presión ni la producción de sustancias volátiles como en las otras resinas termoendurecidas. Una vez añadido el endurecedor, la mezcla puede ser empleada durante cierto tiempo, algunas horas, antes de que se endurezca. La mezcla se funde en un molde adecuado, tanto para obtener piezas estampadas como para encapsular circuitos eléctricos; para que no se adhiera la resina condensada al molde, se unta la superficie interna de éste con cera de silicona. Las resinas epoxídicas poseen, en efecto, una elevada adherencia con los metales, el vidrio y los materiales cerámicos. Aumentando la temperatura en el molde se reduce el tiempo necesario para la condensación, que varía según el tipo de endurecedor empleado. En algunos casos se añaden a la resina distintos rellenos como mica, sílice o talco pulverizado. Los nombres comerciales de las resinas epoxídicas son: Araldit y Epicot, Poxipol.

Resinas Termoplásticas

Bajo la acción de la presión y la temperatura asumen la forma deseada, pero no alcanzan un estado de endurecimiento irreversible. Durante el estampado se obtiene solo el fenómeno físico de la fusión, por lo tanto para endurecer el material estampado y retirar el mismo de la estampa debe ser completamente enfriado. Estas resinas no manifiestan ningún fenómeno químico. Algunas son:

  • Polietilen: El polietileno o politeno se obtiene por la polimerización del gas etileno a la temperatura de 200ºC y muy elevada presión. Es un material flexible, algo elástico, semiopalino, empleado especialmente en la construcción de cables para RF y líneas bifilares. A 115ºC el material pasa a ser completamente pastoso; si se enfría rápidamente, resulta mucho mas flexible. Es muy resistente a las deformaciones y a las grietas hasta los 70ºC. A temperaturas mas elevadas se tiene una oxidación del material y un aumento en el valor del factor de potencia. Los rayos ultravioletas favorecen la oxidación a la temperatura ambiente con el consiguiente agrietado del material. Para proteger a los cables expuestos a la intemperie se agregan al material pequeñas cantidades de antioxidantes o bien se recubren los cables con una capa de dieléctrico mas resistente. Nombres comerciales de esta resina son también Alkatene, Hostalén, y Marlex.
  • Poliestireno: Es una resina dura, amorfa, transparente, que a 100ºC se transforma en blanda y elástica como el caucho. Sus excelentes cualidades eléctricas son debidas a no tener una estructura molecular polar. Es soluble en benceno, constituyendo un barniz adecuado para las bobinas de RF. A veces se le agrega un relleno como polvo de mica o de sílice, que hace aumentar el valor de la constante dieléctrica y la temperatura de reblandecimiento; generalmente las piezas moldeadas tienen una transparencia similar al vidrio. Nombres comerciales son también: Stiroflex y Trolitul.
  • Polivinilo: Esta resina, obtenida por polimerización de polivinilo (polímero obtenido a partir del cloruro y del acetato de vinilo) , tiene un  aspecto y consistencia similar al cuero. Es soluble en bencina; la  máxima temperatura a la que puede someterse sin deformarse es de 60ºC. Sus características eléctricas son netamente inferiores a las de las dos clases descriptas anteriormente, debido a que sus moléculas son polares. Estas resinas se indican mediante la sigla PVC.
  • Resinas Acrílica: Hay otros tipos de resinas derivadas del vinilo, con características muy útiles para aplicaciones especiales. Son las resinas acrílicas (metacrilato de polimetilo), producto perfectamente transparente, con aspecto de vidrio. Esta resina se encuentra en el comercio bajo la forma de planchas o barras que pueden ser moldeadas a la temperatura de 170ºC; presentan buenas características eléctricas, una notable resistencia al arco eléctrico y no se agrietan con el tiempo. Nombres comerciales de estas resinas son: Perspex, Plexiglas, Lusite y Diacon.
  • Politetrafluoretileno: Resina sintética blanca, que experimente a 327ºC una notable variación de densidad. Mantiene inalterables sus características para todas las temperaturas del intervalo entre –100ºC y 250ºC. No es soluble en los disolventes y es difícil de trabajar por estampado o extrusión. Posee características eléctricas óptimas dada su naturaleza no polar, que resultan fácilmente alteradas si las piezas moldeadas son porosas (tienen lugar ionizaciones en las cavidades, que limitan la máxima tensión aplicable, y la absorción superficial de humedad hace aumentar el factor de potencia). Nombres comerciales son: PTFE (sigla correspondiente a su nombre), Teflón, Fluón.
  • Tereftalato de Polietileno: Resina obtenida por la condensación del glicoletileno y del ácido tereftálico; funde a unos 250ºC y conserva sus características mecánicas desde –20ºC a 80ºC. Se emplea especialmente bajo la forma de película de algunas micras de espesor, que resulta mucho mas resistente mecánicamente que cualquier otro tipo de película de igual espesor. Puede trabajar hasta 150ºC y es resistente a muchos disolvente y a los aceites (hidrocarburos y clorodifenilos). Las moléculas de esta resina tienen una estructura polar y sus características eléctricas varían notablemente con la temperatura y la frecuencia. A frecuencias bajas su constante dieléctrica es comparable a la del papel, a frecuencias altas se aproxima a la del poliestireno. Nombres comerciales de esta resina son: Terylene, Mylar, Melinex y Montivel.

 

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