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
Materiais Elétricos Isolantes
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:
Materiais Elétricos Isolantes
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.
Materiais Elétricos Isolantes
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.
Materiais Elétricos Isolantes
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.
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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.
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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.
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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
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
Materiais Elétricos Isolantes
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.
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Isolantes Pastosos e Ceras
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
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Isolantes Pastosos e Ceras
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.
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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).
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Isolação dos condutores elétricos Resinas epóxi
-É encontrada na forma de vernizes para impregnação e colagem ou como massa isolante.
-O epóxi tem consistência dura e inflexível.
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Isolação dos condutores elétricos 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.
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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.
Materiais Elétricos Isolantes
Isolação dos condutores elétricos 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.
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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.
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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.
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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;
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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
