Vật liệu cách điện là gì? Tính chất và công dụng kèm theo ví dụ

Vật liệu cách điện là gì? Có tính chất ra sao? Công dụng của loại vật liệu này trong thực tiễn như thế nào? Có thể trong cuộc sống chúng ta đã tiếp xúc, sử dụng rất nhiều vật dụng chế tạo từ vật liệu cách điện mà chưa có khái niệm cụ thể. Trong bài viết dưới đây, Vankhinen-THP xin giải đáp mọi thắc mắc liên quan đến loại vật liệu này.

Vật liệu cách điện là gì?

Vật liệu cách điện là vật liệu có tính dẫn điện kém, điện trở suất cao hơn dòng điện. Hay chúng ta có thể hiểu vật liệu cách điện là những vật liệu ngăn cách dòng điện, không cho phép dòng điện đi qua chúng. Một số vật liệu cách điện phổ biến, thường được ứng dụng trong thực tiễn đó là: gốm, nhựa, cao su,…

Tính chất của vật liệu cách điện

Tính chất của vật dụng cách điện bao gồm các tính chất sau:

• Tính hút ẩm

Các loại vật liệu cách điện đều có khả năng hút ẩm và thẩm thấu, nói cách khác chính là hút hơi nước từ không khí và cho hơi nước xuyên qua. Tuy nhiên khả năng hút ẩm phụ thuộc vào kết cấu, loại vật liệu và nhiệt độ, áp suất, độ ẩm của môi trường.

Về cơ bản, tính hút ẩm của vật liệu sẽ làm biến đổi, lão hóa hay phá hỏng tính cách điện đối với các loại vật liệu, đặc biệt là vật liệu ở thể rắn. Do đó để hạn chế nguy hại từ hơi ẩm đối với vật liệu thì nên sử dụng các biện pháp:

– Sấy khô, sấy chân không để giúp hơi ẩm thoát ra ngoài.

– Sơn phủ đầy lỗ trên vật liệu xốp bằng sơn cách điện để giúp hơi ẩm thoát ra ngoài.

– Ngăn chặn hơi ẩm lọt vào bên trong vật cách điện bằng cách quét lên bề mặt vật rắn các lớp sơn phủ để giúp làm kín.

– Vệ sinh thường xuyên bề mặt của vật liệu cách điện, tránh bụi bẩn bám vào làm tăng khả năng thẩm thấu và có thể gây phóng điện trên bề mặt.

• Tính chất cơ học

Hầu hết các loại vật liệu cách điện đều có khả năng chống va đập, độ rắn, độ giãn nở tương đối tốt. Do đó, khi gắn các loại vật liệu này với nhau thì cần phải chọn loại có hệ số giãn nở nhiệt gần bằng nhau để đảm bảo an toàn tuyệt đối.

• Tính chịu nhiệt

Theo phân tích, mỗi loại vật liệu cách điện sẽ có khả năng chịu tác dụng của một nhiệt độ nhất định. Đối với vật cách điện vô cơ thì tính chịu nhiệt được biểu thị bằng nhiệt độ và sẽ có sự biến đổi về tính cách điện như điện trở giảm. Đối với vật liệu hữu cơ thì tính chịu nhiệt là nhiệt độ gây nên những biến đổi dạng cơ học tương đương với sự suy giảm phẩm chất cách điện.

• Tính chất hóa học

Về mặt hóa học, khi nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng hóa học trong vật liệu cách điện cũng sẽ tăng. Khi nhiệt độ tăng quá mức cho phép thì sự giảm sút tính cách điện của vật liệu gia tăng mạnh.

>>> Tham khảo: Dòng điện là gì? Tác hại của dòng điện lên cơ thể người?

Công dụng của vật liệu cách điện

Hiện nay, điện là nguồn năng lượng rất cần thiết trong đời sống cũng như sản xuất của xã hội. Nhưng điện cũng có thể là nguồn nguy hại lớn đối với sức khỏe, tính mạng, cũng như tài sản của chúng ta. Vì vậy, các vật liệu cách điện cũng được sử dụng phổ biến cùng với mức phổ biến của điện. Những vật liệu cách điện được sử dụng nhiều nhất để làm vỏ bọc cho các thiết bị điện nhằm đảm bảo an toàn cho người dùng.

Ngoài ra, một số vật cách điện còn được dùng để bảo vệ môi trường làm việc đảm bảo an toàn khi sử dụng chất cách điện ở thể lỏng/khí. Cụ thể, công dụng của vật liệu cách điện như sau:

• Ngăn chặn sự cố gây giật điện cho con người, bảo vệ tính mạng và sức khỏe của người dùng.
• Hạn chế sự cố hỏng hóc, chập cháy điện khi các dòng điện tiếp xúc với nhau hoặc bị hở.
• Ngăn chặn các tai nạn cháy nổ do chập điện gây ra.
• Sản xuất các bộ phận cách điện của thiết bị ngành điện, vật dụng cách điện trong trang bị bảo hộ
• Thiết kế vật liệu đa dạng nên thích hợp dùng để sản xuất thiết bị điện.
• Một số vật liệu cách điện còn giúp chống ồn, cách nhiệt rất tốt.

Việc sử dụng vật dụng cách điện mang đến rất nhiều công dụng hữu ích trong đảm bảo an toàn khi sử dụng các thiết bị điện.

Phân loại vật liệu cách điện

Vật liệu cách điện thể rắn

Vật liệu cách điện ở thể rắn được biết đến là những loại vật liệu có hằng số điện môi cao. Các loại vật liệu ở thế rắn thường được phân loại thành từng nhóm cụ thể:

• Chất cách điện hữu cơ thiên nhiên: Lụa, vải, giấy.
• Chất cách điện vô cơ: Xi măng, cát, đá, sợi thủy tinh, mica.
• Chất dẻo tổng hợp: Cao su, nhựa (tổng hợp).
• Men, sơn cách điện.

Trong những loại kể trên thì mica được đánh giá là loại vật liệu cách điện tốt nhất. Tuy nhiên, vật dụng cách điện được sử dụng nhiều lại là sợi thủy tinh, vải, giấy bởi chi phí đầu tư thấp.

Vật liệu cách điện thể lỏng

Các loại vật liệu cách điện thể lỏng như dầu biến thế, dầu cáp đặc, dầu mỏ, dầu silicon, thường được sử dụng phổ biến để làm vật dụng cách điện và làm mát. Ngoài ra, các chất cách điện thể lỏng là chất điện môi có các đặc trưng như độ thẩm điện môi, điện trở suất, tổn hao điện môi và độ bền điện môi được quan tâm trong quá trình chế tạo các thiết bị cách điện.

Vật liệu cách điện thể khí

Thông thường, cách điện thể khí được kết hợp với vật liệu cách điện ở thể rắn hoặc lỏng để nâng cao hiệu quả tốt nhất. Một số loại vật dụng cách điện thể khí có hiệu quả cao như khí cách điện 3M Novec, khí SF6. Những vật liệu này có ưu điểm nổi bật là có sẵn trong tự nhiên, không có mùi, không vị và gần như không gây độc hại cho các thiết bị điện sử dụng như đồng, thép.

>>> Tham khảo: vật liệu dẫn điện là gì?

Các vật liệu cách điện thông dụng hiện nay

Mica

Khi nhắc đến vật liệu cách điện, không thể không nhắc đến mica. Đây là loại vật liệu được sử dụng để cách điện trong môi trường có nhiệt độ cao. Tính năng dẫn nhiệt nên phù hợp để làm vỏ dẫn điện hoặc bóng bán dẫn tản nhiệt. Mica cũng được sử dụng khá phổ biến để làm chất liệu trong các tụ điện với khả năng cách điện rất tốt.

Thủy tinh

Thủy tinh cũng được biết đến là vật liệu cách điện hiệu quả. Đặc biệt, theo các nghiên cứu khoa học thì thủy tinh còn có điện trở suất lớn hơn nhựa nên giúp cách điện tốt hơn. Thường được sử dụng để cách điện cho những không gian rộng. Do đó, thủy tinh được dùng chủ yếu trong xây dựng các tòa nhà hoặc hồ chứa.

Gỗ

Gỗ cũng là một vật liệu cách điện tốt và được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày. Gỗ được ứng dụng trên một số loại đồ vật dùng trong cuộc sống.

Nhựa

Nhựa được đánh giá là vật liệu cách điện phổ biến nhất hiện nay.  Nguyên nhân là do nhựa khá đa dạng về kiểu dáng thiết kế, chi phí rẻ, độ bền cao, dễ dàng sản xuất. Đặc biệt, nhựa có khả năng cách điện rất tốt.

Một số loại nhựa sử dụng phổ biến nhất hiện nay là: Cresyn Phthalate, nhựa PVC, DEHP, Nylon. Nhựa cũng là vật liệu được dùng nhiều nhất để sản xuất vỏ của các thiết bị điện với yêu cầu cách điện tốt, đảm bảo an toàn khi sử dụng.

Đất sét

Đất sét là loại vật liệu được sử dụng để chế tạo đồ vật như sứ, gốm để, bát. Những đồ vật này có khả năng cách điện rất tốt.

Cao su

Cao su cũng được biết là một loại vật liệu cách điện có độ bền cơ học cao. Ngoài ra, cao su cũng có những đặc điểm nổi bật như khả năng chịu được nhiệt độ thấp hoặc cao, không bị hòa tan trong nước.

Do đó, cao su được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghiệp, giao thông, xây dựng. Trong lĩnh vực thiết bị điện thì cao su được dùng để làm các lớp cách điện: thảm cao su, ủng cao su cách điện, găng tay cách điện.

Ví dụ vật dụng cách điện trong cuộc sống

Vật liệu cách điện có vai trò đặc biệt quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong đời sống nhằm đảm bảo an toàn cho người dùng. Một số ví dụ cụ thể về vật dụng cách điện trong cuộc sống như sau:

• Cách điện cho đường truyền và cáp

Vật liệu cách điện được sử dụng để làm lớp phủ bảo vệ trên dây dẫn điện và cáp. Các lõi cáp chạm vào nhau nên thường được tách ra và cách điện bằng các lớp cách điện trên mỗi lõi.

• Cách điện cho hệ thống điện tử

Các thiết bị và dụng cụ điện tử đều có chứa PCB (bảng mạch in) với các thành phần điện tử khác nhau trên chúng. PCB được làm từ epoxy và sợi thủy tinh. Tất cả các thành phần điện tử cố định trên bảng PCB cách điện. Trong SCR (bộ chỉnh lưu bán dẫn), bóng bán dẫn, mạch tích hợp thì vật liệu silicon được sử dụng để làm vật liệu dẫn điện và có thể chuyển đổi thành vật liệu cách điện bằng việc sử dụng quy trình nhiệt và oxy.

• Cách điện trong hệ thống năng lượng

Dầu máy biến áp được dùng như một chất cách điện để ngăn chặn hồ quang trong máy biến áp, chất ổn định, bộ ngắt mạch. Dầu cách điện có khả năng chịu các đặc tính cách điện đến điện áp sự cố điện quy định.

– Chân không, khí (lưu huỳnh hexafluoride), dây gốm hoặc thủy tinh là những vật dụng cách điện khác trong hệ thống điện áp cao. Máy biến áp nhỏ, máy phát điện và động cơ điện đều chứa lớp cách điện trên cuộn dây bằng phương pháp vecni polymer. Băng cách điện sợi thủy tinh cũng sử dụng như một dải phân cách cuộn dây.

• Các thiết bị điện cầm tay trong nước

Tất cả các thiết bị điện cầm tay được cách điện giúp người dùng tránh khỏi nguy cơ sốc điện.

Lớp cách điện loại 1 chứa lớp cách điện cơ bản trên dây và thân kim loại được nối đất trên hệ thống nối đất chính. Chốt thứ ba trên phích cắm điện dành cho kết nối nối đất.

Lớp cách điện loại 2 biểu thị thiết bị có “cách điện kép”. Tất cả thành phần điện bên trong được bao bọc hoàn toàn trong một chất cách điện. Điều này giúp ngăn chặn thiếu hụt với các bộ phận dẫn điện.

Các sản phẩm Nanoprotech là chất cách điện có thể giúp cách điện thiết bị trong môi trường nước.

Trên đây là những thông tin cơ bản về vật liệu cách điện, tính chất và những ví dụ về ứng dụng của vật dụng cách điện trong cuộc sống. Vankhinen-THP hy vọng rằng bài viết trên sẽ giúp bạn đọc bổ sung thêm kiến thức. Nếu có thắc mắc nào, hãy để lại bình luận phía dưới, chúng tôi sẽ giải đáp trong thời gian sớm nhất.

Vankhinen-THP chuyên phân phối các dòng van công nghiệp điều khiển tự động bằng điện, ví dụ: Van bi điều khiển điện, van bướm điều khiển điện, van cầu điều khiển điện, van cổng điện, van điện từ. Quý Vị có thể tham khảo thêm những sản phẩm này của chúng tôi khi có nhu cầu.