Vật liệu cách điện

Điện đóng vai trò quan trọng trong đời sống sinh hoạt hàng ngày và ngay cả trong các hoạt động sản xuất công nghiệp. Mặc dù điện mang lại rất nhiều lợi ích trong thực tiễn cuộc sống, góp phần thúc đẩy sự phát triển kinh tế, xã hội nhưng nếu không được sử dụng đúng cách thì chúng cũng rất dễ xảy ra các tình trạng cháy nổ, gây mất an toàn, ảnh hưởng đến tính mạng người và của.

Và một trong những biện pháp hữu ích để đảm bảo an toàn đó là sử dụng vật liệu cách điện. Vậy vật liệu cách điện là gì? Chúng có công dụng và tính chất như thế nào? Ngay bây giờ, xin mời các bạn theo dõi bài viết dưới đây để cùng tìm ra câu trả lời cho những thắc mắc trên nhé.

Vật liệu cách điện là gì

Vật liệu cách điện là những loại vật liệu dẫn điện kém hoặc không có khả năng dẫn điện. Hay nói cách khác, vật liệu này giúp ngăn chặn không cho dòng điện di chuyển từ vật dẫn điện này đến vật liệu dẫn điện khác hoặc tản ra môi trường xung quanh. Từ đó, vật liệu cách điện giúp phòng ngừa các tình trạng chập cháy, giảm nguy cơ cháy nổ, đảm bảo sự an toàn cho con người.

Tính chất chung của vật liệu cách điện

Những tính chất cơ bản của vật liệu cách điện bao gồm:

Tính chất cơ học

Vật liệu cách điện thường có độ rắn tương đối tốt. Vậy nên chúng có khả năng chống va đập, chịu được sự tác động cơ học từ môi trường bên ngoài. Không chỉ có vậy, các vật liệu cách điện này còn được đánh giá cao về độ giãn nở. Do đó, dù có bị biến đổi về kích thước, hình dạng thì chúng vẫn đảm bảo được hiệu quả hoạt động.

Tính chất hóa học

Tốc độ phản ứng hóa học bên trong vật liệu cách điện thường bị phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ. Theo đó, khi nhiệt độ càng tăng thì tốc độ phản ứng hóa học của vật cách điện càng nhanh. Tuy nhiên, trong trường hợp nhiệt độ gia tăng quá mức thì chúng cũng sẽ làm ảnh hưởng đến khả năng cách điện của loại vật liệu đó.

Tính chịu nhiệt

Mỗi một vật liệu cách điện lại có khả năng chịu nhiệt khác nhau. Đối với các vật liệu vô cơ, thì tính chịu nhiệt được đánh giá bằng nhiệt độ và sự thay đổi điện trở của chúng. Còn đối với vật liệu hữu cơ, tính chịu nhiệt được thể hiện thông qua các biến đổi về tính chất cơ học của vật liệu do nhiệt độ gây ra. Đồng thời làm ảnh hưởng đến khả năng cách điện của các loại vật liệu.

Tính hút ẩm 

Mỗi một loại vật liệu cách điện lại có khả năng hút ẩm khác nhau. Tính hút ẩm của các vật liệu này bị phụ thuộc vào rất nhiều các yếu tố như cấu trúc, loại vật liệu, nhiệt độ, áp suất môi trường,…Tuy nhiên, tính hút ẩm này có thể làm ảnh hưởng, biến đổi kết cấu bên trong của vật liệu thậm chí là làm giảm đi khả năng cách điện của chúng. Vậy nên, để ngăn chặn tình trạng hút ẩm làm ảnh hưởng đến hiệu quả của các vật liệu cách điện thì chúng ta cần:

• Sơn phủ bề mặt vật liệu để ngăn chặn sự xâm nhập của hơi ẩm vào bên trong.
• Thường xuyên vệ sinh, lau chùi bề mặt vật liệu cách điện.
• Kết hợp sấy khô hoặc sấy chân không để giúp hơi ẩm có thể thoát ra ngoài.

Chức năng của vật liệu cách điện

• Đảm bảo sự an toàn cho con người: vật liệu cách điện giúp ngăn chặn sự di chuyển của dòng điện từ vật liệu dẫn điện này đến vật liệu dẫn điện khác. Từ đó, chúng giúp ngăn chặn tình trạng cháy nổ có thể xảy ra, bảo vệ an toàn cho những người xung quanh.
• Bảo vệ các thiết bị trong hệ thống: vật liệu cách điện giúp ngăn chặn sự tác động của điện trường và từ trường lên các thiết bị. Nhờ vậy, giúp các thiết bị được hoạt động ổn định, kéo dài tuổi thọ sử dụng. Đồng thời, ngăn chặn nguy cơ xảy ra cháy nổ, hạn chế các thiệt hại về người và của.
• Tăng độ tin cậy: vật liệu cách điện khi được sử dụng trong các hệ thống giúp giảm thiểu tối đa các rủi ro về nguồn điện gây ra. Vì vậy, chúng giúp đem lại độ tin cậy cao, đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn và hiệu quả. Việc này cũng giúp tiết kiệm chi phí và thời gian bảo trì hệ thống.
• Nâng cao hiệu suất hoạt động cho các hệ thống: vật liệu cách điện giúp đảm bảo nguồn điện được truyền tải một cách hiệu quả đến các thiết bị mà không xảy ra tình trạng thất thoát. Vậy nên, hệ thống được hoạt động ổn định và cải thiện hiệu suất làm việc.

Các vật liệu cách điện phổ biến hiện nay

Hiện nay trên thực tế có rất nhiều các vật liệu cách điện khác nhau. Mỗi một loại lại có những ưu nhược điểm riêng và được ứng dụng trong các ngành nghề, lĩnh vực nhất định. Dưới đây sẽ là các loại vật liệu cách điện phổ biến hiện nay:

Nhựa

Nhựa là một trong những vật liệu có trọng lượng tương đối nhẹ, giá thành thấp và có độ cách điện tốt. Chủng loại của nhựa tương đối đa dạng bao gồm polyethylene (PE),  polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyimide (PI), polycarbonate (PC), epoxy (EP) và phenolic (PF).

Mica

Mica được đánh giá cao về độ bền, khả năng chịu nhiệt và chống cháy tốt. Về chủng loại thì mica được chia thành 2 dạng chính là mica sứ và mica phlogopite. Trong đó, mica sử có khả năng cách điện tốt còn mica phlogopite có khả năng chịu nhiệt và độ bền cao. Thông thường, loại vật liệu này hay được sử dụng để làm vỏ dây dẫn điện, bóng bán dẫn tản nhiệt hoặc dùng để chế tạo tụ điện.

Thủy tinh

Vật liệu này được sản xuất từ sợi thủy tinh và kết hợp thêm một số chất phụ gia khác như epoxy hoặc polyster. Đây là loại vật liệu có khả năng chịu nhiệt cao, độ bền và tính cách điện tốt. Thủy tinh thường được sử dụng làm vật liệu cách điện trong các bảng điều khiển, thiết bị đo lường,…

Gốm

Gốm được sản xuất bởi sự kết hợp của khoáng chất và silicat. Loại vật liệu này có độ bền cao và khả năng chịu nhiệt, cách điện tốt. Một số ứng dụng phổ biến của vật liệu cách điện gốm như bộ biến áp, tụ điện, ống cách điện,…

Cao su

Loại vật liệu này có thể được làm từ chất liệu cao su tổng hợp hoặc cao su tự nhiên. Những đặc điểm nổi bật của vật liệu này có thể kể đến như độ co giãn tốt, khả năng chịu nhiệt cao, tính cách điện linh hoạt và không bị hòa tan trong môi trường nước. Với những ưu điểm như vậy, cao su thường được ứng dụng làm ủng cao su cách điện, thảm cách điện, mô đun điện tử,…

Gỗ

Gỗ cũng là một trong những vật liệu cách điện được sử dụng phổ biến. Tuy nhiên loại vật liệu này cần phải trải qua quá trình xử lý để loại bỏ các tạp chất và bụi bẩn. Sau đó, chúng sẽ được sơn phủ một lớp bảo vệ để gia tăng tính cách điện, chống nước.

Phân loại vật liệu cách điện

Có 3 cách phổ biến được dùng để phân loại vật liệu cách điện. Bao gồm phân loại theo tính chất vật lý, tính chất hóa học và theo nhiệt độ.

Phân loại vật liệu cách điện theo tính chất vật lý

Dựa vào tính chất vật lý, vật liệu cách điện được chia thành 3 loại. Đó là:

Vật liệu cách điện thể khí 

Đây là những loại vật liệu có sẵn trong tự nhiên và chúng thường được ứng dụng trong các đường dây dẫn tải trên không, hay tại các trạm biến áp, nhà máy sản xuất điện,…Nhóm vật liệu cách điện khí bao gồm không khí, khí CO2, khí SF6,…Tuy nhiên để cải thiện khả năng cách điện thì chúng ta cần kết hợp vật liệu cách điện thể khí với thể rắn hoặc thể lỏng.

Vật liệu cách điện thể lỏng

Các vật liệu cách điện thể lỏng có thể kể đến như dầu cách điện, dung dịch muối,…Đặc điểm chung của các loại vật liệu này là điện trở suất cao, khả năng dẫn điện thấp. Do vậy, chúng thường được ứng dụng làm vật cách điện trong các thiết bị điện tử nhỏ như điện thoại di động, đồng hồ, máy tính,…

Vật liệu cách điện thể rắn 

Vật liệu cách điện thể rắn chia thành 2 loại là vật liệu cách điện vô cơ và hữu cơ. Trong đó, vật liệu cách điện vô cơ bao gồm xi măng, cát, đá, mica; còn vật liệu hữu cơ có thể kể đến như vải, lụa, giấy, cao su,…Do mỗi loại vật liệu lại có cấu trúc, kiểu dáng, tính chất khác nhau nên điều này ảnh hưởng rất lớn đến khả năng cách điện của chúng.

Vật liệu cách điện theo tính chất hóa học

Dựa vào tính chất hóa học, ta có thể chia vật liệu cách điện thành các loại sau:

Vật liệu cách điện hữu cơ 

Được gọi với tên như vậy là bởi vì những vật liệu này được sản xuất từ các hợp chất hữu cơ. Các loại vật liệu này thường hay được ứng dụng trong các thiết bị điện tử, hệ thống đèn LED, bộ định tuyến,…

Vật liệu cách điện vô cơ 

Tương tự như loại trên, thì vật liệu cách điện vô cơ được chế tạo từ các hợp chất vô cơ như thủy tinh, oxit kim loại,…Những vật liệu này có ưu điểm nổi trội như khả năng dẫn điện kém, trong điều kiện môi trường khắc nghiệt như nhiệt độ, áp lực cao thì chúng cũng không hề bị biến dạng, nóng chảy. Vật liệu cách điện vô cơ thường hay được sử dụng để chế tạo các thiết bị điện tử thông minh như tủ lạnh, tivi, máy tính,…

Vật liệu cách điện tổng hợp 

Vật liệu này là sự kết hợp của các hợp chất hữu cơ và vô cơ. Do đó, các vật liệu này có độ bền cao, khả năng chịu nhiệt và cách điện tốt.

Vật liệu cách điện tự nhiên

Đây là nhóm những vật liệu có sẵn trong tự nhiên như cao su, mica, giấy,…

Vật liệu cách điện theo nhiệt độ

Dựa vào tiêu chí này, vật liệu cách điện sẽ được phân loại dựa vào mức độ chịu nhiệt.

Vật liệu kháng điện có khả năng chịu nhiệt độ cao : đây là những vật liệu thường được sử dụng trong môi trường làm việc có nhiệt độ cao. Các loại vật liệu chịu nhiệt cao bao gồm gốm sứ, mica, sợi thủy tinh,…

Vật liệu kháng điện chịu nhiệt trung bình: đây là những loại vật liệu có thể chịu được nhiệt độ ở mức độ trung bình, không quá cao cũng không quá thấp. Ví dụ như nhựa polypropylene, cao su nitrile,…

Vật liệu kháng điện chịu nhiệt độ thấp: nhóm vật liệu này bao gồm cao subhhjh thiên nhiên, cao su butyl, cao su styrene – butadiene,…Đây đều là các vật liệu được ứng dụng trong môi trường yêu cầu nhiệt độ làm việc thấp.

Như vậy, chúng ta có thể thấy rằng vật liệu kháng điện được chia thành rất nhiều loại khác nhau. Vậy nên chúng ta cần xác định mục đích và yêu cầu sử dụng để lựa chọn vật liệu cách điện phù hợp.

Ứng dụng và cách bảo quản vật liệu cách điện

Ứng dụng của vật liệu cách điện

Vật liệu cách điện đóng vai trò quan trọng trong việc bảo đảm sự an toàn cho con người và các thiết bị bên trong hệ thống. Vậy nên, chúng ngày càng được ứng dụng phổ biến trong mọi ngành nghề, lĩnh vực. Một số ứng dụng tiêu biểu của vật liệu cách điện:

• Đường dây truyền và cáp: vật liệu kháng điện được sử dụng để làm lớp phủ trên bề mặt của đường truyền và cáp.
• Hệ thống điện tử: vật liệu cách điện được dùng để chế tạo ra bảng mạch in ( PCB) trong các thiết bị, dụng cụ điện tử.
• Hệ thống năng lượng: Dầu cách điện dùng trong các máy biến áp; các chất khí như lưu huỳnh hexafluoride hoặc thủy tinh được dùng làm vật cách điện trong các hệ thống điện áp cao,…
• Dùng để chế tạo, gia công các sản phẩm, vật dụng có tính chất cách điện tốt như giày cao su cách điện, găng tay cao su,…
• Trong ngành van công nghiệp, vật liệu cách điện được dùng để sản xuất các thiết bị như van bướm nhựa PVC, van bi nhựa PVC, van bướm nhựa điều khiển điện,…

Cách bảo quản vật liệu cách điện

Để đảm bảo được tính cách điện hiệu quả của các loại vật liệu thì chúng ta cần có biện pháp bảo quản phù hợp. Những biện pháp mà chúng ta có thể áp dụng như:

• Khi phải tiếp xúc dưới ánh nắng mặt trời quá lâu thì chúng rất dễ làm ảnh hưởng đến tính cách điện của các vật liệu. Vậy nên, những vật liệu này cần được bảo quản ở vị trí thoáng mát, khô ráo.
• Như chúng ta đã biết thì nhiệt độ cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến tính cách điện của vật liệu. Vậy nên, các vật liệu này cần được sử dụng và lưu trữ trong môi trường có điều kiện nhiệt độ ổn định.
• Cần hạn chế sự va đập, tác động cơ học mạnh đến các vật liệu.
• Thường xuyên vệ sinh, làm sạch các vật liệu này để loại bỏ các tạp chất, bụi bẩn.
• Cần có kế hoạch kiểm tra định kỳ về tính cách điện của vật liệu, đảm bảo chúng vẫn phù hợp và đáp ứng được các tiêu chuẩn an toàn cần thiết.

Kết luận

Qua bài viết trên, chúng ta có thể thấy được vật liệu cách điện giữ một vị trí quan trọng trong cuộc sống hàng ngày và mang lại rất nhiều lợi ích cho các ứng dụng. Nhờ có các vật liệu này mà sự an toàn được đảm bảo, hệ thống hoạt động năng suất, hiệu quả và hạn chế được tối đa các rủi ro về điện có thể xảy ra.

Trên thị trường hiện nay, vật liệu cách điện có chủng loại rất phong phú và đa dạng. Vậy nên, bạn cần tìm hiểu kỹ lưỡng về các loại vật liệu cách điện trước khi chọn mua. Có như vậy mới đảm bảo được sự hiệu quả và tính an toàn cho các hệ thống ứng dụng.

Hy vọng với những thông tin mà chúng tôi vừa chia sẻ sẽ giúp bạn có thêm sự hiểu biết, và ứng dụng các vật liệu cách điện một cách hiệu quả, đem lại năng suất làm việc cao nhất.

Lời cuối cùng, xin cảm ơn quý bạn đọc đã dành thời gian và theo dõi bài viết của chúng tôi.