Materiały konstrukcyjne stosowane w elektrotechnice

W elektrotechnice stosuje się wiele różnych materiałów. Ogólnie można je podzielić na trzy grupy:
- przewodzące prąd elektryczny (przewodniki),
- nie przewodzące prądu elektrycznego (izolatory),
- półprzewodniki. Do materiałów przewodzących prąd elektryczny należą metale, np. srebro, miedź, aluminium, mosiądz, stal i stopy oporowe. Do materiałów nie przewodzących prądu elektrycznego należą np. ceramika, jedwab, papier, oleje, powietrze. Z materiałów przewodzących prąd elektryczny można wyróżnić miedź i jej stopy, gdyż ze względu na swoje cenne właściwości (przede wszystkim małą oporność właściwą) należą one do materiałów najszerzej stosowanych w przemyśle elektrotechnicznym). Około połowy światowego zużycia miedzi przeznaczone jest na cele tego przemysłu. Każdy materiał przewodzący prąd elektryczny ma swoją określoną rezystancję. Jednak wartość tej rezystancji rośnie w funkcji temperatury. W temperaturach bardzo niskich, bliskich zeru bezwzględnemu, niektóre ciała tracą rezystancję. Stają się nadprzewodnikami. Prowadzi się badania naukowe w zakresie nadprzewodnictwa w celu wykorzystania tego zjawiska w technice. Elektrotechników interesują nie tylko materiały o małej rezystywności. Wykorzystują oni równie materiały, które mają wyższe od miedzi z rezystywności, np. konstantan (Cu 55% i Ni 45%). Konstantan i inne materiały oporowe stosowane są w różnych grzejnikach. Materiały oporowe, ze względu na różne temperatury pracy dzieli się na trzy grupy:
- do pierwszej grupy należą materiały o niskiej temperaturze pracy (do 500 C),
- do drugiej - o średniej (5001000 C)
- do trzeciej - o wysokiej temperaturze pracy (powyżej 1000 C). Znaczenie materiałów izolacyjnych w elektrotechnice jest ogromne, ponieważ mają one za zadanie przeciwdziałać przepływowi prądu elektrycznego w niepożądanym kierunku. W gospodarstwie domowym lekceważymy często izolacyjne elementy urządzeń elektrycznych i z tego powodu dochodzi do wielu wypadków, porażeń prądem elektrycznym, poparzeń i pożarów. Istnieje wiele materiałów izolacyjnych pochodzenia roślinnego, zwierzęcego i mineralnego, również z tworzyw syntetycznych. Ich klasyfikację można przeprowadzić na podstawie różnych kryteriów. Ze względu na stan skupienia oraz pochodzenie materiały te można podzielić na: gazowe, płynne i stałe. Inny sposób klasyfikacji opiera się na odporności materiałów izolacyjnych na temperaturę. Okres trwałości właściwości izolacyjnych zależy bowiem od rodzaju materiału i od temperatury pracy. Na przykład obniżenie temperatury pracy o 8 C - w stosunku do temperatury znamionowej - dla izolacji bawełnianej, papierowej nasyconej lakierami olejowymi podwaja czas trwania izolacji; gdy podwyższymy o 8 C temperaturę, to czas trwania izolacji skraca się o połowę. Izolacje i powłoki kabli i przewodów niskonapięciowych wykonywane są obecnie głównie ze zmiękczonego PVC lub polietylenu,.
W elektronice tworzywa sztuczne są surowcami podstawowymi. Szereg producentów sprzętu elektronicznego i elektrycznego jest jednocześnie producentami tworzyw sztucznych. Potrzeby elektroniki oraz fakt, że nie jest ona przemysłem materiałochłonnym spowodowały, że szereg polimerów wytworzonych w małej skali znalazło zastosowanie najpierw w elektronice, a dopiero w miarę rozwoju produkcji i obniżenia ceny w innych gałęziach gospodarki.
Obwody drukowane najbardziej znamienny element układów elektronicznych - wykonuje się z laminatów. Pierwsze obwody uzyskano przez trawieni folii miedzianej naniesionej na płyty fenolowo-tekstylne. Obecnie stosowane są laminaty z papieru, tkanin bawełnianych, szklanych i żywic: fenolowych, melaminowych, epoksydowych oraz folii miedzianych, a czasami niklowych lub ze specjalnych stopów. W zależności od rodzaju tkaniny i żywicy oraz ich grubości uzyskuje się obwody sztywne, stanowiące często jednocześnie płytę montażową i obwody elastyczne. Bardzo cienkie (rzędu 10um) obwody drukowane są uzyskiwane z folii termoplastycznych powleczonych miedzią. Najczęściej są do tego celu stosowane folie poliestrowe (nasycone), ale spotyka się także obwody drukowane na foliach z PCV, poliamidów oraz bardziej odpornych termicznie, poliamidowych.]
Przez sprasowanie wytrawionych laminatów uzyskuje się obwody drukowane wielowarstwowe. Zdwajane folie są zasadniczym surowcem do produkcji takich podstawowych elementów jak kondensatory. Folie polistyrenowe zaczęto stosować w kondensatorach, w latach 30-tych i do dziś są one szeroko rozpowszechnione, ustępując ilościowo tylko foliom poliestrowym, odporniejszym termicznie i cieńszym (do 2um), choć mającym gorszą charakterystykę dielektryczną. Podobne właściwości termiczne ma folia poliwęglanowa, a jeszcze lepsze poliamidowa. W stosowanych nadal kondensatorach papierowych syciwami są kompozycje epoksydowe, poliestrowe, silikonowe i inne.
Podzespoły elektroniczne są na ogół bardzo wrażliwe na działanie otoczenia i urazy mechaniczne, np. ślady zanieczyszczeń osadzone na półprzewodniku zmieniają jego własności, stąd istotna jest hermetyzacja zespołów. Hermetyzacja tworzywami sztucznymi nie tylko zabezpiecza podzespoły, ale ułatwia ich montaż. Do hermetyzacji stosowane są żywice epoksydowe, poliestrowe, akrylowe, poliuretany i silikony.

Zastosowanie izolacji polietylenowych do kabli telekomunikacyjnych w połączeniu z ekranizacją poszczególnych przewodów folią polistyrenową zmniejszyło wyraźnie zakłócenia, przy jednoczesnej pracy tego samego kabla na różnych częstotliwościach nośnych.
Do zastosowań typowo elektroizolacyjnych należą również lakiery i koszulki izolacyjne, te ostatnie wykonywane z tych samych materiałów, co podkłady obwodów drukowanych. Godny odnotowania jest fakt, że dążenia do miniaturyzacji doprowadziło do produkcji rurek z poliamidu o 0.15mm.?
W płytach montażowych, listwach łącznikowych, przełącznikach tworzywa sztuczne spełniają jednocześnie rolę materiałów konstrukcyjnych i izolacyjnych. Stosowane są do tych celów laminaty tekstylne, tłoczywa fenolowe i melaminowe, a ostatnio coraz szerzej kształtki wtryskowe z termoplastów. Kształtki o lepszych właściwościach mechanicznych i termicznych otrzymuje się z poliamidów, poliwęglanu, poliformaldehydu i poliamidów, niejednokrotnie napełnianych włóknem szklanym.

Obudowy aparatów elektronicznych wykonywane dawniej z tłoczyw, wtryskuje się obecnie z termoplastów: poliolefiny, polistyrenu, poliwęglanu i poli(metakrylanumetylu). Umożliwia to uzyskanie efektownych zabarwień i faktur powierzchni, co jest ważną a aparatach powszechnego użytku, jak telefony, radioodbiorniki i telewizory.
Do produkcji anten parabolicznych, prócz laminatów, stosuje się tworzywa piankowe.