Сторінка 31 з 59
§ 59. Електроізоляційні лаки
Лаки представляють собою колоїдні розчини * різних плівкоутворюючих речовин в спеціально підібраних органічних розчинниках. Плівкоутворюючими називаються такі речовини, які в результаті випаровування розчинників і процесів твердіння (полімеризації) здатні утворити тверду плівку.
До плівкоутворювальним речовин відносяться смоли (природні і синтетичні), рослинні масла, що висихають, ефіри целюлози ** та ін. Як розчинники плівкоутворюючих речовин застосовують легкоиспаряющиеся (летючі) рідини: бензол, толуол, ксилол, спирти, ацетон, скипидар та ін.
* Колоїдні розчини відрізняються від молекулярних (істинних) розчинів тим, що складаються з некрісталлізующіхся частинок, які за розмірами перевищують молекулу.
** Ефіри целюлози - аморфні речовини, отримувані в результаті хімічної переробки рослинної клітковини.
Щоб створити електроізоляційний лак, що задовольняє ряду вимог, підбирають кілька плівкоутворюючих речовин, які становлять основу лаку. Для повного розчинення лакової основи і рівномірного висихання лаку іноді доводиться застосовувати кілька розчинників.
Для розведення загустіли лаків в них вводять розчинники, які відрізняються від розчинників меншою испаряемостью. Крім того, вони можуть розчиняти лакову основу тільки з розчинниками. Як розріджувачів застосовують бензин, лаковий гас, скипидар і деякі інші рідини.
До складу лаку можуть ще входити пластифікатори і сикативи.
Пластифікатори - речовини, що додають лакової плівці еластичність; до них відносяться касторове масло, жирні кислоти лляного масла і інші маслоподібними рідини.
Сикативи є рідкі або тверді речовини, що вводяться в деякі лаки (масляні та ін.), Щоб прискорити їх висихання.
При сушінні шару лаку, нанесеного на якусь поверхню, що містяться в ньому органічні розчинники випаровуються (випаровуються), а плівкоутворювальні речовини в результаті процесів полімеризації утворюють тверду лакову плівку. Ця плівка може бути гнучкою (еластичною) або негнучкою і крихкою в залежності від властивостей плівкотвірних речовин, що складають лакову основу.
За своїм призначенням електроізоляційні лаки діляться: на просочувальні, покривні і склеювальні.
Просочувальні лаки застосовують для просочення обмоток в електричних машинах і апаратах з метою цементації (з'єднання) витків обмотки один з одним, а також з метою усунення пористості в ізоляції обмоток.
Мал. 113. Прилад для визначення просочує здатності лаків
Просочувальний лак, проникаючи в пори ізоляції обмоток, витісняє звідти повітря і після свого затвердіння робить обмотку вологостійкої. При цьому підвищується електрична міцність ізоляції обмотки і її коефіцієнт теплопровідності. Однією з головних характеристик просочувальних лаків є їх просочує здатність. Ця характеристика визначається за допомогою приладу, представленого на рис. 113. Прилад складається з металевого підстави 1 і металевої плити з вертикально розташованої на ній трубкою 3. Висота трубки дорівнює 110 мм, а її внутрішній діаметр 35 мм.
Для визначення просочує здатності лаку між підставою 1 приладу і його верхньою плитою 2 закладається стопка з 50 листів спеціальної просочувальної паперу або батисту (площа листа 100x100 мм). За допомогою чотирьох баранчиків 5 стопка з листів батисту щільно затискається між плитою і підставою приладу, після чого через отвір в кришці 4 в трубку 3 заливають лак до позначки 100 мм. Просочення лаком листів батисту виробляють протягом 15 хв, після чого лак з трубки зливають. Розібравши прилад, визначають, скільки аркушів паперу просяк даний лак. Чим більше листів паперу просякнуте лаком, тим вище його просочує здатність. У просочувальних електроізоляційних лаків просочує здатність становить від 30 до 50 аркушів паперу.
Покривні лаки застосовують для створення на поверхні вже просочених обмоток вологостійких або мастилостійких лакових покриттів. До покривним лаків також відносяться емальлакі, що застосовуються для емалювання обмотувальних проводів, а також лаки, що застосовуються для ізоляції листів електротехнічної сталі в магнитопроводах.
Клеящие лаки застосовують для склеювання різних електроізоляційних матеріалів: листочків слюди (у виробництві шаруватої слюдяною ізоляції), кераміки, пластмас і ін. Основна вимога до клеїть лаків, полягає в тому, щоб ці лаки володіли хорошим прилипанием (адгезію) і утворювали б міцний шов.
Слід зауважити, що в практиці буває так, що один і той же лак може застосовуватися в якості просочувального і покривного або в якості покривного і клеїть.
Всі лаки за способом сушіння діляться на дві групи: лаки повітряної (холодної) сушки і лаки для печей (гарячої) сушки.
У лаків повітряної сушки затвердіння плівки відбувається при кімнатній температурі. До лаків повітряної сушки відносяться шеллачние, ефіроцеллюлозних і деякі інші.
У лаків пічної сушки затвердіння плівки можливо лише при температурах значно вище кімнатної (від 100 ° С і вище). У лаках пічного сушіння застосовують термореактивні пленкообразующие речовини (гліфтальовиє, резольні і інші смоли), затвердіння яких обумовлено процесами полімеризації, які вимагають підвищених температур. Лаки гарячої сушки, як правило, мають більш високими механічними та електричними характеристиками.
За лакової основі лаки діляться на смоляні, масляні, олійно-бітумні і ефіроцеллюлозних.
Смоляні лаки є розчинами природних або синтетичних смол в органічних розчинниках. До смоляним лакам відносяться шеллачние, гліфтальовиє, бакелітові, полівінілацеталевие, кремнійорганічні і ін. Залежно від основи смоляні лаки можуть бути термопластичними (полівінілацеталевие, поліхлорвінілові та ін.) І термореактивними (гліфтальовиє, бакелітові і ін.).
Масляні лаки являють собою розчини рослинних (висихають і напіввисихаючих) масел в органічних розчинниках. До висихає олій належать тунговое і льняна олії. Тунгове масло видобувається з горішків тунгового дерева, воно швидко висихає, утворюючи еластичну вологостійку плівку. Лляна олія виходить з насіння льону. Уварене до певної щільності лляне масло служить основою масляних лаків. В масляні лаки зазвичай вводять сикативи - речовини, що прискорюють висихання лаків.
Плівки масляних лаків є термореактивними речовинами, т. Е. Розм'якшуються при нагріванні. З метою підвищення твердості плівок в масляні лаки вводять іноді природні або синтетичні смоли.
Область застосування масляних лаків в електротехніці вельми обмежена в порівнянні зі смоляними лаками. Масляні лаки застосовують для просочення електроізоляційних лакотканин, емалювання обмотувальних проводів і як покривні лаки, що відрізняються стійкістю до вологи.
Олійно-бітумні лаки є розчинами олійно-бітумних сумішей в органічних розчинниках (скипидар, толуол, ксилол та ін.). Для цього застосовують бітуми нафтові і природні (асфальти). З рослинних масел застосовується головним чином лляне масло. Плівки цих лаків мають чорний колір. Вони володіють хорошими електроізоляційними властивостями, відрізняються еластичністю і водостійкістю. Плівки маслянобітумних лаків термопластичні і легко розчиняються в мінеральних маслах і в ряді розчинників, що є їх недоліком.
Олійно-бітумні лаки (марки БТ-95; БТ-987, БТ-980 і ін.) Широко застосовують в якості просочувальних лаків для обмоток електричних машин.
Ефіроцеллюлозних лаки являють собою розчини ефірів целюлози (нитроцеллюлоза, ацетилцелюлози і ін.) * В суміші розчинників (амілацетат, ацетон, спирти та ін.). Плівки цих лаків прозорі, мають характерний блиск і володіють стійкістю до мінеральних масел, бензину і озону. Ефіроцеллюлозних лаки застосовують переважно для лакування бавовняних оплеток проводів з гумовою ізоляцією - для захисту гуми від дії бензину, мінеральних масел і озону. До металам ці лаки прилипають погано **.
* Ефіри целюлози - високополімерні аморфні речовини, що є продуктами хімічної переробки рослинної целюлози.
** При лакуванні металевих деталей на їх поверхню попередньо наносять шар ґрунтового лаку (грунт), який надійно з'єднується з поверхнею металу. На шар грунту наносять шар ефіроцеллюлозних або іншого лаку, погано прилипає до даного металу.
Застосування ефіроцеллюлозних лаків полегшується тим, що вони є лаками повітряної сушки, але область застосування їх в електротехніці відносно невелика.
Основними характеристиками лаків в рідкому стані є: в'язкість, час висихання та просочує здатність. У лакових плівок визначають термоеластічному, водопоглощаемость і електричні характеристики.
В'язкість лаків визначається за допомогою приладів - віскозиметрів. Для визначення в'язкості лаків найчастіше використовують вискозиметр ВЗ-4 (див. Рис. 89). Він вміщує 100 мл випробуваної рідини лаку.
Посудина віскозиметра спочатку промивають бензином або іншим розчинником і дають висохнути на повітрі. Потім його заповнюють випробовуваним лаком і дають відстоятися протягом 5 хв. Після цього, підставивши якусь ємність під стічний отвір віскозиметра, відкривають пробку і пускають в хід секундомір. За в'язкість приймається час (сек) закінчення 100 мл даного лаку з віскозиметра ВЗ-4. В'язкість є дуже важливою характеристикою лаку, так як вона визначає просочують здатність лаків і інші їх властивості.
Час висихання лаку повітряної сушки визначається наступним чином. Просочують випробуваним лаком смужки паперу товщиною 0,05 мм і площею 100x200 мм 2. У разі випробування лаку повітряної сушки просочені паперові смужки сушать при температурі 20 ° С в добре вентильованому приміщенні. Потім на поверхню лакованого паперу накладається шматочок фільтрувального паперу розміром 20x20 мм, який притискається до поверхні лакованої папери вантажем 200 г, чинним на металеву п'яту площею в 1 см2. Це випробування триває протягом 30 сек. Лак вважається висохлим, якщо після зняття вантажу фільтрувальна папір не прилипає до поверхні лакованої папери і не залишає на ній волокон. При цьому наголошується час висихання лаку при 20 ° С.
Якщо визначають час висихання лаку гарячої сушки, то просочені лаком паперові смужки сушать при підвищеній температурі, зазначеній в технологічній інструкції на даний лак. В іншому процес випробування проводять так само, як і лаку повітряної сушки. При дуже високих температурах висихання (150-200 ° С) лакують НЕ смужки паперу, а мідні пластинки товщиною 1 мм.
Просочує здатність просочувальних електроізоляційних лаків визначається за допомогою приладу (див. Рис. 113), який був описаний раніше.
Термоеластічному - час (ч) теплового старіння лакової плівки при заданій температурі, після закінчення якого на плівці з'являються тріщини при згинанні її навколо сталевого стрижня діаметром 3 мм.
Для визначення цієї характеристики випробуваний лак наноситься (зануренням) на тонкі (товщиною 0,1 мм) мідні смужки шириною 15 мм і довжиною 150 мм. Товщина висушеної лакової плівки на мідній смужці повинна складати 0,045-0,055 мм. Заготовлені лаковані смужки вільно підвішують у термостаті (обігрівається камері), де підтримується задана температура випробування (105, 150, 200 ° С). При постійному впливі температури і доступу кисню повітря лакові плівки зазнають процес теплового старіння, в результаті чого стають крихкими. Через певні проміжки часу з термостата виймають по одній лакованої мідної смужці. Після охолодження до кімнатної температури смужку згинають на 180 ° навколо сталевого стрижня діаметром 3 мм. Потім через лупу з п'ятикратним збільшенням спостерігають за появою тріщин на найбільш розтягнутому ділянці зігнутої лакової плівки.
Водопоглощаемость лакової плівки - це збільшення ваги лакової плівки, нанесеної на металеву смужку (товщиною 0,1 мм і площею 50X50 мм 2), після перебування її в дистильованої воді протягом 24; 48 ч і більш. Збільшення ваги лакової плівки (водопоглощаемость) висловлюють у відсотках за формулою
де Gо - вага металевої пластинки без лакової плівки; G- вага металевої пластинки, покритої лаком в початковому стані; G2 - вага металевої пластинки, покритої лаком, але після перебування у воді.
Для визначення електричних характеристик лак наносять рівним шаром товщиною 0,045-0,055 мм на мідні пластинки товщиною 0,2 мм і площею 150x125 мм 2. мідні пластинки
попередньо знежирюють будь-яким розчинником: бензином, толуолом і ін. Потім, занурюючи пластинки в лак з подальшою сушкою, наносять шар лаку необхідної товщини. Плівка лаку завтовшки 0,045-0,055 мм утворюється в результаті багаторазового занурення мідної пластинки в лак. Температуру і час сушки вибирають відповідно до технологічної інструкції на даний лак. На готові лакові плівки наклеюють електроди з фольги і виробляють електричні вимірювання (викладені в § 39).
Слід зауважити, що дуже важко підібрати електроізоляційний лак, що задовольняє одночасно декільком вимогам, наприклад, щоб він швидко висихав, був теплостійким і водостійким. Зазвичай швидковисихаючі лаки - нетеплостойкая, а лаки з високою теплостійкістю, наприклад кремнійорганічні, вимагають високих температур для сушки (180-200 ° С).
Перед застосуванням в'язкість лаку повинна бути доведена до необхідної величини. З цією метою в загусла лаки невеликими порціями вводять розчинники (бензин, гас і ін.).
Розчинники і розріджувачі є легкозаймистими рідинами, а пари їх в суміші з повітрям (при певній концентрації) можуть утворити вибухові суміші. Тому при роботі з лаками повинні дотримуватися запобіжних заходів. Розведення великої кількості лаку розчинниками слід проводити у витяжних шафах або в добре вентильованих приміщеннях, так як пари розчинників і розріджувачів токсичні. Просочення обмоток лаками повинна проводитися в спеціальних просочувальних установках, в яких об'єкти просочення і лак знаходяться в герметично закритих металевих ємностях.
Небезпека пожежі і небезпека для працюючого персоналу в значній мірі усуваються при застосуванні водно-емульсійних лаків, розчинником в яких є водопровідна пода. В даний час набули поширення кілька видів просочувальних водно-емульсійних лаків, до складу яких не входять дорогі органічні розчинники. Крім води і лакової основи, до складу водно-емульсійних лаків вводять ще емульгатори. Це речовини, що перешкоджають осіданню частинок лакової основи, зважених у воді. Перспективними є лаки без розчинників на основі синтетичних смол, тунгового масла і поліефірів. Характерною особливістю цих лаків є здатність швидко тверднути в товстому шарі. Для просочення обмоток це має важливе значення. Основні характеристики декількох електроізоляційних лаків наведені в табл. 32.