Электроизоляционные лаки и компаунды
Большое значение в электроизоляционной технике имеют лаки и компаунды. В процессе изготовления изоляции их используют в жидком виде, но в готовой, работающей изоляции они находятся уже в твердом состоянии. Таким образом, лаки и компаунды являются твердеющими материалами.
Лаки
это коллоидные растворы смол, битумов, высыхающих масел, составляющие так называемую лаковую основу в летучих растворителях. При сушке лака растворитель улетучивается, а лаковая основа переходит в твердое состояние, образуя (в тонком слое) лаковую пленку.-Лаки
По применению электроизоляционные лаки разделяются на три группы: пропиточные, покровные и клеящие.
Пропиточные лаки служат для пропитки пористой и, в частности, волокнистой изоляции (бумага, картон, пряжа, ткань, изоляция обмоток электрических машин и аппаратов). После пропитки поры в изоляции оказываются заполненными уже не воздухом, а высохшим лаком, имеющим значительно более высокую электрическую прочность и теплопроводность, чем воздух. Поэтому в результате пропитки повышается пробивное напряжение, увеличивается теплопроводность, уменьшается гигроскопичность, улучшаются механические свойства изоляции. После пропитки органическая волокнистая изоляция в меньшей мере подвергается окисляющему влиянию воздуха, а потому ее нагревостойкость повышается.
Покровные лаки на поверхности предварительно пропитанной пористой изоляции). Такая пленка повышает напряжение поверхностного разряда и поверхностное сопротивление изоляции, создает защиту лакируемого изделия от действия влаги, растворителей и химически активных веществ, а также улучшает внешний вид изделия и затрудняет приставание к нему загрязнений.-служат для образования механически прочной, гладкой, блестящей, влагостойкой пленки на поверхности твердой изоляции (часто
лаки) наносят не на твердую изоляцию, а непосредственно на металл, образуя на его поверхности электроизоляционный слой (примеры: изоляция эмалированных проводов, изоляция листов электротехнической стали в расслоенных магнитопроводах электрических машин и аппаратов).-Некоторые покровные лаки (эмаль
оксиды металлов), придающий пленке определенную окраску, улучшающий ее механическую прочность, тепло-проводность и адгезию к поверхности, на которую нанесен лак. В полупроводящих лаках пигментом является углерод (сажа); пленки таких лаков имеют низкое удельное поверхностное сопротивление и наряду с лентами из железистого асбеста используются в производстве электрических машин на высокие рабочие напряжения для улучшения картины электрического поля на границе пазовых и лобовых частей обмоток.- лаки, в состав которых входит пигмент, т.е. порошок неорганического состава (обычно -К покровным лакам принадлежат также пигментированные эмали; это
Клеящие лаки применяются для склеивания между собой твердых электроизоляционных материалов (пример: клейка листочков расщепленной слюды при изготовлении миканитов) или для приклеивания их к металлу. Помимо высоких электроизоляционных свойств и малой гигроскопичности (общие требования для всех электроизоляционных лаков), клеящие лаки должны обеспечивать особо высокую адгезию к склеиваемым материалам. Приведенное разделение лаков по областям применения не всегда может быть выдержано достаточно строго. Так, при изготовлении гетинакса и текстолита лак, пропитывающий отдельные слои бумаги или ткани и склеивающий эти слои друг с другом, является одновременно пропиточным и клеящим.
По режиму сушки различают лаки горячей (печной) сушки, которые требуют для сушки повышенной температуры (обычно более 100°С), и лаки холодной (воздушной) сушки, которые достаточно быстро и хорошо сохнут при комнатной температуре.
Режим сушки лака определяется как его основой, так и растворителем. Если основа лака термореактивна, для сушки обычно нужна повышенная температура, лаки с термопластичной основой не требуют запекания пленки при высокой температуре.
С другой стороны, лаки, в состав которых входит растворитель, кипящий при высокой температуре (например, керосин), требуют печной сушки независимо от вида лаковой основы. Лаки с растворителем, легко испаряющимся при нормальной температуре (например, бензин или ацетон), могут быть лаками воздушной сушки, если только их основа не требует высокой температуры для запекания пленки. Как правило, лаки печной сушки дают более высококачественную пленку, чем лаки воздушной сушки; последние применяются в основном при ремонтных работах.
Смоляные лаки растворы синтетических, искусственных или природных смол.-
Бакелитовые лаки растворы бакелита в спирте. Это пропиточные и клеящие термореактивные лаки, дающие механически прочную, но малоэластичную и обладающую заметной склонностью к тепловому старению пленку. Они используются в производстве гетинакса и текстолита, при изготовлении изоляции электрических аппаратов высокого напряжения и т.п.-
Глифталевые лаки это растворы глифталевой смолы в смесях спиртов с жидкими углеводородами и тому подобных растворителях. Это термореактивные лаки с высокой клеящей способностью, используемые для клейки миканитов, микаленты и т.п., гибкость их пленок выше, чем гибкость пленки бакелитового лака, но влагостойкость ниже.-
Кремнийорганические лаки требуют сушки при повышенной температуре, но образуют нагрево- и влагостойкие пленки.
Полихлорвиниловые лаки стойки к действию бензина, масла, многих химически активных веществ и применяются как покровные лаки для защиты изоляции, работающей, например, в содержащей кислотные пары атмосфере.
Шеллачный лак раствор шеллака в спирте; применяется как клеящий лак при изготовлении миканитов, а также при монтажных и ремонтных работах.-
Целлюлозные лаки лаки холодной сушки. Особое значение из них имеют нитроцеллюлозные лаки (нитролаки). Пленки нитролаков механически прочны, отличаются блеском, хорошо сопротивляются действию воздуха, влаги, масел и пр. Нитролаки плохо пристают к металлам, поэтому перед нанесением нитролака на металл обычно предварительно создают слой грунтового лака, хорошо пристающего к металлу, но менее стойкого к действию воздуха, света и влаги (например, глифталевого), а затем уже слой нитролака. Нитролаки применяют также для пропитки хлопчатобумажных оплеток автомобильных и самолетных проводов (поверх слоя резиновой изоляции), для защиты резины от влияния озона, масла и бензина.- растворы эфиров целлюлозы; пленки их термопластичны. Большая часть целлюлозных лаков -
Масляные лаки это лаки, основу которых составляют высыхающие масла. В их состав входят также сиккативы, ускоряющие процесс отверждения пленки, и растворители (бензин или керосин, иногда с примесью ароматических углеводородов). Иногда употребляют масляные лаки без растворителей, поскольку их основа сама по себе является жидкостью, но такие лаки имеют повышенную вязкость и менее удобны для применения. Скорость сушки масляного лака в очень большой мере зависит от содержания в нем сиккатива. При высоком содержании сиккативов и легколетучем растворителе могут быть получены лаки холодной сушки. Однако при увеличении содержания сиккативов в масляном лаке значительно ускоряется тепловое старение лаковой пленки при длительном воздействии на нее повышенной температуры (пленка становится хрупкой, в ней появляются трещины, она отстает от подложки).-
Компаунды
Компаунды отличаются от лаков отсутствием в их составе растворителя. Они состоят из различных смол, битумов, восков, масел и др. Если компаунд в исходном состоянии тверд, его перед употреблением нагревают до необходимой температуры, чтобы получить массу достаточно низкой вязкости.
По применению компаунды делятся на две основные группы.
К первой группе относятся пропиточные компаунды, назначение которых аналогично назначению пропиточных лаков.
Заливочные компаунды (вторая группа) служат для заполнения сравнительно больших полостей, промежутков между различными деталями в электрических машинах и аппаратах, а также для получения сравнительно толстого покрытия на тех или иных электротехнических деталях, узлах, блоках. Применение заливочных компаундов преследует цели защиты изоляции от увлажнения и от действия химически активных веществ, увеличения разрядного напряжения, улучшения условии отвода тепла и пр.
чистым кварцевым песком.- следов растворителя, испаряющегося из затвердевающего материала, что может иметь место при пропитке лаками. Для пропитки роторных обмоток битумные компаунды непригодны из-за своей термопластичности (битум, размягченный при нагреве до рабочей температуры машины, может быть выброшен из вращающейся обмотки действием центробежной силы). Чтобы несколько повысить нагревостойкость и маслостойкость битумного компаунда, к нему примешивают некоторое количество высыхающего масла. Если же требуется понизить температуру размягчения компаунда, к нему добавляют некоторое количество компаунда-разбавителя, т.е. битума с низкой температурой размягчения (от 60 до 70°С). В этом, в частности, возникает необходимость, когда компаунд долгое время применялся для пропитки различных изделий и от нагрева в присутствии воздуха повысил температуру размягчения (явление, аналогичное продувке битума). При заполнении компаундом воздушных промежутков между катушками электрических аппаратов и металлическими кожухами существенно улучшаются условия отвода тепла, вследствие чего мощность аппарата может быть повышена. Отвод тепла можно улучшить еще больше, если применить обладающий повышенной удельной теплопроводностью кварц-компа-унд, т.е. битум, смешанный с минеральным кристаллическим наполнителем -Наиболее старыми по времени внедрения в электропромышленность компаундами являются битумы с определенной температурой размягчения (тугоплавкие битумы требуют высокой температуры при компаундировании, но зато имеют более высокие электроизоляционные свойства, нагревостойкость и стойкость к действию растворителей). Иногда битумные компаунды используют для пропитки статорных обмоток электрических машин. По сравнению с пропиточными лаками они способны обеспечить лучшую влагостойкость и влагонепроницаемость изоляции, так как при охлаждении после пропитки затвердевают полностью, и в них не остается крупных пор (каналов)
В кабельной технике большое значение имеют кабельные компаунды. К ним относятся:
а) пропиточные компаунды (пропиточные кабельные массы), служащие для пропитки бумажной изоляции силовых кабелей и изготовляющиеся из нефтяного масла, к которому для повышения вязкости добавляют канифоль или синтетические смолы;
б) заливочные компаунды (заливочные кабельные массы), применяемые для заливки соединительных, ответвительных и концевых муфт.
термопластичные, размягчаются (для пропитки или заливки) посредством нагревания, а отвердевают при последующем охлаждении. За последние годы все большее значение приобретают термореактивные компаунды, необратимо отверждающиеся в результате происходящих в жидком компаунде химических превращений. Термореактивные компаунды обладают более высокой нагревостойкостью по сравнению с термопластичными, так как при нагреве (после отверждения) они уже не размягчаются. Термореактивные компаунды применяются для пропитки и заливки различных деталей и узлов: сухих трансформаторов, изоляции водостойких электрических машин и т.п. Заливка значительно улучшает электрические свойства изоляции, защищает от увлажнения, механических повреждений и пр. Правда, заливка термореактивным компаундом затрудняет ремонт детали при ее пробое или ином повреждении, в большинстве случаев при повреждении залитой детали требуется ее замена.-Рассмотренные выше компаунды
Весьма распространены эпоксидные компаунды, представляющие собой эпоксидную смолу с добавлением наполнителей, пластификаторов и других ингредиентов. Непосредственно перед употреблением компаунда в него вводится отвердитель; в зависимости от вида отвердителя эпоксидные компаунды могут отверждаться или при низких температурах, или при нагреве. Эпоксидные компаунды в последнее время применяются, в частности, в качестве кабельных заливочных масс. Благодаря высокой механической прочности отвержденного эпоксидного компаунда, залитая таким компаундом муфта, в ряде случаев может выполняться без металлического кожуха.
Пропитка изоляции компаундом близка к пропитке лаком. Если в исходном состоянии при нормальной температуре компаунд тверд, его надо предварительно разогреть, чтобы перевести в жидкое состояние. Пропитанные изделия следует извлекать из компаунда, не дожидаясь его застывания. Подвергаемые компаундированию катушки и тому подобные изделия перед погружением в расплавленный компаунд обвязывают хлопчатобумажной лентой. После компаундирования ленту сматывают, с ней удаляются сгустки застывшего компаунда, что придает гладкость поверхности компаундированного изделия.
Более совершенный способ компаундирования состоит в том, что изделия сперва подвергаются вакуумной сушке для возможно лучшего удаления как паров воды, так и следов воздуха, а затем в том же резервуаре (чтобы в поры вакуумированного изделия не проник воздух) пропитываются компаундом под давлением, чтобы принудительно загнать компаунд в поры изоляции.
Дальнейшим усовершенствованием метода пропитки с использованием вакуума и давления является тренировочный режим пропитки: на компаунд, которым залиты пропитываемые объекты, подается в течение 5…10 мин давление, затем на такой же промежуток времени давление сбрасывается, после чего снова подается и т.п. (всего до трех-пяти циклов). Процесс требует весьма малого времени и обеспечивает глубокую и надежную пропитку.