Твердеющие электроизоляционные материалы
Твердеющие электроизоляционные материал - это материалы, которые в исходном виде (для изготовления изоляции) находятся в жидком состоянии, однако в электротехнических изделиях они используются как твердые вещества (чаще всего в виде эластичной прочной пленки с высокими изоляционными показателями). К ним относятся высыхающие масла, смолы, битумы, лаки, эмали, компаунды и т.п.
• Смолы — сложные смеси органических веществ, главным образом высокомолекулярных, аморфного строения.
По происхождению они делятся на природные и искусственные, по отношению к нагреву — на термопластичные и термореактивные. Термопластичные при нагревании переходят в жидкое состояние, при охлаждении вновь твердеют практически без изменения свойств. Термореактивные при нагревании и соответствующей температуре переходят в твердое состояние, теряют способность к плавлению и растворению.
Еир колеблется от 10 до 80 МВ/м (при 20°С), нагревостойкость в основном класса А, Е. В ремонтной практике массово применяются следующие смолы:
канифоль — природная смола из живицы хвойных деревьев, легко растворяется в растительных и нефтяных маслах, спирте, скипидаре; термопластична (температура начала размягчения— 50-70°С, жидкое состояние при 100-110°С); материал доступный и дешевый. В электротехнике применяется в качестве флюса, добавок при изготовлении лаков, компаундов и пр.;
шеллак — природная смола, продукт жизнедеятельности насекомых тропических стран, легко растворяется в спирте, материал термореактивный, но дает хорошую изоляционную пленку и при холодной сушке, дорогой. Применяется лишь в виде лака в ответственных случаях, чаще всего в эксплуатации;
бакелит — искусственная фенолформальдегидная смола. Он термореактивен. Имеет достаточно хорошие электроизоляционные свойства и высокие механические характеристики. Обладает хорошей клейкостью и растворимостью в спирте, а также в других растворителях, мало эластичен, недугостоек, не отличается высокой стойкостью к воде.
Широко используется для пропитки дерева, изготовления пластмасс, в том числе слоистых пластиков и производства других материалов, изделий;
глифталь — синтетическая смола, термореактивна, более эластична и клейка, чем бакелит, и более дугостойкая, устойчива к тепловому старению, хорошо растворяется в ацетоне, спиртобензольной смеси и иных растворителях. Применяется в основном в электроизоляционных лаках;
• кремнийоргаиические смолы — искусственные смолы, в состав которых входит кремний. Имеют повышенную нагревостойкость по сравнению со всеми органическими смолами. Они обладают высокими электроизоляционными свойствами (даже при повышенных температурах). Отличаются малой гигроскопичностью, практически не смачиваются водой, покрытие ими различных изделий создает эффект водоотталкивания. Механическая прочность пленок таких смол невелика. Химическая стойкость их неудовлетворительна, дорогие. Однако широко используются для изготовления лаков, в компаундах, пластмассах и пр.
• Битумы — тоже сложные смеси углеводородов аморфного строения, естественного и искусственного происхождения, черного цвета. При низких температурах они хрупки, при повышении температуры плавятся, так как эти материалы термопластичные. Температура размягчения битумов +130 +140°С. Битумы хорошо растворяются в углеводородах (бензол, толуол и др.), но не в воде и спирте, немаслостойкие. Гигроскопичность плохая, при достаточной толщине практически водонепроницаемы. Еп — 10-25 МВ/м (20°С). Применяются в компаундах, лаках, различных электроизоляционных изделиях.
• Высыхающие масла — вязкие жидкости, способные переходить в твердое состояние с хорошими изоляционными свойствами. Получаются в основном из семян растений (льна, тунгового дерева, клещевины). Образующиеся пленки, как правило, термореактивные. Скорость высыхания масел ускоряется под действием температуры, воздуха, освещения, а также других факторов. Ускоряется высыхание и при использовании сиккативов, под которыми понимаются соединения некоторых металлов (свинца, кобальта, марганца), они вводятся в масла в качестве катализаторов химических реакций высыхания. Однако повышенное содержание сиккативов ускоряет тепловое старение материалов. Пленки высыхающих масел достаточно маслостойки даже при повышенной температуре (что очень важно, например, в трансформаторах). Применяются при изготовлении лаков, лакотканей, для пропитки дерева, бумаг, некоторых изоляционных изделий и т.п.
• Лаки — это коллоидные растворы пленкообразующих веществ в растворителях. В качестве основы главным образом используются смолы естественного и искусственного происхождения, битумы, высыхающие масла. В качестве растворителей применяются спирт, уайт-спирит, толуол, ксилол, скипидар, вода и пр.
При сушке растворитель удаляется, основа переходит в твердое состояние. Епр, в зависимости от основы, — 30-75 МВ/м (при 20°С), нагревостойкость, в зависимости от состава лака, от А до Н.
По применению лаки разделяют на:
пропиточные служат для замещения в пустотах изоляции воздуха лаком, что улучшает все ее изоляционные характеристики. К пропиточным лакам относится также большинство эмалей.
• Эмали — это лаки с добавкой пигментирующих веществ. Пигменты (в основном окислы металлов) вводят для придания лаковой пленке определенной окраски, улучшения ее механической прочности и приставаемости к поверхности, на которую наносится эмаль;
покровные — для образования на поверхности электроизделий механически и электрически прочной, влагостойкой, гладкой пленки.
Клеящие применяются для склеивания или изготовления различных твердых электроизоляционных материалов (изоляционных цилиндров, трубок, миканитов и т.п.), а также приклеивания их к металлам.
По режиму сушки их делят на лаки горячей и холодной сушки; первые дают пленку с высокими изоляционными свойствами только при нагревании до температуры выше +70°С, вторые—при сушке в условиях комнатной температуры.
Как правило, лаки горячей сушки дают более качественную во всех отношениях пленку.
По основе лаки делят на: смоляные, целлюлозные, масляные, битумные, масляно-смоляные и масляно-битумные.
Смоляные лаки — основой их являются смолы, к ним относятся следующие разновидности:
бакелитовые — раствор бакелита в спирте. По применению лаки делятся на пропиточные, покровные и клеящие. Термореактивные, холодной и горячей сушки. Пленки их механически прочные, но мало эластичные, склонные к ускоренному тепловому старению. Используются для изоляции электрических машин и аппаратов в основном высокого напряжения, используются при производстве текстолита, гетинакса и других изоляционных изделий;
глифталевые — раствор плифталевой смолы в смесях спирта с жидкими углеводородами или в им подобных растворителях. Лаки пропиточные, клеящие. Они термореактивные, горячей сушки. Гибкость пленок таких лаков выше, чем бакелитовых, влагостойкость ниже. Применяются в основном в изоляции трансформаторов;
кремпийорганические — эти лаки пропиточные и клеящие, горячей сушки, термореактивные. Они дают пленку с повышенными электроизоляционными характеристиками. Используются там, где изоляция работает при повышенной температуре, в атмосфере повышенной влажности и т.п.;
поливинилхлоридные — лаки покровные, термореактивные, горячей сушки. Их пленки обладают повышенной химической стойкостью. Применяются там, где на изоляцию действуют пары бензина, масел, кислот.
Целлюлозные лаки — растворы эфиров целлюлозы. Из них наиболее массово применяются нитролаки. Все они покровные, в отдельных случаях пропиточные (например, для хлопчатобумажной оплетки автомобильных проводов). Чаще всего это лаки холодной сушки, термопластичные. Пленки (особенно нитролаков) блестящие, с высокой механической прочностью, влаго-химостойкие, устойчивы к воздействию кислорода воздуха, света, масел. Вместе с тем нитролаки плохо держатся на металлах, что требует грунтовки последних до наложения лака. Нередко они используются для защиты пленок пропиточных лаков с ускоренным старением. В этих случаях наложение нитролаков производится поверх таких пленок после их запекания.
Масляные лаки. Их основой являются высыхающие масла, в состав могут входить также сиккативы и растворители (бензин, керосин). Лаки главным образом пропиточные и покровные. Они термореактивные, горячей сушки, однако, при высоком содержании сиккативов могут быть и холодной сушки. Пленки высоко эластич
ные, маслостойкие. Применяются для изготовления лакотканей, лакобумаг, изоляции листов электротехнической стали.
Битумные лаки — растворы битумов в органических растворителях; термопластичны, холодной сушки. Пленки имеют низкие электроизоляционные характеристики и малую гибкость, нагревостойкость невысокая. Используются для антикоррозийных покрытий.
Масляно-смоляные лаки — составы их, кроме высыхающих масел, содержат естественные или искусственные смолы. Они могут быть пропиточными, покровными и клеящими. Термореактивные, горячей сушки. Характеристики изоляционных пленок зависят от состава лака. Например, масляно-гпифталевые, по сравнению с чисто масляными лаками, имеют повышенную эластичность, клеящую способность, более нагревостойкие, а по сравнению с чисто глифталевыми лаками — с пониженной гигроскопичностью. Применяются в изоляции трансформаторов, обмотках электрооборудования, работающего в атмосфере с химически активными реагентами.
Масляно-битумные лаки —- в их основу, кроме высыхающих масел, входит битум, растворители бензол, толуол и др. По назначению они пропиточные и покровные. Горячей сушки, термопластичны, при нагревании пленки размягчаются, неустойчивы к маслам и другим органическим растворителям, но вместе с тем они влаго-химостойкие, менее гигроскопичные, слабо подвержены старению.
Нами рассмотрены лишь лаки, наиболее массово применяемые в ремонтной практике. Все лаки в соответствии со стандартизацией имеют буквенно-цифровое обозначение, при этом буквами указывается состав основы лака (БТ — масляно-битумный, ГФ — масляно-глифталевый и т.д.). В шифре первые цифры показывают назначение лака (9 — электроизоляционный), последующие — конкретный его вид.
• Компаунды отличаются от лаков тем, что в них отсутствует растворитель, и они могут быть в исходном состоянии твердыми. Однако для изготовления изоляции компаунды (нагреванием до соответствующей температуры) переводят в жидкое состояние с требуемой вязкостью. В их состав входят смолы, битумы, масла, воск.
Обычно компаунды термопластичны, однако все чаще используются термореактивные, особенно там, где от изоляции требуется повышенная нагревостойкость и способность не размягчаться при повышении температуры: в сухих трансформаторах, водостойких электрических машинах и т.п. По использованию делятся на пропиточные и заливочные.
Применение первых аналогично лакам. Например, их используют для пропитки статорных обмоток электрических машин, что дает возможность значительно улучшить электрическую прочность, нагревостойкость, стойкость к растворителям, влагостойкость и другие изоляционные показатели.
Вторые применяют для удаления воздуха из достаточно больших объемов и заполнения их массой с повышенными изоляционными характеристиками: кабельные воронки, муфты. В последнее время стали использоваться также пропиточно-заливочные компаунды для блоков электроаппаратов, для литой изоляции.