Лаки, эмали, компаунды

Электроизоляционные лаки представляют собой коллоидные растворы на лаковой основе, образующей после удаления раствори­теля пленку, которая обладает электроизоляционными свойствами.

Лаковая основа представляет собой ту часть лака, которая об­разует пленку и состоит из битумов, высыхающих растительных масел, природных или синтетических смол, а также из их компози­ций.

Синтетические и природные смолы, применяемые при изготовле­нии электроизоляционных лаков, эмалей и компаундов, описаны в 8.3. Рассмотрим также применяемые для лаковой основы расти­тельные масла и битумы.

Растительные масла, получаемые из семян различ­ных растений, способны под действием нагрева, освещения, сопри­косновения с кислородом воздуха и других факторов переходить в твердое состояние. Высыхание масел является сложным химиче­ским процессом, связанным с полимеризационными процессами и поглощением маслом некоторого количества кислорода из воздуха, поэтому масса льняного и подобного масел при сушке может не­сколько увеличиваться. Наиболее широко применяются льняное и тунговое масла. Эти масла, если их нанести на поверхность, быстро высыхают с образованием твердой неплавкой пленки. Пленки из тун­гового масла не растворяются в органических растворителях, стой­ки к действию воды, а пленки льняного масла почти не растворяют­ся в растворителях. Наиболее высокими электроизоляционными свойствами обладает тунговое масло, которое является токсичным продуктом. Катализаторами реакций высыхания масел являются соединения свинца, кобальта, кальция, вводимые в масла в виде со­лей, различных кислот. Такие вещества называются сиккативами.

Битумы – черные, твердые или пластичные вещества с аморфной структурой, состоящие в основном из сложной смеси углеводородов и продуктов их дальнейшей полимеризации и окисления. Природные битумы, называемые также асфальтами, содержат различные минеральные примеси. Битумы при нагревании переходят в жидкое состояние, при охлаждении затвердевают. При низких температурах они хрупки и дают характерный излом в виде раковины. Лучшие электроизоляционные свойства, как правило, имеют более тугоплавкие битумы, они труднее растворяются и более хрупки. Температура размягчения битумов может быть повышена путем пропускания воздуха через расплавленный битум. По своим диэлектрическим характеристикам битумы могут быть отнесены к слабополярным соединениям. Для электроизоляционной техники наиболее широко применяют нефтяные битумы марок БН-III, БH-IV, БН-V и более тугоплавкие спецбитумы марок В и Г.

Растворители – летучие жидкости, применяемые для растворе­ния лаковых основ и улетучивающиеся в процессе образования пленки. Растворителями могут служить ароматические углеводоро­ды, спирты, сложные и простые эфиры, скипидар и др. В состав ла­ка, кроме того, могут входить следующие дополнительные ве­щества.

Сиккативы – вещества, ускоряющие процесс высыхания расти­тельных масел и лаков. Пластификаторы – вещества, придающие эластичность и ударную прочность лаковой пленке. Отвердители – соединения, способствующие отверждению пленки лака. Инициа­торы и ускорители – вещества, ускоряющие процесс образования полимеров. Ингибиторы – соединения, препятствующие прежде­временному загустеванию.

Электроизоляционные эмали представляют собой лаки, в составкоторых входят пигменты – высокодисперсные неорганические ве­щества, повышающие твердость и механическую прочность лаковой пленки, теплопроводность, дугостойкость. В качестве пигментов часто применяют диоксид титана, железный сурик и др.

Электроизоляционные компаунды в основном состоят из тех же веществ, которые входят в состав лаковой основы электроизоляци­онных лаков, но в отличие от лаков не содержат растворителей, В момент применения при нормальной и повышенной температуре компаунды находятся в жидком состоянии и твердеют после охлаж­дения или в результате происходящих в них химических процессов

Кроме того, в состав компаундов могут входить активные разбавители, понижающие вязкость компаунда, пластификаторы, от­вердители, инициаторы и ингибиторы, назначения которых те же, что и в лаках. В состав компаунда могут также входить наполните­ли неорганические и органические порошкообразные или волок­нистые материалы, применяемые для уменьшения усадки, улучше­ния теплопроводности, уменьшения температурного коэффициента расширения и снижения стоимости. В качестве наполнителей при­меняют пылевидный кварц, тальк, слюдяную пыль, асбестовое и стеклянное волокно и ряд других.

Электроизоляционные лаки и компаунды широко применяются в электроизоляционной и кабельной технике, в производстве элект­рических машин, турбо- и гидрогенераторов, аппаратов, трансфор­маторов, распределительных устройств, в высокочастотной тех­нике.

Выбор электроизоляционных лаков или компаундов для той или иной конструкции основывается на знании технических требований для данной конструкции и условий ее работы, на физических и элект­рических характеристиках лаков и компаундов, определяемых со­ответствующими ГОСТами и техническими условиями (ТУ).

По назначению и выполняемым функциям электроизоляционные лаки принято подразделять натри основные группы: пропиточные, покровные и клеящие.

Пропиточные лаки предназначены для пропитки изоляции обмо­ток электрических машин и аппаратов, для пропитки различных электроизоляционных материалов волокнистого строения – бума­ги, ткани, стеклоткани, электрокартона и др.

Покровные лаки используют для создания внешней защитной отделки различных электроизоляционных деталей, металлических узлов и деталей, покрытия предварительно пропитанных обмоток электрических машин и аппаратов. К этой группе относятся также эмаль-лаки, применяемые в кабельной промышленности, и полупро­водящие лаки, обладающие повышенной удельной проводимостью.

Клеящие лаки предназначаются для склеивания различных электроизоляционных материалов и деталей, слюды, бумаги, кар­тона и т. п.

Приведенная классификация лаков в значительной мере явля­ется условной, так как один и тот же лак иногда может служить и пропиточным и клеящим, например бакелитовый лак при производ­стве слоистых пластиков.

По способу сушки электроизоляционные лаки делятся на лаки воздушной, или холодной, сушки и печной, или горячей.

Лаки, воздушной сушки высыхают и образуют пленки требуемого качества при комнатной температуре. Образование пленки лака воз­душной сушки может происходить в результате удаления летучих растворителей, окислительных или полимеризационных процессов (в масляных или битумных лаках), а также при введении соответст­вующих отвердителей холодного отверждения в лаках на основе некоторых синтетических смол.

Лаки печной, или горячей, сушки содержат в основе высококипящие растворители, медленно улетучивающиеся при нормальной температуре, или композиции различных термореактивных синте­тических смол, в которых во время сушки при высокой температуре 100°С и выше происходят реакции окисления, полимеризации или поликонденсации.

По химическому составу лаковой основы электроизоляционные лаки делятся на три основные группы: масляные, смоляные, эфироцеллюлозные.

Масляные (маслосодержащие) лаки состоят из высыхающих рас­тительных масел и натуральных или синтетических смол или биту­мов с добавкой сиккативов. Из высыхающих масел наиболее часто применяют льняное, тунговое, ойтисиковое или их смеси. Раствори­телями являются алифатические углеводороды (керосин, уайт-спи­рит), ароматические (толуол, ксилол) или их смеси, а также скипи­дар. К группе масляных лаков относятся масляно-битумные, масляно-канифольные, масляно-алкидные лаки. В состав масляно-битумных лаков входят растительные масла в композиции с асфальтами и асфальтитами либо искусственными нефтяными битумами с добавкой сиккатива. В состав масляно-канифольных лаков входят кроме высыхающих растительных масел препараты, содержащие канифоль. Масляно-алкидные лаки представляют собой продукт реакции поликонденсации многоатомных спиртов с многоосновными кислотами.

Смоляные лаки получаются на основе синтетических смол. При­мером являются фенолоформальдегидные смолы, растворенные в этиловом спирте, водные феноло- или крезолоформальдегидные лаки, не содержащие спирта. К этой же группе относятся лаки на основе полиэфирных, эпоксидных, кремнийорганических смол, ла­ки на основе полиэфирных, эпоксидных, кремнийорганических смол, лаки на основе натуральных смол или битумов.

Эфироцеллюлозные лаки, представляющие собой растворы различных эфиров целлюлозы (нитроцеллюлоза, этил целлюлоза) с добавкой пластификаторов смеси со сложными эфирами, спирта­ми, кетонами и ароматическими углеводородами имеют ограничен­ное применение в электротехнической промышленности.

Электроизоляционные компаунды по своему назначению и выпол­няемым функциям делятся на две основные группы: пропиточные и заливочные. Пропиточные компаунды служат для заполнения пор, капилляров и воздушных включений в электроизоляционных мате­риалах, используемых главным образом для обмоток электрических машин, катушек аппаратов, трансформаторов и других электротех­нических конструкций. После пропитки повышается электрическая прочность материала и всей конструкции в целом, улучшаются теп­лопроводность, теплоотдача обмоток, что позволяет увеличить мощ­ность электрических машин и аппаратов при тех же габаритах, уве­личиваются механическая прочность, влагостойкость, срок службы всей конструкции.

По отношению к нагреву электроизоляционные компаунды де­лятся на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные компаунды твердые при нормальной темпера­туре, при нагревании размягчаются, становятся пластичными и пе­реходят в жидкое состояние, при охлаждении снова затвердевают. Расплавление и отверждение компаундов этой группы можно прово­дить многократно. Для изготовления этих компаундов часто применяют нефтяные битумы в сочетании с растительными и минеральны­ми маслами, канифолью и некоторыми термопластичными полиме­рами.

Термореактивные компаунды в момент их применения находятся в жидком состоянии, а затем затвердевают в результате происходя­щих в них химических реакций. Отверждение компаундов этой груп­пы происходит под действием отвердителя или катализатора. После отверждения компаунд становится твердым, неплавким и не раство­римым в обычных растворителях. Как и лаки, эти компаунды делят­ся на компаунды горячего и холодного отверждения. Компаунды горячего отверждения переходят в твердое состояние при специаль­ной термической обработке, а компаунды холодного отверждения переходят в твердое состояние под действием отвердителей.

По химическому составу электроизоляционные компаунды де­лятся на компаунды, изготовляемые на основе нефтяных битумов, растительных или минеральных масел и канифоли, и компаунды на основе синтетических смол. В компаунды, изготовляемые на основе различных нефтяных битумов, иногда добавляют льняное или мине­ральное масло и канифоль. Компаунды на основе синтетических смол изготовляются на основе полиэфирных, эпоксидных, эпоксид­но-полиэфирных кремнийорганических и прочих смол и их компо­зиций.