Тема 3.8 Лаки, эмали, компаунды

Лаки представляют собой коллоидные растворы (состоят из некристаллизующихся частичек) каких-либо пленкообразующих веществ в специально подобранных органических растворителях.

К пленкообразующим веществам относятся смолы (природные и синтетические), растительные высыхающие масла, эфиры целлюлозы. В качестве растворителей пленкообразующих веществ применяют легкоиспаряющиеся (летучие) жидкости: бензол, толуол, ксилол, спирты, скипидар и др.

Для разбавления загустевших лаков в них вводят разбавители (бензин, лаковый керосин, скипидар и некоторые другие жидкости), которые отличаются от растворителей меньшей испаряемостью.

В состав лака могут также входить пластификаторы и сиккативы. Пластификаторы — вещества, придающие лаковой пленке эластичность. К ним относятся касторовое масло, жирные кислоты льняного масла и др. Сиккативы представляют собой жидкие или твердые вещества, вводимые в некоторые лаки для ускорения их высыхания.

При сушке слоя лака, нанесенного на какую- либо поверхность, содержащиеся в нем органические растворители улетучиваются (испаряются), а пленкообразующие вещества в результате процессов полимеризации образуют твердую лаковую пленку.
В зависимости от свойств пленкообразующих веществ, составляющих лаковую основу, эта пленка может быть гибкой (эластичной) или негибкой и хрупкой.

Пропиточные лаки применяют для пропитки обмоток эластических машин и аппаратов с целью цементации (соединения) их витков друг с другом, а также устранения пористости изоляции. Пропиточный лак, проникая в поры изоляции, вытесняет из них воздух и после отвердевания делает обмотку влагостойкой. При этом повышается электрическая прочность изоляции обмотки и ее коэффициент теплопроводности. Одной из главных характеристик пропиточных лаков является их пропитывающая способность. Чем меньше вязкость лака, тем больше его пропитывающая способность.

Покровные лаки применяют для создания на поверхности пропитанных обмоток влагостойких или маслостойких лаковых покрытий. К покровным относят также эмаль-лаки, применяемые для эмалирования обмоточных проводов, а также лаки, используемые для изоляции листов электротехнической стали и других деталей.

Клеящие лаки применяют для склеивания различных электроизоляционных материалов: листочков слюды (в производстве слоистой слюдяной изоляции), керамики, пластмасс и др. Основное требование, предъявляемое к клеящим лакам, состоит в том, чтобы они обладали хорошим прилипанием (адгезией) и образовывали прочный шов.

В зависимости от способа сушки лаки делят на две группы: воздушной (холодной) и печной (горячей) сушки.

Отверждение пленки лаков воздушной сушки, к которым относят шеллачные, эфироцеллюлозные и некоторые другие, происходит при комнатной температуре, а лаков печной сушки возможно лишь при температурах, значительно выше комнатной (от 100 °С и выше).
В лаках печной сушки применяют термореактивные пленкообразующие вещества (глифталевые, резольные и другие смолы), отвердевание которых обусловлено процессами полимеризации,.требующими повышенных температур. Лаки горячей сушки, как правило, обладают более высокими механическими и электрическими характеристиками, чем лаки печной сушки.

Электроизоляционные эмали представляют собой лаки с введенными в них мелкораздробленными веществами — пигментами. В качестве пигментов применяют неорганические вещества, преимущественно оксиды металлов (оксид цинка, железный сурик) и их смеси. Пигментирующие вещества, введенные в лак, тщательно перетирают в краскотерочных машинах до получения однородной массы. При высыхании эмалей пигменты вступают в химические реакции с лаковой основой, образуя плотное покрытие с повышенной твердостью.

Электроизоляционные эмали являются покровными материалами и служат для покрытия лобовых частей обмоток электрических машин и аппаратов с целью защиты их от смазочных масел, влаги и других воздействий.

Основой многих электроизоляционных эмалей являются масляно-глифталевые лаки, характеризующиеся высокой клеящей способностью и повышенной нагревостойкостью. На масляно-глифталевых лаках изготовляют эмали нескольких марок: СПД — эмаль горячей (105 °С) сушки, покрытия из которой имеют серый цвет и обладают стойкостью к минеральным маслам и к электрическим искрам; СВД — эмаль холодной сушки, которая образует покрытия серого цвета, стойкие к минеральным маслам; КВД — эмаль холодной сушки, которая образует покрытия красно-коричневой окраски, стойкие к действию электрической дуги.

Эмали на эпоксидных лаках отличаются хорошим прилипанием (адгезией) и повышенной нагревостойкостью (до 155 °С).

Большой интерес представляют электроизоляционные эмали на основе кремнийорганических лаков, отличающиеся очень высокой нагревостойкостью (180—200 °С).

«Компауды»

Компаунды — это электроизоляционные составы, изготовляемые из нескольких исходных веществ (смол, битумов). В момент применения компаунды представляют собой жидкости, которые, постепенно отвердевая, превращаются в монолитный твердый диэлектрик.

В отличие от лаков и эмалей компаунды не содержат летучих растворителей При сушке слоя лака растворители испаряются и, улетучиваясь, образуют в пленке лака сквозные поры и капилляры. Это приводит к снижению влагостойкости изоляции, пропитанной лаком.
Отсутствие в компаундах растворителей обеспечивает их монолитность после отверждения. Согласно назначению компаунды разделяются на пропиточные, заливочные и обмазочные.

Пропиточные компаунды применяют для пропитки обмоток электрических машин и аппаратов с целью цементации их витков и защиты от влаги, заливочные — для заливки полостей (свободных пространств) в кабельных муфтах и воронках, а также в корпусах электрических аппаратов — трансформаторов тока, дросселей и др. Применяются термореактивные компаунды, не размягчающиеся после отверждения, и термопластичные, размягчающиеся при последующем нагреве. К термопластичным относятся компаунды на основе битумов, воскообразных диэлектриков (парафин, церезин и др.), термопластичных полимеров (полистирол и др.).

Наиболее широкое применение в электротехнике получили термопластичные компаунды на основе битумов, которые являются дешевыми материалами, стойкими к воде, и обладают хорошими электроизоляционными свойствами.

Так, для пропитки обмоток электрических машин применяют битумный пропиточный компаунд № 225Д, получаемый в результате сплавления битума, канифоли и льняного масла, взятых в определенных отношениях. В твердом состоянии этот компаунд представляет собой массу черного цвета с блестящей поверхностью.

Для пропитки обмоток компаунд нагревают до температуры 160—170 °С, при которой он переходит в жидкое состояние и его частицы становятся способными проникать внутрь пропитываемой обмотки. Пропитывают обмотки жидкими битумными компаундами в специальных закрываемых герметически пропиточных котлах. Предварительно обмотки, помещенные в пропиточные котлы, сушат под вакуумом при температуре 100—180 °С. Затем в пропиточный котел впускают разогретый жидкий компаунд, который начинает проникать в отрытые поры изоляции обмоток. Давление в котле повышают до (6÷8) -105 Па, и жидкий компаунд, проникая в поры изоляции обмоток, одновременно опрессовывает их. Пропитанные обмотки дополнительно сушат. Для различных обмоток и компаундов разрабатываются разные режимы пропитки.

В результате пропитки получают монолитную изоляцию обмоток повышенной механической и электрической прочности, стойкую к парам воды.

Так как битумы являются термопластичными материалами, битумные компаунды применяют, как правило, для пропитки неподвижных обмоток. Из вращающихся обмоток (при перегреве их) битумный компаунд может вытекать. Битумными компаундами нельзя также пропитывать обмотки, работающие в трансформаторном масле или подвергающиеся воздействию бензина, керосина, так как все битумы растворяются в минеральных маслах и в углеводородах (бензин, бензол и др.).

Среди заливочных битумных компаундов наиболее широко применяют компаунды МБ-70, МБ-90, МБМ-1 и МБМ-2. Компаунды МБ-70 и МБ-90 изготовляют на основе нефтяных битумов, взятых в разных соотношениях, а МБМ-1 и МБМ-2 — также на основе битумов, но для повышения холодостойкости в них вводят трансформаторное масло. Этими компаундами заливают полости кабельных соединительных муфт и концевых
воронок напряжением до 10 кВ.

Большой интерес представляют термореактивные компаунды, которые при последующем нагревании не размягчаются. К ним относится компаунд МБК, одновременно являющийся пропиточным и заливочным.

Компаунды МБК (компаунд метакрил-бутиловый) изготовляют на основе эфиров метакриловой кислотс введением или без введения в них отвердителей и пластификаторов. В исходном состоянии компаунды МБК представляют собой прозрачные с желтоватым оттенком жидкости, которые при нагревании образуют твердые изоляционные блоки. В жидком состоянии компаунды МБК обладают хорошей пропитывающей способностью.

Компаунды МБК при введении в них отвердителей отвердевают при 20 °С в течение 20—24 ч, а без отвердителей — 8—10 ч, но при нагреве до 75 °С. В отвердевшем состоянии компаунды инертны по отношению к меди, стойки к воде и обладают хорошими электроизоляционными свойствами.

Компаунд МБК-1 в отвердевшем состоянии представляет собой твердую неэластичную массу. Компаунды МБК.-2 и МБК-3 образуют твердые эластичные массы, так как в них вводятся пластификаторы — маслообразные жидкости.

Компаунды МБК применяют в интервале температур от —60 до +110°С (без наполнителя). При введении минерального наполнителя их используют при температурах от —60 до -|- 150 °С.

Компаунды МБК поставляются в виде жидкостей, которые могут растворять или вызывать набухание резины и пленок некоторых лаков. В присутствии резины компаунды МБК не отвердевают, что является их недостатком.

Очень широкое применение получили компаунды на основе смеси одной из эпоксидных смол с отвердителями (ангидридов фталевой или малеиновой кислоты и других веществ). Эти компаунды отличаются хорошей адгезией к металлам, керамике, пластмассам и волокнистой изоляции обмоток, обладают повышенной механической прочностью и малой объемной усадкой (0,5—1,5%).

В зависимости от отвердителя эпоксидные компаунды могут переходить из жидкого в твердое состояние при повышенных температурах (120—140 °С) или при комнатной температуре. При введении в жидкую эпоксидную смолу ангидридов фталевой или малеиновой кислоты отверждение компаунда происходит при температуре 120—140 °С в течение 4—10 ч. При введении других отвердителей, например гексаметилендиамина, отверждение компаунда протекает при комнатной температуре в течение 20—24 ч. Такие компаунды называют компаундами холодного отверждения.