Из природных смол наибольшее применение в электротехнике получили канифоль, шеллак и битумы.
Канифоль представляет собой хрупкое стеклообразное вещество в виде кусков неправильной формы. Получают канифоль в результате термической обработки сока хвойных деревьев — живицы. После отгонки из живицы воды и скипидара образуется твердое аморфное вещество — канифоль, которую подвергают химической очистке. Цвет очищенной канифоли меняется от светло-лимонного до темно-оранжевого. Чем темнее окраска канифоли, тем больше в ней примесей, снижающих ее электроизоляционные свойства.
В электротехнике применяют канифоль марок I и II темно-желтой окраски. В состав канифоли входят смоляные кислоты: абиэтиновая, колофоновая, эфирные масла и другие вещества.
Характеристики канифоли: удельный вес 1,07÷1,10 г/см3; температура размягчения (по Кремер — Сарнову) 65÷70°С (переход канифоли в жидкое состояние происходит при 110 — 120°С); ρν = 1013÷1014 Ом*см; ε = 3,0÷3,5; tg δ = 0,01 ÷ 0,05; Eпр = 10÷15 кВ/мм. Канифоль является полярным диэлектриком.
Канифоль относится к термопластичным материалам, размягчающимся при нагревании и хорошо растворяется во многих растворителях — скипидаре, бензине, этиловом спирте, ацетоне и др. В электротехнике канифоль применяется в качестве загустителя минеральных масел, идущих для пропитки бумажной изоляции кабелей, а также в качестве составной части масляно-канифольных заливочных электроизоляционных компаундов. Канифоль применяется также для изготовления сиккативов — веществ, ускоряющих процесс высыхания масляных и смоляных лаков. В этом случае расплавленную канифоль нагревают с окислами металлов свинца (РbО), марганца (Мn02) и др. В результате образуются резинаты, представляющие собой соли соответствующих металлов и смоляных кислот канифоли.
Канифоль применяется также в качестве флюса при пайке медных проводов.
Шеллак образуется в результате жизнедеятельности особого вида насекомых. Эти насекомые, перерабатывая сок тропических лаковых деревьев, выделяют наплывы сырой смолы, которые являются исходным веществом для получения шеллачной смолы. Сырая смола содержит 80 - 85% шеллачной смолы, 3-8% шеллачного воска, 5-7% красящих веществ, остатки растений и некоторые другие вещества.
Снятые с деревьев наплывы смолы промывают горячей водой и сушат, а затем расплавляют и фильтруют с целью очистки шеллака от механических примесей.
Очищенный шеллак, поступающий для промышленного применения, представляет собой хрупкие чешуйки неправильной формы толщиной от 0,5 до 1,0 мм. Цвет чешуек шеллака – от желтого до темно-оранжевого.
Характеристика шеллака: удельный вес 1,0÷1,04 г/см3 ; температура плавления 100÷120°С; ρν =1015÷1016 Ом*см; ε= 3,5; tg δ= 0,008÷0,02; Епр = 20÷30 кВ/мм.
Шеллак является полярным диэлектриком.
Многократная переплавка шеллака снижает электрическую прочность и другие его электрические характеристики
Шеллак хорошо растворяется в этиловом спирте, в нагретых минеральных маслах (трансформаторном и др.), частично растворяется в ацетоне и серном эфире. В бензине, скипидаре шеллак не растворяется.
Шеллак относится к группе термореактивных веществ, т. е. способен переходить при нагревании в неплавкое и нерастворимое состояние (так называемый мертвый шеллак). Характерным свойством шеллака является его прилипание (адгезия) к слюде и другим материалам. Поэтому главное использование шеллака в электротехнике — это изготовление на его. основе клеящих спиртовых лаков. Шеллачные лаки применяются для склеивания листочков слюды в производстве коллекторного и формовочного миканитов. Для обеспечения высокой клеящей способности шеллачного лака его фильтруют через матерчатый фильтр, чтобы освободить лак от шеллачного воска. Воск не растворяется в спирте и остается на поверхности фильтра.
В отдельных случаях шеллачные лаки применяют для лакирования пластмассовых деталей. В этих случаях шеллачный лак не освобождают от воска, так как последний служит пластификатором (мягчителем), придающим некоторую эластичность пленке шеллачного лака. Содержание шеллака в электроизоляционных лаках колеблется в пределах 30—45%.
Шеллак ввозят главным образом из Индии. Применение его в электротехнике относительно невелико.
Битумы представляют собой твердые или жидкие высоковязкие вещества черного цвета. Все битумы размягчаются при нагревании, т. е. являются термопластичными материалами. Различают битумы нефтяные (искусственные), получаемые в результате перегонки нефти, и природные (ископаемые) битумы называемые асфальтами и асфальтитами. Природные битумы тоже образовались из нефти, но в естественных условиях.
По химическому составу все битумы представляют собой сложную смесь нефтяных смол, твердых и жидких углеводородов и других веществ - карбенов и асфальтенов. Карбены и асфальтены — вещества кристаллического строения. Они сообщают битумам твердость и повышают температуру их размягчения. Карбены, содержащие частицы углерода, снижают электроизоляционные свойства битумов.
Сорта нефтяных битумов, обозначаемые марками, различают согласно температуре их размягчения (по методу «кольца и шара»). Основной сортамент нефтяных битумов и асфальтитов представлен в табл. 28.
Тепловые характеристики битумов Таблица 28
| Марка или наименование битума | Температура размягчения, "С (не ниже) | Температура вспышки в сп крытом тигле. °С (не ниже |
| БН-0 | Не нормируется | |
| БН-1 | ||
| БН-Н | ||
| БН-11-V | ||
| БН-Ш | ||
| БН-III-V | ||
| БН-IV | ||
| БН-V | ||
| Б | ПО | |
| В | ||
| Г | ||
| Асфальтит садкинский | 160—220 | _ |
В электротехнике применяются только твердые сорта битумов с температурой размягчения от 70°С и выше. Природные битумы (асфальты и асфальтиты) обладают более высокой температурой размягчения (150—220°С) по сравнению с нефтяными битумами. Это имеет важное значение при использовании битумов в электрической изоляции.
Температура размягчения битумов может быть повышена пропусканием воздуха через слой расплавленного битума при 230—280°С. При этом отгоняются низкокипящие вещества (маслянистые фракции) и происходит окисление непредельных соединений, содержащихся в битуме. В результате такой обработки расплавленного битума воздухом получают так называемые продутые битумы, имеющие более высокие температуры размягчения.
Битумы хорошо совмещаются с минеральными и растительными маслами. Введение минеральных масел в битумы придает им эластичность и делает их более морозостойкими. Этим пользуются при изготовлении специальных составов (компаундов), для заливки кабельных муфт. Совмещаемость битумов с растительными маслами используется при изготовлении масляно-асфальтовых электроизоляционных лаков. Введение в битумы растительных масел, например, льняного, повышает механическую прочность и нагревостойкость пленок этих лаков.
Битумы и асфальты растворяются во всех углеводородах: бензоле, толуоле, ксилоле, бензине, а также в минеральных маслах и в других растворителях. В этиловом спирте битумы не растворяются.
Характеристики битумов: удельный вес 1,05÷1,20 г/см3; ρν =1013÷ 1015 Ом * см; ε=2,2÷2,8; tg δ=0,008 ÷0,05; Епр= 12 ÷25 кВ/мм.
Характерными свойствами битумов являются их химическая инертность и стойкость к воде. Битумы — доступные и дешевые материалы с хорошими электроизоляционными свойствами. Они широко используются для изготовления электроизоляционных заливочных и пропиточных составов — компаундов и масляно-битумных лаков различного назначения.