Лаки представляют собой коллоидные растворы различных пленкообразующих веществ в специально подобранных органических растворителях.
Пленкообразующими называются такие вещества, которые в результате испарения растворителей и процессов отвердевания (полимеризации) способны образовать твердую пленку.
К пленкообразующим веществам относятся смолы (природные и синтетические), растительные высыхающие масла, эфиры целлюлозы и др. В качестве растворителей пленкообразующих веществ применяют легко испаряющиеся (летучие) жидкости: бензол, толуол, ксилол, спирты, ацетон, скипидар и др.
Чтобы создать электроизоляционный лак, удовлетворяющий ряду требований, подбирают несколько пленкообразующих веществ, которые составляют основу лака. Для полного растворения лаковой основы и равномерного высыхания лака в него вводят, как правило, несколько летучих растворителей.
Для разбавления загустевших лаков в них вводят разбавители, которые отличаются от растворителей меньшей испаряемостью. Кроме того, они могут растворять лаковую основу только в смеси с растворителями. В качестве разбавителей применяют бензин, керосин, Уайт-спирит, скипидар и некоторые другие жидкости.
В состав лака могут еще входить пластификаторы и сиккативы.
Пластификаторы — вещества, придающие лаковой пленке эластичность; к ним относятся касторовое масло, жирные кислоты льняного масла и другие маслообразные жидкости.
Сиккативы представляют собой жидкие и твердые вещества, вводимые в некоторые лаки (масляные и др.), чтобы ускорить их высыхание. Сиккативы получаются в результате реакции окислов металлов (свинца, кобальта и др.) с некоторыми кислотами (канифоли, льняного масла и др.).
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. Эта пленка может быть гибкой (эластичной) или негибкой к хрупкой в зависимости от пленкообразующих веществ в лаковой основе.
Лаки подразделяются на группы согласно их назначению, способу сушки, а также согласно примененной в них лаковой основе.
По своему назначению электроизоляционные лаки делятся на пропиточные, покровные и клеящие.
Пропиточные лаки применяют для пропитки обмоток в электрических машинах и аппаратах с целью цементации (соединения) витков обмотки друг с другом, а также с целью устранения пористости в изоляции обмоток. Пропиточный лак, проникая в поры изоляции обмоток, вытесняет оттуда воздух и после своего 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. Эта характеристика определяется с помощью прибора, представленного на (рис. 113).
Рис. 113. Прибор для определения пропитывающей способности лаков
Прибор состоит из металлического основания 1 и металлической плиты 2 с вертикально расположенной на ней трубкой 3. Высота I рубки равна 110 мм, а ее внутренний диаметр 35 мм.
Для определения пропитывающей способности лака между основанием 1 прибора и его верхней плитой 2 закладывается стопка из 50 листов батиста (площадь листа 100x100 мм ). При помощи четырех барашков 5 стопка из листов батиста плотно зажимается между плитой и основанием прибора, после чего через отверстие в крышке 4 в трубку 3 заливают лак до отметки 100 мм. Пропитку лаком листов батиста производят в течение 15 мин., после чего лак из трубки сливают. Разобрав прибор, определяют, сколько листов батиста пропитал данный лак. Допускается замена батиста пропиточной бумагой толщиной 32 мк. Чем больше листов батиста (или бумаги) пропитано лаком, тем выше его пропитывающая способность. У пропиточных электроизоляционных лаков пропитывающая способность составляет от 30 до 50 листов батиста.
Покровные лаки применяют для создания на поверхности уже пропитанных обмоток влагостойких или маслостойких лаковых покрытий. К покровным лакам также относятся эмаль-лаки, применяемые для эмалирования обмоточных проводов, а также лаки, применяемые для изоляции листов электротехнической стали в магнитопроводах.
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 эти лаки обладали высоким прилипанием (адгезией) и образовывали бы прочный шов.
Следует заметить, что в практике часто бывает так, что один и тот же лак может применяться в качестве пропиточного и покровного или в качестве покровного и клеящего.
По способу сушки лаки делятся на две группы: лаки воздушной (холодной) сушки и лаки печной (горячей) сушки.
У лаков воздушной сушки отвердевание пленки происходит при комнатной температуре. К лакам воздушной сушки относятся шеллачные, эфироцеллюлозные и некоторые другие.
У лаков печной сушки отвердевание пленки 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.
По лаковой основе лаки делятся на смоляные, масляные, масляно-битумные и эфироцеллюлозные.
Смоляные лаки представляют собой растворы природных или синтетических смол в органических растворителях. К смоляным лакам относятся шеллачные, глифталевые, бакелитовые, поливинилацеталевые, кремнийорганические и др. В зависимости от основы смоляные лаки могут быть термопластичными (поливнилацеталевые, полихлорвиниловые и др.) и термореактивными (глифталевые, бакелитовые и др.).
Масляные лаки представляют собой растворы растительных (высыхающих и полувысыхающих) масел в органических растворителях. К высыхающим маслам относятся тунговое и льняное масла. Тунговое масло добывается из орешков тунгового дерева, оно быстро высыхает, образуя эластичную влагостойкую пленку. Льняное масло получается из семян льна. Уваренное до определенной плотности льняное масло служит основой масляных лаков. В масляные лаки обычно вводят сиккативы.
Пленки масляных лаков являются термореактивными веществами, т. е. не размягчаются при нагревании. С целью повышения твердости пленок в масляные лаки вводят иногда природные или синтетические смолы.
Область применения масляных лаков в электротехнике весьма ограничена по сравнению со смоляными лаками. Масляные лаки применяют для пропитки электроизоляционных лакотканей, эмалирования обмоточных проводов и как покровные лаки, отличающиеся стойкостью к влаге.
Масляно-битумные лаки представляют собой растворы масляно-битумных смесей в органических растворителях (скипидар, толуол, ксилол и др.). Для этого применяют битумы нефтяные и природные (асфальты). Из растительных масел применяется главным образом льняное масло. Пленки этих лаков имеют черный цвет. Они обладают хорошими электроизоляционными свойствами, отличаются эластичностью и водостойкостью. Пленки масляно-битумных лаков термопластичны и легко растворяются в минеральных маслах и в ряде растворителей, что является их недостатком.
Масляно-битумные лаки (марок 441, 447, 458, 462 и др.) широко применяют в электротехнике в качестве пропиточных лаков для обмоток электрических машин.
Эфироцеллюлозные лаки представляют собой растворы эфиров целлюлозы (нитроцеллюлоза, ацетилцеллюлоза и др.) в смеси растворителей амилацетат, ацетон, спирты и др. Пленки этих лаков прозрачны, имеют характерный блеск и обладают стойкостью к минеральным маслам, бензину и озону. Эфироцеллюлозные лаки применяют преимущественно для лакирования хлопчатобумажных оплеток проводов с резиновой изоляцией — для защиты резины от действия бензина, минеральных масел и озона. К металлам эти лаки прилипают плохо .
Применение эфироцеллюлозных лаков облегчается тем, что они являются лаками воздушной сушки, но область применения их в электротехнике относительно невелика.
Характеристика лаков. Основными характеристиками лаков и жидком состоянии являются вязкость лака, время высыхания и пропитывающая способность лака. У лаковых пленок определяют термоэластичность, водопоглощаемость и электрические характеристики.
Вязкость лаков определяется с помощью приборов — вискозиметров. Для определения вязкости лаков чаще всего используют вискозиметр ВЗ-4. Он вмещает 100 мл испытуемой жидкости.
Сосуд вискозиметра вначале промывают бензином или другим растворителем и дают высохнуть на воздухе. Затем его заполняют испытуемым лаком и дают отстояться в течение 5 мин. После этого, подставив сосуд под сточное отверстие, открывают пробку и пускают в ход секундомер. За вязкость принимается время (сек.) истечения 100 мл данного лака из вискозиметра ВЗ-4. Вязкость является очень важной характеристикой лака, так как она определяет пропитывающую способность лаков и другие их свойства.
Время высыхания лака определяется следующим образом. Пропитывают испытуемым лаком полоски бумаги толщиной 0,05 мм и площадью 100x200 мм. В случае испытания лака воздушной сушки, пропитанные бумажные полоски сушат при температуре 20°С в хорошо вентилируемом помещении. Затем на поверхность лакированной бумаги накладывается кусочек фильтровальной бумаги, который прижимается к поверхности лакированной бумаги грузом 200 г, действующим на металлическую пяту площадью в 1 см . Это испытание продолжается в течение 30 сек. Лак считается высохшим, если после снятия груза фильтровальная бумага не прилипает к поверхности лакированной бумаги и не оставляет на ней волокон. При этом отмечается время высыхания лака при 20°С.
Если определяют время высыхания лака горячей сушки, то пропитанные лаком бумажные полоски сушат при повышенной температуре, указанной в технологической инструкции на данный лак. В остальном процессе испытания проводят так же, как и лака воздушной сушки. При очень высоких температурах высыхания (150—200°С) лакируют не полоски бумаги, а медные пластинки толщиной 1 мм.
Пропитывающая способность пропиточных электроизоляционных лаков определяется с помощью прибора, который был описан ранее.
Термоэластичность — время (час.) теплового старения лаковой пленки при заданной температуре, по истечении которого на пленке появляются трещины при изгибании ее вокруг стального стержня диаметром 3 мм.
Для определения этой характеристики испытуемый лак наносится (погружением) на тонкие (толщиной 0,1 мм) медные полоски шириной 15 мм и длиной 100 мм. Толщина высушенной лаковой пленки на медной полоске должна составлять 0,045 — 0,055 мм. Заготовленные лакированные полоски свободно подвешивают в термостате (обогреваемой камере), где поддерживается заданная температура испытания (105, 150, 200°С). При постоянном воздействии температуры и доступа кислорода воздуха лаковые пленки претерпевают процесс теплового старения, в результате чего становятся хрупкими.
Через определенные промежутки времени из термостата вынимают по одной лакированной медной полоске. После охлаждения до комнатной температуры полоску изгибают вокруг стального стержня диаметром 3 мм. Затем через лупу с пятикратным увеличением наблюдают за появлением трещин на наиболее растянутом участке изогнутой лаковой пленки.
Водопоглощаемостъ лаковой пленки — это увеличение веса лаковой пленки, нанесенной на металлическую полоску (толщиной 0,1 мм и площадью 50x50 мм), после пребывания ее в дистиллированной воде в течение 24, 48 час и более. Увеличение веса лаковой пленки (привес поглощенной воды) выражают в процентах по формуле:
%
где G0 — вес металлической пластинки без лаковой пленки;
G1 — вес металлической пластинки, покрытой лаком в исходном состоянии;
G2 — вес металлической пластинки, покрытой лаком, но после пребывания в воде.
Для определения электрических характеристик лак наносят ровным слоем толщиной 0,045—0,055 мм на медные пластинки толщиной 0,2 мм и площадью 150X125 мм . Медные пластинки предварительно обезжиривают каким-либо растворителем: бензином, толуолом и др. Затем, окуная пластинки в лак с последующей сушкой, наносят слой лака необходимой толщины. Пленка лака толщиной 0,045—0,055 мм образуется в результате многократного погружения медной пластинки в лак. Температуру и время сушки выбирают согласно технологической инструкции на данный лак.
В табл. 32 приведены характеристики нескольких широко применяемых
электроизоляционных лаков.
Следует заметить, что очень трудно подобрать электроизоляционный лак, удовлетворяющий одновременно нескольким требованиям, например, чтобы он быстро высыхал, был теплостойким и водостойким. Обычно быстровысыхающие лаки — не теплостойки, а лаки с высокой теплостойкостью, например кремнийорганические, требуют высоких температур для сушки (180 — 200°С).
Перед применением вязкость лака должна быть доведена до требуемой величины. С этой целью в загустевшие лаки небольшими порциями вводят разбавители (бензин, керосин и др.)
Растворители и разбавители являются легко воспламеняющимися жидкостями, а пары их в смеси с воздухом (при определенной концентрации) могут образовать взрывчатые смеси. Поэтому при работе с лаками должны соблюдаться меры предосторожности. Разведение больших количеств лака разбавителями следует производить в вытяжных шкафах или в хорошо вентилируемых помещениях, так как пары растворителей и разбавителей токсичны. Пропитка обмоток лаками должна производиться в специальных пропиточных установках, в которых объекты пропитки и лак находятся в герметически закрытых металлических емкостях.
Опасность пожара и опасность для работающего персонала в значительной мере устраняются при применении водно-эмульсионных лаков, растворителем в которых является водопроводная вода. В настоящее время получили распространение несколько видов доступных пропиточных водно-эмульсионных лаков, в состав которых не входят дорогостоящие органические растворители. Кроме воды и лаковой основы, в состав водно-эмульсионных лаков вводят еще эмульгаторы. Это вещества, препятствующие оседанию частичек лаковой основы, взвешенных в воде.
Основные характеристики электроизоляционных лаков. Таблица 32