§ 56. Природные электроизоляционные смолы
Из природных смол наибольшее применение в электротехнике получили канифоль, шеллак и битумы.
Канифоль представляет собой хрупкое стеклообразное вещество в виде кусков неправильной формы. Канифоль получают в результате термической обработки живицы — сока хвойных деревьев. 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 желтой окраски. В состав канифоли входят смоляные кислоты: абиэтиновая, колофеновая, эфирные масла и другие вещества.
Канифоль относится к термопластичным материалам, размягчающимся при нагревании и хорошо растворяется во многих растворителях — скипидаре, бензине, этиловом спирте, ацетоне, минеральном масле 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 лаков. В этом случае расплавленную канифоль нагревают с окислами свинца РЬО, марганца Мп02 и др. В результате образуются резинаты, представляющие собой соли соответствующих металлов и смоляных кислот канифоли.
Канифоль находит большое применение в качестве флюса * при пайке медных проводов.
Шеллак образуется в результате жизнедеятельности особого вида насекомых. Эти насекомые, перерабатывая сок некоторых тропических деревьев, выделяют наплывы сырой смолы, которые являются исходным веществом для получения шеллачной смолы Сырая смола содержит 80—85% чистого шеллака, 3—8% шеллачного воска, 5—7 красящих веществ, остатки растений и некоторые другие вещества.
Снятые с дерева 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.
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.
Шеллак относится к группе термореактивных веществ, т. е. способен переходить при нагревании в неплавкое и нерастворимое состояние. 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 и для пропитки катушек приборов. 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.
* Эпоксидные смолы на основе диана часто называют диановыми смолами.
Сорта нефтяных битумов, обозначаемые марками, различают согласно температуре их размягчения (по методу «кольца» и «шара»). Сортамент нефтяных битумов и асфальтитов включает материалы с температурой размягчения от 25 до 220° С.
Таблица 31
Тепловые характеристики битумов, применяемые в электрической изоляции
Марка или наименование битума | Температура размягчения, *с (не ниже) | Температура вспышки в открытом тигле, С (не ниже) |
БН-IV | 70 | 230 |
БН-V | 90 | 230 |
Б | 110 | 230 |
В | 125 | 240 |
Г | 135 | 260 |
Асфальтит садкинскнй | 160—220 | — |
В электротехнике применяются только твердые сорта битумов с температурой размягчения от 70 °С и выше (табл. 31). 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.
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 электроизоляционных лаков различного назначения.
