§ 77. Слюдинитовые электроизоляционные материалы
При разработке природной слюды и изготовлении из нее электроизоляционных материалов образуется около 90% различных отходов. Среди них большой процент составляют мелкие отходы слюды — скрап. Из очищенного скрапа изготовляют слюдяную (слюдинитовую) бумагу, из которой получают твердые или гибкие электроизоляционные материалы — слюдиниты.
Для получения слюдинитовой бумаги чистые отходы слюды подвергают равномерному нагреву до 800° С. В результате этого слюда теряет 45—50% химически связанной воды и вспучивается. Нагретая слюда поступает в содовый раствор, где выдерживается некоторое время, а затем переводится в бак с раствором соляной кислоты. При термической обработке слюды происходит энергичное образование углекислого газа, что вызывает разделение слюды на мелкие частицы. Образующуюся слюдяную массу промывают водой, чтобы удалить из нее остатки щелочи и кислоты, и получают текучую слюдяную массу — пульпу, состоящую из мелких частичек слюды, взвешенных в воде. Эта масса поступает на бумагоделательную машину, с помощью которой получают слюдинитовую бумагу толщиной 0,03—0,04 мм и шириной 450—900 мм.
Для улучшения электрических и механических свойств слюдинитовых бумаг в слюдяную пульпу вводят различные связующие (кремнийорганические, глифталевые и другие смолы) .
Из слюдинитовой бумаги изготовляют те же электроизоляционные материалы, что и из щипаной слюды. Однако слюдинитовые материалы обладают большей равномерностью по толщине, большей однородностью и несколько повышенными электрическими характеристиками. В качестве недостатков слюдинитовых материалов необходимо отметить меньшую механическую прочность и несколько пониженную влагостойкость по сравнению с миканитами.
Разработка слюдинитовых материалов имеет большое техникоэкономическое значение, поскольку этим достигается экономия в расходовании дефицитной природной слюды.
Ниже кратко описываются свойства важнейших слюдинитовых материалов.
Коллекторный слюдинит (марка КСШ). В марке буквы обозначают: К— коллекторный; С — слюдинит; Ш — на шеллаке. Усадка коллекторного слюдинита при 20° С и давлении 600 кГ/см2 и при 160°С и том же удельном давлении и не должна превышать 10%.
Процесс производства коллекторного слюдинита состоит из двух этапов — пропитки слюдинитовой бумаги клеящим шеллачным лаком и прессования из нее листов коллекторного слюдинита. Пропитанные лаком и высушенные листы слюдинитовой бумаги собирают в заготовки, которые отделяют друг от друга стальными листами, покрытыми слоем специальной смазки. Несколько заготовок, состоящих из листов лакированной слюдинитовой бумаги, собирают в пакет. Последний помещают в пространство между стальными плитами гидравлического пресса с паровым обогревом. Прессование коллекторного слюдинита происходит при 155° С и удельном давлении 85 кГ/см2 с дальнейшим увеличением давления до 250 кГ/см2. Коллекторный слюдинит содержит связующего вещества oт и до 10%. Коллекторный слюдинит выпускают в листах толщиной or 0,5 до 1,5 мм.
Основные характеристики коллекторного слюдинита: R=10+14 ом * см; кВ/мм.
Прокладочный слюдинит (марки: ПСК, ПСГ, ПСШ, ПСЭ). Прокладочный слюдинит изготовляют по той же технологии, что и коллекторный слюдинит. Однако в связи с большим содержанием клеящего вещества (8—15%) и несколько меньшей плотностью прокладочного слюдинита режим прессования его отличается от режима прессования коллекторного слюдинита. Прокладочный слюдинит выпускают в листах толщиной 0,4—2,0 мм.
Формовочный стеклослюдинит (марки: ФС25КН, ФС40КН*). Этот материал состоит из нескольких слоев слюдинитовой бумаги и слоя стеклоткани, склеенных друг с другом. Эти заготовки формовочного слюдинита прессуют при 130—140° С и малых давлениях (10ч-20 кГ/см2).
Формовочный слюдинит содержит 15% клеящего вещества (смолы) и 80% слюды, остальное — стеклоткань. Формовочный слюдинит выпускают толщиной 0,1—0,2 мм.
*Буквы и цифры означают: Ф — формовочный; С — слюдинит; К — на кремнийорганическом связующем; Н — нагревостойкий; цифры 25 и 40 — толщину стеклоткани в микронах.
Основной особенностью формовочного слюдинита является способность формоваться в нагретом состоянии (70—90°С). Из формовочного слюдинита изготовляют изоляционные изделия — трубки, цилиндры, фасонные прокладки и другие детали. По сравнению с формовочным миканитом имеет меньшее сопротивление на продавливание. Формовочный стеклослюдинит выпускается толщиной 0,10; 0,12; 0,15 и 0,20 мм.
Основные характеристики формовочного стеклослюдинита: = = 10+13- 10+14 ом-см; EпР=25-:-35 кВ/'мм.
Гибкий слюдинит — листовой материал, состоящий из слюдинитовой бумаги на целлюлозном подслое* или слюдинитовой бумаги, оклеенной с одной или с двух сторон стеклотканью. В качестве клеящего состава применяют полиэфирный или кремнийорганический лаки.
Слюдиниты на полиэфирном лаке могут использоваться при рабочих температурах до 130°С (класс В), слюдиниты на кремний- органическом лаке до температуры 180° С (класс нагревостойкости Н).
Гибкий слюдинит изготовляют прессованием слоев слюдинитовой бумаги, пропитанной одним из клеящих лаков. Материал содержит слюды не менее 40%, клеящего вещества (смола)—от 25 до 45%, остальное — бумага или стеклоткань и летучие вещества.
Гибкий слюдинит выпускают в листах толщиной 0,104-0,50 мм. Отличительной особенностью гибкого слюдинита является его гибкость в холодном состоянии (при 20° С) и однородность но толщине. Как и гибкий миканит, слюдинит применяется в виде изоляционных прокладок между секциями статорных и роторных обмоток, а также в качестве пазовой изоляции (коробочки) в электрических машинах низкого и высокого напряжения.
Основные характеристики: qv = 1013- 1014 ом-см; Епр = 16ч- -.-30 кВ/мм.
Слюдинитофолий — гибкий материал, состоящий нз слоев слюдинитовой бумаги, склеенных друг с другом, а также с бумагой, покрывающей материал с одной стороны.
Слюдинитофолий изготовляют в рулонах шириной (не менее) 450 мм. Толщина слюдинитофолия 0,10; 0,12 и 0,15 мм. Содержание слюды: 45—65%, клеящих веществ 40—25% и остальное — бумага и летучие. Слюдинитофолий обладает способностью формоваться при температуре 70—90° С.
Область применения слюдинитофолия: изоляция роторных стержней электрических машин низкого и высокого напряжения и изоляция полюсов невлагостойкого исполнения.
Слюдинитовая лента — гибкий электроизоляционный материал, состоящий из слюдинитовой бумаги, оклеенной с одной стороны или двух сторон микалентной бумагой или стеклотканью*.
Слюдинитовую ленту выпускают в роликах шириной 15, 20, 25, 30 и 35 мм, а также в рулонах шириной 150—500 мм. Толщина слюдинитовых лент 0,09; 0,11; 0,15; 0,17 и 0,2 мм. Содержание слюды не менее 40%, клеящего вещества 20—50%.
Особенностью слюдинитовой ленты является гибкость ее в холодном состоянии, т. е. без подогрева.
Большие значения электрической и механической прочности относятся к стеклослюдинитовой ленте.
Слюдинитовые ленты применяют для витковой и корпусной изоляции в электрических машинах взамен микаленты. По нагревостойкости слюдинитовые материалы относятся к классу: В, F и Н (на кремнийорганических лаках без целлюлозных бумаг).
*Слюдинитовая лента, оклеенная с одной или с двух сторон стеклянной тканью, называется стеклослюдинитовой лентой.
§ 78. Слюдопластовые электроизоляционные материалы
Как уже упоминалось ранее**, при разработке природной слюды и изготовлении из нее слюдяных электроизоляционных материалов образуется около 90% различных отходов в виде мелких чешуек слюды — скрапа.
Первая попытка в отношении использования отходов слюды к созданию твердых листовых материалов и гибких лент на основе слюдинитовых бумаг. Эти материалы известны под названием слюдинитовых электроизоляционных материалов. Они полноценно заменили клееные материалы из щипаной слюды во многих областях применения в изоляции электрических машин высокого и низкого напряжения. Но слюдинитовая бумага, являющаяся основой всех слюдинитовых материалов, обладает малой механической прочностью. Поэтому слюдинитовые материалы легко повреждаются при применении их в качестве витковой и пазовой изоляции в электрических машинах. Поиски более прочной основы для новых электроизоляционных материалов из отходов слюды привели к разработке слюдопластовых бумаг. Последние обладают более высокой механической прочностью по сравнению с слюдинитовыми бумагами.
Слюдопластовую бумагу получают тоже посредством измельчения отходов слюды, но без применения высокотемпературной (800° С) обработки слюдяных отходов. Это позволяет в большей степени сохранить способность частичкам слюды сцепляться друг с другом. При этом образуется слюдопластовая бумага со значительно большей механической прочностью по сравнению с бумагой слюдинитовой (crp=3-6 кГ/мм2).
Получение слюдопластовой бумаги основано на свойстве слюды восстанавливать силы сцепления по плоскостям спайности при плотном соприкосновении свежерасщепленных чешуек слюды.
Исходную слюдопластовую массу получают механогидравлическим способом, который состоит из двух этапов. В первом этапе пластинки слюды прокатываются на специальном прокатном стане, на котором происходит первоначальное расщепление их.
Во втором этапе дальнейшее расщепление отходов слюды производится струей воды, поступающей под давлением в несколько атмосфер в закрытую камеру, в которую одновременно поступают предварительно расщепленные пластинки слюды. Разделение их на тончайшие чешуйки осуществляется посредством многократных динамических ударов водяной струи о пластинки слюды. В результате этого гидравлического измельчения получаются мельчайшие чешуйки слюды толщиной 4—5 мкм и площадью 5—7 мм2. Эти мельчайшие чешуйки слюды, взвешенные в воде, образуют так называемую слюдяную пульпу, которая непрерывным потоком поступает на движущуюся сетку бумагоделательной машины. С последней получают слюдопластовую бумагу толщиной 0,04—0,06 мм и шириной 500 мм и более. При механогидравлическом способе расщепления образующимся чешуйкам слюды практически не наносится повреждений в виде царапин и сколов. Последующее измельчение слюды водой обеспечивает прочное соединение мельчайших чешуек слюды в слюдопластовой бумаге.
Но слюдопластовые бумаги, как и слюдинитовые, обладают пористостью и поэтому, как правило, их применяют после пропитки электроизоляционными лаками. Наиболее перспективными пропиточными и связующими веществами являются кремнийорганические лаки, поскольку они обеспечивают получение нагревостойких слюдопластовых электроизоляционных материалов.
Применение различных пропиточных и связующих составов и подложек в виде стеклянной ткани позволяет получить тот же сортамент электроизоляционных материалов, что и из щипаной слюды. Это коллекторный, прокладочный, формовочный и гибкий слюдопласты, а также слюдопластофолий, слюдопластолента, стеклослюдопластовая лента и другие композиционные материалы на основе слюдопластовой бумаги. Опыт применения материалов в качестве витковой, межвитковой и пазовой изоляции электрических машин показал, что слюдопластовые материалы имеют более равномерную толщину и большие значения электрической прочности по сравнению с многими клееными материалами из листочков щипаной слюды. Широкое внедрение слюдопластовых материалов в электротехнику имеет большое технико-экономическое значение.
