Технология производства и изготовления смол и лаков для производства слюдяной изоляции: изготовление лаков глифталевых №420, №421, №421А, №425, ЛГС и триэтиленглифталевых лаков ТГФ-8

Размещено на http://www.allbest.ru/

Некоммерческое акционерное общество

«АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»

Кафедра электрических станций, сетей и систем

Контрольная работа

По дисциплине: Электромеханические и электротехнические оборудования

на тему: Технология производства и изготовления смол и лаков для производства слюдяной изоляции: изготовление лаков глифталевых №420, №421, №421А, №425, ЛГС и триэтиленглифталевых лаков ТГФ-8

Алматы 2013

Содержание

Введение

1. Электроизоляционные материалы

1.1 Лаки

1.2 Смолы

2. Слюдяная изоляция

2.1 Лаки глифталевые № 420, № 421, № 421А, № 425

2.2 Лак триэтиленглифталевый ТГФ-8

2.3 Лак глифталевый ЛГС

2.4 Производство лаков и смол для слюдяной изоляции

Заключение

Список литературы

Введение

Электротехника развивается бурными темпами. Построены гигантские электростанции и гидрогенераторы, по железнодорожным линиям ведут тяжеловесные составы мощные электровозы, на угольных шахтах успешно работают врубовые машины, а при бурении глубоких скважин -- электробуры. электроизоляционный слюдяной лак смол

Широко вошли в наш быт различные типы радиоприемников, телевизоров, холодильников, пылесосов, электробритв и пр.

Трудно перечислить все электрические машины, аппараты, трансформаторы и устройства управления машинами, агрегатами и технологическими процессами, которые работают в нашем народном хозяйстве.

В любой электрической машине, в каждом электротехническом устройстве применяются электроизоляционные материалы, являющиеся неотъемлемой их частью.

Как правило, электроизоляционные изделия работают в различных условиях и режимах, например в обычных электродвигателях мощностью от 0,6 до 100 квт изоляция может нагреваться до 90--120° С, в электробурах при бурении на больших глубинах температура изоляции может достигать 120--150° С.

Производство электроизоляционных материалов в большинстве случаев связано с использованием различных смол, лаков, компаундов и других пропитывающих, склеивающих и покровных составов.

Слоистые электроизоляционные материалы изготовляются с применением разнообразных смол и лаков; лакоткани -- с использованием серии лаков и компаундов; миканитовые изделия -- всевозможных смол и лаков.

Электроизоляционные лаки, смолы, компаунды и эмали находят широкое применение и как самостоятельный материал для различных нужд электромашино- и аппаратостроения.

1. Электроизоляционные материалы

Электроизоляционные материалы - материалы, применяемые в электротехнических и радиотехнических устройствах для разделения токоведущих частей, имеющих разные потенциалы, для увеличения ёмкости конденсаторов, а также служащие теплопроводящей средой в электрических машинах, аппаратах и т. п. В качестве электроизоляционных материалов используют диэлектрики, которые по сравнению с проводниковыми материалами обладают значительно большим удельным объёмным электрическим сопротивлением r_v = 10⁹--10²⁰ ом·см. Основные характеристики электроизоляционных материалов: удельное объёмное и поверхностное сопротивления r_v и r_s, относительная диэлектрическая проницаемость e, температурный коэффициент диэлектрической проницаемости, угол диэлектрических потерь d, электрическая прочность Е_пр . При оценке электроизоляционных материалов учитывают также зависимость этих характеристик от частоты электрического тока и величины напряжения.

Электроизоляционные материалы можно классифицировать по нескольким признакам: агрегатному состоянию, химическому составу, способам получения и т. д. В зависимости от агрегатного состояния различают твёрдые, жидкие и газообразные электроизоляционные материалы. Твёрдые электроизоляционные материалы составляют наиболее обширную группу и в соответствии с физико-химическими свойствами, структурой, особенностями производства делятся на ряд подгрупп, например слоистые пластики, бумаги и ткани, лакоткани, слюды и материалы на их основе, электрокерамические и др. К этим же материалам условно можно отнести лаки, заливочные и пропиточные составы, которые, хотя и находятся в жидком состоянии, но используются в качестве электроизоляционных материалов в затвердевшем состоянии. Электрическая прочность твёрдых электроизоляционных материалов (при 20 °С и частоте электрического тока 50 гц) лежит в пределах от 1 Мв/м (например, для некоторых материалов на основе смол) до 120 Мв/м (например, для полиэтилентерефталата).

Жидкие электроизоляционные материалы -- электроизоляционные масла, в том числе нефтяные, растительные и синтетические. Отдельные виды жидких электроизоляционных материалов отличаются друг от друга вязкостью и имеют различные по величине электрические характеристики. Лучшими электрическими свойствами обладают конденсаторные и кабельные масла. Электрическая прочность жидких электроизоляционных материалов при 20 °С и частоте 50 гц обычно находится в пределах 12--25 Мв/м, например для трансформаторных масел 15--20 Мв/м. Существуют полужидкие электроизоляционные материалы --вазелины. Газообразные электроизоляционные материалы -- воздух, элегаз , фреон-21. Воздух является естественным изолятором, обладает электрической прочностью около 3 Мв/м. Элегаз и фреон-21 имеют электрическую прочность около 7,5 Мв/м, применяются в качестве электроизоляционных материалов в основном в кабелях и различных электрических аппаратах.

По химическому составу различают органические и неорганические электроизоляционные материалы. Наиболее распространённые электроизоляционные материалы -- неорганические (слюда, керамика и пр.). В качестве электроизоляционные материалы используют природные материалы и искусственные материалы. Искусственные электроизоляционные материалы можно создавать с заданным набором необходимых электрических и физико-химических свойств, поэтому такие электроизоляционные материалы наиболее широко применяют в электротехнике и радиотехнике.

Для твёрдых электроизоляционных материалов большое значение имеют механические свойства: прочность при растяжении и сжатии, при статическом и динамическом изгибе, твёрдость, обрабатываемость, а также тепловые свойства, влагопроницаемость, гигроскопичность, искростойкость и др. Теплостойкость характеризует верхний предел температур, при которых электроизоляционные материалы способны сохранять свои механические и эксплуатационные свойства.

Нагревостойкость электроизоляционных материалов -- способность выдерживать воздействие высоких температур (от 90 до 250 °С) без заметных изменений электрических характеристик материала. В электромашиностроении принято деление электроизоляционных материалов на 7 классов. Наиболее нагревостойкие электроизоляционные материалы -- неорганические материалы (слюда, фарфор, стекло без связующих или с элементоорганическими связующими). Для хрупких материалов (стекло, фарфор) важна также способность выдерживать перепады температур. Осуществляя электрическое разделение проводников, электроизоляционные материалы в то же время не должны препятствовать отводу тепла от обмоток, сердечников и других элементов электрических машин и установок. Поэтому важным свойством электроизоляционных материалов является теплопроводность. Для повышения коэффициента теплопроводности в жидкие электроизоляционные материалы добавляют минеральные наполнители. Большинство электроизоляционных материалов в той или иной мере поглощают влагу (гигроскопичны). Для повышения влагонепроницаемости пористые электроизоляционные материалы пропитывают маслами, синтетическими жидкостями, компаундами. К абсолютно влагостойким можно отнести лишь глазурованный фарфор, стекло и т. п.

1.1 Лаки

Лаки представляют собой коллоидные растворы различных пленкообразующих веществ в специально подобранных органических растворителях. Пленкообразующими называют такие вещества, которые в результате испарения растворителей процессов отвердевания (полимеризации) способны образовывать твердую пленку.

К пленкообразующим веществам относятся смолы природные и синтетические. Чтобы создать электроизоляционный лак, удовлетворяющий ряду требований, подбирают несколько пленкообразующих веществ, которые составляют основу лака. Для полного растворения и высыхания лака применяют растворители. 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 растворителем. В качестве разбавителей применяют бензин, лаковый керосин, скипидар. В состав лака еще могут входить пластификаторы и сиккативы.

Пластификаторы - вещества, придающие луковой пленке пластичность. К ним относятся: касторовое масло, жирные кислоты и другие маслообразованные жидкости.

Сиккативы представляют собой жидкие или твердые вещества, вводимые в некоторые лаки, чтобы ускорить их высыхание. При сушке лака нанесенного на поверхность содержащиеся в нем органические вещества улетучиваются (растворители), а пленкообразующие вещества в результате процесса полимеризации образуют твердую лаковую пленку. Эта пленка в зависимости от свойств пленкообразующих веществ может быть гибкой или не гибкой, или хрупкой. По своему назначению лаки делятся на: пропиточные, покровные и клеящие.

Пропиточные - применяют для пропитки обмоток в электрических машинах и аппаратах с целью цементации витков обмотки, а также с целью устранения пористости в изоляции обмоток.

Покровные лаки применяют для создания на поверхности уже пропитанных обмоток влагостойких и маслостойких лаковых покрытий.

Клеящие лаки применяют для склеивания различных электроизоляционных материалов, пластических масс, керамики.

Следует заметить, что один и тот же лак может применяться в качестве пропиточного и покровного.

По способу сушки лаки бывают воздушной и печной сушки. По лаковой основе лаки делятся на: смоляные, масляные, маслобитумные и эфироцеллюлозные.

1.2 Смолы

Твердеющие электроизоляционные материалы - это материалы, которые в исходном виде находятся в жидком состоянии, однако в электротехнических изделиях они используются как твердые вещества. К ним относятся высыхающие масла, смолы, битумы, лаки, эмали, компаунды.

Смолы -- сложные смеси органических веществ, главным образом высокомолекулярных, аморфного строения.
По происхождению они делятся на природные и искусственные, по отношению к нагреву -- на термопластичные и термореактивные. Термопластичные при нагревании переходят в жидкое состояние, при охлаждении вновь твердеют практически без изменения свойств. Термореактивные при нагревании и соответствующей температуре переходят в твердое состояние, теряют способность к плавлению и растворению.
Е_ир колеблется от 10 до 80 МВ/м (при 20°С), нагревостойкость в основном класса А, Е. В ремонтной практике массово применяются следующие смолы:
канифоль -- природная смола из живицы хвойных деревьев, легко растворяется в растительных и нефтяных маслах, спирте, скипидаре; термопластична (температура начала размягчения-- 50-70°С, жидкое состояние при 100-110°С); материал доступный и дешевый. В электротехнике применяется в качестве флюса, добавок при изготовлении лаков,компаундов и пр. Шеллак -- природная смола, продукт жизнедеятельности насекомых тропических стран, легко растворяется в спирте, материал термореактивный, но дает хорошую изоляционную пленку и при холодной сушке, дорогой. Применяется лишь в виде лака в ответственных случаях, чаще всего в эксплуатации;
бакелит -- искусственная фенолформальдегидная смола. Он термореактивен. Имеет достаточно хорошие электроизоляционные свойства и высокие механические характеристики. Обладает хорошей клейкостью и растворимостью в спирте, а также в других растворителях, мало эластичен, недугостоек, не отличается высокой стойкостью к воде.
Широко используется для пропитки дерева, изготовления пластмасс, в том числе слоистых пластиков и производства других материалов, изделий;
глифталь -- синтетическая смола, термореактивна, более эластична и клейка, чем бакелит, и более дугостойкая, устойчива к тепловому старению, хорошо растворяется в ацетоне, спиртобензольной смеси и иных растворителях.

2. Слюдяная изоляция

Слюдяная изоляция отличается высокой электрической прочностью и нагревостойкостью.

Широкое применение в производстве слюдяной изоляции находят глифталевые ( алкидные) смолы.

Глифтали применяются в производстве слюдяной изоляции - миканитов. Глифтали обладают хорошей клеющей способностью, теплостойкостью, дугостойкостью и высокими диэлектрическими свойствами.

Для изготовления тонкой клееной слюдяной изоляции ( микалента) необходимо применять особый сорт бумаги, отличающийся большой механической прочностью в продольном направлении не только в сухом состоянии, но и после смачивания ее лаком, с помощью которого к бумаге приклеиваются листочки слюды.

При изготовлении слюдяной изоляции глифталевые смолы оказались весьма пригодными для склейки слюды в производстве гибких и формовочных миканитов, причем изготовленные с глифталевыми лаками миканиты не уступают по своим свойствам миканитам, изготовленным с - применением шеллака.

Щипаную слюду применяют для клееной слюдяной изоляции. Слюда 1 сорта поставляется для изоляционных элементов электровакуумных приборов, так как она отличается легкостью дегазации и высокой нагревостойкостью.

Для электропромышленности, применяющей механически непрочную слюдяную изоляцию, которая до сих пор является основной, механизация производственных процессов чрезвычайно сложна и едва ли выполнима без перехода на более совершенные и технологичные изоляционные материалы, а следовательно, новые технологические процессы. Необходимо заметить, что ручной труд на электромашиностроительных заводах еще составляет 60 - 70 % при удельном весе обмоточно-изоляционных работ, доходящем до 70 % общей трудоемкости электродвигателя.

Из-за содержания большого количества слюды слюдяная изоляция относится к классу нагревостойкости В даже в сочетании с полимерными связующими невысокой нагревостойкости ( шеллак, битумно-масляные лаки, глифтали) и подложками из органических волокон. Слюдяная изоляция с полимерными связующими повышенной нагревостойкости и неорганическими подложками относится к классам нагревостойкости F и Н и даже в отдельных случаях к классу С.

Для коллекторов арочной конструкции на слюдяной изоляции в заготовке пластины предварительно с двух сторон штампуется ласточкин хвост.

В более крупных коллекторах на слюдяной изоляции конструкционные стали используются также для коллекторных втулок и нажимных колец при арочном исполнении коллекторов. Материалами для этих деталей обычно служат машипо-поделочные стали.

2.1 Лаки глифталевые № 420, № 421, № 421А, №425

Лаки глифталевые № 420, № 421 и № 421А представляют собой растворы глифталевой смолы в спирто-толуольной смеси; применяются для изготовления различных миканитовых изделий (микафолия, слюдинитофолия и др.).

В рецептуру лаков входят смола глифталевая и спирто-толуольная смесь 1:1.
В смеситель с механической мешалкой загружается отвешенное по рецептуре количество спирто-толуольной смеси и при перемешивании вводится небольшими порциями глифталевая смола, предварительно раздробленная на мелкие куски.

Растворение ведется при температуре не выше 50° С до получения однородной прозрачной массы, после чего готовый лак сливается в емкости или бочки.

Приготовленные лаки должны иметь процент основы:

№ 420...........33±1

№ 421........ 10+1

№ 421А........... 5+1

Для лаков берется смола с температурой размягчения по Кремер-Сарнову не более 100° С.

Учитывая, что работа со спирто-толуольной смесью является огнеопасной, необходимо строго соблюдать все установленные правила для таких производств: температура при растворении не должна превышать 50° С, категорически запрещается производить загрузку спирто-толуольной смеси при помощи вакуума.

Светлые клеящие лаки печной сушки, изготовленные на основе глифталевой смолы, модифицированной жирными кислотами льняного масла.

Применяются в производстве слюдяной и других видов изоляции. В зависимости от назначения выпускаются марки 425а, 425б, 425в и 425г.

Для всех этих марок основа лака изготовляется по рецептуре (%): глицерин дистиллированный в пересчете на 100% ........ 23,18 малеинавый ангидрид............. 46,82 жирные кислоты льняного масла ........ 30,0

С дальнейшим растворением смолы в различных растворителях: для лаков 425а, 425в, 425г ...... в спирто-толуольной смеси 1 : 1 для лака 4256......... в спирто-сольвентной смеси 1 : 5

В котел емкостью 300 л, оборудованный мешалкой и обогревом до 200° С, загружаются по рецептуре глицерин и жирные кислоты.

Масса нагревается до температуры 100--110° С, при которой вводится небольшими порциями отвешенное по рецептуре количество фталевого ангидрида при непрерывно работающей мешалке.

Затем температуру смеси поднимают до 190-- 200° С и процесс уваривания основы ведется до тех пор, пока взятая проба не достигнет температуры размягчения 45--55°С по методу «кольцо и шар», а кислотное число не будет превышать 65 мг КОН/г.

По достижении указанных характеристик немедленно отключается обогрев котла и масса сливается в смеситель, где она охлаждается до 120° С (в случае разбавления сольвентом) и до 80° С (при растворении спиртом или спирто-толуольной смесью).

Затем вводится растворитель и при работающей мешалке ведется растворение до получения требуемой вязкости. Готовый лак сливается в отстойник, откуда по мере надобности расходуется в производстве.

2.2 Лак триэтиленглифталевый ТГФ-8

Лак печной сушки, изготовленный на основе триэтиленглифталевой смолы, модифицированной жирными кислотами льняного масла, применяется в производстве гибкого слюдинита и клеящего лака ЛГС.

В состав основы лака входят (по весу) (%): глицерин дистиллированный 94%-ный...... 11,3 фталевый ангидрид .............. 47,3 триэтиленгликоль технический ......... 33,8 жирные кислоты льняного масла....... 7,6

В качестве растворителей применяются толуол, этилцеллозольв, спирт этиловый гидролизный.

Основным оборудованием являются котел, обеспечивающий нагрев массы до 220° С, и смесители. В котел загружается отвешенное по рецептуре количество глицерина, триэтиленгликоля и жирных кислот и перемешивается 10--15 мин без подогрева.

Затем смесь нагревается до ПО--120° С и при работающей мешалке вводится небольшими порциями фталевый ангидрид. Перемешивание ведется до полного растворения фталевого ангидрида. Не прекращая перемешивания, температуру массы поднимают до 150--180°С и выдерживают до прекращения бурного пенообразования, после чего повышают температуру до 210--220° С, при которой производят уваривание.
Процесс считается законченным, когда проба смолы имеет температуру каплепадения по Уббелодде 60--70° С и кислотное число 3,5--10 мг КОН/г.
Готовая смола перекачивается в смеситель, где производится ее растворение для получения лаков:

ТГФ-8с ........... спирто-толуольной смесью 1 : 3
ТГФ-8м........... этилцеллозольв и толуол 1:3
ТТФ-8т.......... спирто-толуольной смесью 1 :4

После растворения лаки подвергают очистке на центрифуге с числом оборотов 13000--16000 в минуту и перекачиваются в отстойник, где хранятся при температуре не менее 15° С во избежание их расслаивания.

Лак с индексом «с» применяется для производства гибких слюдинитов, с индексом «м» -- для меламино-алкидных лаков, с индексом «т» -- для приготовления связующего, применяемого в производстве пленко-электрокартона.

2.3 Лак глифталевый ЛГС

Лак глифталевый ЛГС представляет собой смесь глифталевого лака № 420 и ТГФ-8 в соотношении 1: 1 и применяется для изготовления слюдинитофолия.

Для получения лака ЛГС производится смешение указанных лаков с ацетоном при следующих соотношениях (%):

лак ТГФ-8 35%-ный........ 50,0
лак № 420 40%-ный ....... 43,75
ацетон.............. 6,25

Смешение производится в смесителе без подогрева при температуре 15--30° С в течение 40--60 мин до получения однородной массы.

Готовый лак должен содержать 35--36% основы.

В случае необходимости доведение лака до указанной концентрации производится спирто-толуольной смесью в соотношении 1 : 1.

2.4 Производство лаков и смол для слюдяной изоляции

Широкое применение в производстве слюдяной изоляции находят глифталевые (алкидные) смолы, получаемые конденсацией многоатомных спиртов с многоосновными кислотами. Представителем таких материалов является смола № 411 (типа 1350), полученная путем взаимодействия фталевого ангидрида и глицерина.

Смола № 411 применяется для изготовления глифталевых лаков и в производстве твердых миканитов. В ее состав входят (%): глицерин дистиллированный в пересчете на 100% -29,1; фталевый ангидрид- 70,9.

Потребное оборудование: котел из нержавеющей стали с электроподогревом, оборудованный механической мешалкой, сливным устройством и КИП, а также противни из нержавеющей стали.

В предварительно хорошо очищенный котел загружается все рецептурное количество глицерина и нагревается до 100--110° С.

При указанной температуре и непрерывном перемешивании в котел небольшими порциями в течение 1--1,5 ч вводится фталевый ангидрид. Затем массу нагревают до 125--130°С и выдерживают ее до полного растворения фталевого ангидрида в глицерине, после чего при периодическом перемешивании массы поднимают температуру до 200--210° С со скоростью 30--40° С в час. Процесс варки считается законченным, когда охлажденная проба смолы становится хрупкой и легко растирается в порошок без признаков маслянистости.

Готовая смола через нижнее сливное устройство котла выливается в противни, снабженные системой вентиляции для отсоса газообразных продуктов. Следует учитывать, что от толщины слоя смолы зависит температура ее размягчения. Так для получения смолы с температурой размягчения 104° С и выше слой смолы в противне не должен быть более 90 мм и соответственно для 80--94° С -- более 50 мм. После охлаждения смолу разбивают на куски и передают для дальнейшей переработки.

Смола глифталевая №411/1. Представляет собой смолу № 411, измельченную до порошкообразного состояния. Применяется для производства коллекторных миканитов.

Предварительно смолу дробят на куски, затем загружают в шаровую мельницу совместно с кремневой галькой или фарфоровыми шарами в соотношении 1 : 1, общая загрузка мельницы при этом не должна превышать 2/3 ее объема.

Помол продолжается 7--8 ч, после чего смола просеивается на вибросите через сетку. Не прошедшие через сито куски смолы возвращаются на повторный помол, а готовая порошкообразная смола помещается в герметическую тару во избежание ее увлажнения. Готовая смола № 411/1 должна иметь растворимость 30--50%.

Заключение

В ходе выполнения данной расчетно-графической работы были изучены технология производства и изготовления смол и лаков для производства слюдяной изоляции. Глубже были исследованы виды изоляции, виды лаков, смол. Широко рассмотрены были лаки глифталевые №420, 421, 421А, 425, ЛГС и триэтиленглифталевые лаки ТГФ-8.

Список литературы

1. Козырев Н.А. Изоляция электрических машин. -Л.: Госэнергоизд., 1962.- 264с.

2. Бернштейн Л.М. Изоляция электрических машин общепромышленного применения. -М.: Энергия, 1971.-367с.

3. Журавлева А.П. Электротехнические материалы. -М.: Энергия, 2002. -278с.

Размещено на Allbest.ru