75 МПа, удельная ударная вязкость 20—

3

	V г	I4 ю3	ю2 /'	. - -

0 50 100 150 200 °С

0 кДж/м²). Она хорошо обрабатывается: режется, пилится, строгается, принимает вин­товую резьбу; размоченная в горячей воде тонкая фибра может формоваться. Плотность фибры 1—1,5 Мг/м³; более плотная фибра лучше как по механическим, так и по элек­троизоляционным характеристикам. При воз­действии электрической дуги фибра разлага­ется, выделяя большое число газов, способ­ствующих гашению дуги. В связи с этим фибровые трубки применяют для изготовления стреляющих разрядников. В последнее время вместо фибры в ка­честве дугогасящего материала часто употребляют полиметилметакрилат (§ 6-6). Перспективны бумаги типа фенилом, (за рубежом — номекс), изготовляемые из синтетического волокна (ароматический полиамид); отдельные волокна с примесыо фибридов, т. е. мелких волокон из материала, аналогичного по составу основному волокну, но имеющего пониженную температуру размягчения. При пропускании фениловой бумаги между горячими валками фибриды прочно связывают основные волокна. Фенилоновые бумаги, имеющие нагревостойкость 200—220 °С, могут при­меняться как в чистом виде (для изоляции электрических машин, сухих трансформа­торов, кабелей), так и в композициях с пленками, слюдяными материалами, а также в виде основы для слоистых пластиков (§ 6-13). На рис. 6-25 представлены темпера­турно-частотные зависимости е_г и ^ б бумаги номекс.

ТЕКСТИЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Общие сведения. Текстильные материалы получаются методами специальной обработки (прядение, тканье) длинноволокнистого сырья. Ткани отличаются от бу­маг вполне определенным строением (переплетение нитей), в то время как в бумаге отдельные волокна расположены по отношению друг к другу неправильно, беспоря­дочно. При прочих равных условиях текстильные материалы (ткани, ленты) имеют более высокую механическую прочность, особенно при перегибе и при истирании, и не столь сильно снижают прочность при увлажнении, но эти материалы и про­питанные изделия из них намного дороже и обладают меньшей электрической прочностью, чем бумаги и пропитанные бумаги.

Непосредственное определение диаметра волокон и изделий из них затрудни­тельно, так как волокна часто не имеют правильной цилиндрической формы. По­этому для оценки толщины волокон, пряжи и нитей согласно ГОСТ 10878—70 ука­зывается масса (в граммах) единицы длины (километра) нити; эта единица (г/км) называется текс. Единица СИ толщиты нити — килограмм на метр; очевидно, что один килограмм на метр равен одному мегатексу. Для пряжи, скрученной из не­скольких нитей, в ее марке после значения толщины отдельных нитей и знака умножения записывается число нитей: так, обозначение 50 текс X 3 относится к пряже, скрученной из трех нитей толщиной по 50 текс. Определение толщины нити в тексах исходит из предположения об известной плотности материала нити. Так, для полиэтиленового волокна плотность равна 0,92 Мг/м³, для капронового и найлонового 1,14, для полиэтилентерефталатного 1,40, для хлопчатобумажного 1,52, для политетрафторэтиленового 2,3, для стеклянного (§ 6-16) примерно

5. Мг/м³.

В соответствии с химической природой и технологией получения различные во­локна имеют сильно различающиеся нагревостойкость (стр. 82), гигроскопичность

Рис. 6-26. Зависимости равновесной влажности >|)р различных волокон от отно­сительной влажности воздуха ф ) — вискозный шелк; 2 — натуральный шелк) 3 — хлопчатобумажное волокно; 4 — ацетат­ный шелк; 5 — полиамидные волокна (кап­рон, нейлон); 6 — нитрон и хлорин; 7 — по- лиэтилентерефталатное и полнстирольное во­локно: 8 — полиэтиленовое волокно

( рис. 6-26), электроизоляционные и ме­ханические свойства. Предел прочности при растяжении и относительное удли­нение перед разрывом для хлопчатобумаж­ной пряжи равны соответственно 4,5 МПа и 8 %, а для нейлона — 6 МПа и 25 %. В электроизоляционной технике пря­жу применяют в качестве защитных покровов кабелей (хлопчатобумажная пряжа от 1700 до 3400 текс) и для изоляции (обмотки и оплетки) обмоточных проводов (бо­лее тонкая хлопчатобумажная пряжа и другие виды пряж и нитей); ленты и ткани используют для защиты изоляции электрических машин и аппаратов (особо проб­ные ленты — киперные с диагональным — «елочкой» — переплетением нитей). Ткани используются также для изготовления лакотканей (стр. 147) и текстолиюв (стр. 154).

Природные волокна. К ним относятся хлопчатобумажная пряжа и натуральный шелк. Из последнего получается более тонкая изоляция. Однако шелк много дороже хлопчатобумажного волокна и в технике электрической изоляции вытесняется искусственными и синтетическими волокнами.

Искусственные волокна. Основные типы этих волокон — вискозный и ацетат­ный шелк, получаемые из эфиров целлюлозы (стр. 125). В отличие от исходной целлю­лозы ее эфиры обладают растворимостью в подходящих по составу растворителях и позволяют изготовлять из них тонкие нити при вытекании растворов сквозь отвер­стия (фильеры) малого диаметра.

Вискозный шелк изготовляют переработкой целлюлозы с последующим пере­водом вытянутых из прядильного раствора волокон в вещество, близкое по своей химической природе к исходной целлюлозе. Ацетатный шелк по составу предста­вляет собой уксуснокислый эфир целлюлозы (ацетат целлюлозы).

По внешнему виду оба эти типа искусственного шелка напоминают натуральный шелк, но пряжа из них такой же толщины, что и хлопчатобумажная. По электро­изоляционным свойствам вискозный шелк не имеет преимуществ перед хлопчато­бумажным волокном, он даже несколько более гигроскопичен, чем хлопчатобумажное волокно [см. рис. (6-26)], но ацетатный шелк превосходит как хлопчатобумажную пряжу, так и натуральный шелк. Возможно и поверхностное ацетилирование (стр. 144) хлопчатобумажной пряжи; подвергнутая такой обработке пряжа обладает меньшей гигроскопичностью, чем у исходной хлопчатобумажной пряжи.

Синтетические волокна. Из синтетических волокнистых материалов следует отметить полиэтилентерефталатные (лавсан, терилен, терен, дакрон), полиамидные (капрон, дедерон, нейлон, анид), полиэтиленовые, полистирольные, поливинил­хлоридные (хлорин) и политетрафторэтиленовые. Понятие о химической природе и основных свойствах материалов, из которых изготовляются (вытягиванием из растворов или расплавов) эти волокна, было дано выше (§ 6-5, 6-6 и 6-11). На­помним, что такие материалы, равно как и материалы, из которых изготовляются гибкие пленки (§6-11), — это линейные полимеры с высокой молекулярной массой. Многие синтетические волокна, например, полиамидные, после изготовления подвергаются вытяжке для дополнительной ориентации линейных молекул вдоль во­локон и улучшения механических свойств волокна; при этом, очевидно, увеличи­вается и длина волокна, и оно становится тоньше. В СССР из синтетических волокон в электроизоляционной технике большое применение имеет капрон. Использование капрона вместо натурального шелка и хлопчатобумажной пряжи высоких номеров в производстве обмоточных проводов дает большой экономический эффект, ибо капрон не только много дешевле, чем шелк и тонкая хлопчатобумажная пряжа,

и легка доступен, но и дает большую длину нити того же сечения из единицы массы, так как плотность капрона сравнительно невелика (стр. 122).

Полиамидное волокно энант превосходит капрон и нейлон по нагревостойкости и механической прочности. Нитрон (за границей — орлон) — это полимер акрил- нитрила (§ 6-15), молекула его имеет строение

CN CN

I I сн₂—сн—сн₈—сн .

Он характеризуется большой механической прочностью и нагревостойкостыо (температура размягчения его выше 235 °С). Электрическая прочность непропитан- ных текстильных материалов определяется электрической прочностью воздуха в сквозных отверстиях между нитями, а потому весьма мала. Путем пропитки лаком (см. ниже) можно закрыть этн отверстия лаковой пленкой и этим резко повысить электрическую прочность ткаии и ее влагостойкость.

ЛАКОТКАНИ

Лакотканью называется гибкий электроизоляционный материал, представля­ющий собой ткань, пропитанную электроизоляционным лаком. Ткань обеспечивает значительную механическую прочность, а лаковая пленка — электрическую проч­ность материала. Лакоткань широко применяют для изоляции в электрических машинах, аппаратах, кабельных изделиях в виде обмоток (из лакоткани, нарезанной лентами), оберток, прокладок и др.

В качестве ткани для изготовления лакоткани чаще всего применяют хлопчато­бумажную и реже шелковую ткань; соответственно этому различают лакоткани хлопчатобумажные и шелковые (лакошелк). Шелковые лакоткани по сравнению с хлопчатобумажными дороже, ио зато тоньше, что позволяет получить изоляцию с малыми габаритами, и имеют более высокую электрическую прочность. Как хлоп­чатобумажные, так и шелковые лакоткани принадлежат к числу электроизоля­ционных материалов класса нагревостойкости А (предельная рабочая температура 105 °С). Применение находят также лакоткани на основе тканей из синтетически* волокон, в частности капрона и стеклоткани.

По роду пропитывающего лака наиболее распространенные лакоткани под­разделяются на светлые (желтые) — на масляных лаках и черные — на масляно­битумных лаках. Светлые лакоткани относительно стойки к действию органических растворителей; недостатком их является склонность к тепловому старению, обусло­вленная большим содержанием сиккативов в масляных лаках (для достижения боль­шой скорости сушки при прохождении ткани через пропиточную машину). Электри­ческая прочность светлых лакотканей: хлопчатобумажных 35—50 МВ/м, шелковых 55—90 МВ/м. Плотность хлопчатобумажных лакотканей, как светлых, так и чер­ных близка к 1,1 Мг/м³; шелковые лакоткани имеют плотность 0,9—1,0 Мг/м³. Черные лакоткани в соответствии с общими свойствами масляно-битумных лакои обладают лучшими электроизоляционными свойствами: так, £'_пр черных хлопчато­бумажных лакотканей примерно 50—60 МВ/м. Гигроскопичность черных лако­тканей значительно меньше, чем светлых. Недостатком черных лакотканей является их пониженная стойкость к действию органических растворителей. Предел прочности при растяжении лакотканей наибольший в направлении вдоль рулона. Удлинение перед разрывом больше всего в направлении под острым углом к длине рулона (по диа­гонали). Хлопчатобумажные, шелковые и капроновые электроизоляционные лако­ткани выпускаются в соответствии с ГОСТ 2214—78. Обычно они поставляются в, рулонах шириной от 700 до 1050 мм. Толщины различных лакотканей соста­вляют: хлопчатобумажных от 0,15 до 0,30 мм, шелковых от 0,04 до 0,15 мм, капроновых от 0,10 до 0,15 мм.

При пропитке бумаги лаками (обычно масляными) получаются лакобумаги, которые могут использоваться как заменитель лакоткани. Лакобумаги дешевле лакотканей и обладают повышенными электроизоляционными свойствами, но имеют меиьшую механическую прочность (особенно при растяжении поперек рулона) и меньшее удлинение перед разрывом. В последнее время наблюдается тенденция к за­мене лакотканей и лакобумаг более прогрессивными гибкими электроизоляцион­ными материалами —гибкими пленками (§ 6-11).

6-13. ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Под влиянием внешнего давления и в большинстве случаев при одновременном нагреве пластмассы (пластики) характеризуются способностью приобретать определенную форму, соответствующую очертаниям пресс-формы, используемой для изготовления (прессо­вания) изделий. Изготовив один раз пресс-форму требующихся размеров и конфигурации, можно отпрессовать в ней большое число изделий, точно повторяющих очертания внутренней полости пресс- формы. При массовом производстве изделий одинаковой формы и размеров применение пластических масс обеспечивает весьма высо­кую производительность труда и снижение стоимости готовых изде­лий. После изготовления нескольких тысяч изделий пресс-форма снашивается и начинает давать неточные размеры прессуемых деталей.

Пластмассы широко применяют в электротехнике как в качестве электроизоляционных, так и в качестве чисто конструкционных материалов. На рис. 6-27 показано несколько изделий сложной конфигурации, отпрессованных из пластмассы. Легко представить, сколь трудоемко было бы изготовление этих изделий обычной меха­нической обработкой, в то время как прессование из пластмассы позволяет получить изделие за одну технологическую операцию в готовом виде. Многие пластмассы имеют высокую механическую прочность и хорошие электроизоляционные свойства; к их преиму­ществам принадлежит также легкость (плотность пластмасс обычно от 0,9 до 1,8 Мг/м³).

В большинстве случаев пластмассы состоят из двух основных компонентов: связующего и наполнителя. Связующее —обычно орга­нический полимер, обладающий способностью деформироваться под воздействием давления. Иногда применяется и неорганическое свя­зующее, например стекло в микалексе, цемент в асбоцементе (§ 6-1, 6-19). Наполнитель, прочно сцепляющийся со связующим веществом, может быть порошкообразным, волокнистым, листовым («древесная мука» —мелкие опилки, «каменная мука», хлопчатобумажное, асбес­товое или стеклянное волокно, слюда, бумага, ткань); наполнитель существенно удешевляет пластмассу и в то же время может улуч­шать ее механические характеристики (увеличивать прочность, уменьшать хрупкость). Гигроскопичность и электроизоляционные свойства в результате введения наполнителя, как правило, ухуд­шаются, поэтому в пластмассах, от которых требуются высокие электроизоляционные свойства, наполнитель чаще всего отсутствует.

Однако такой наполнитель, как например, кварцевый песок (мука), улучшая теплопроводность пластмассы и понижая 6, может увеличивать и электрическую прочность при тепловом пробое. Кварцевый наполнитель приводит к ускоренному износу пресс- формы.

В состав пластмасс вводят пластификаторы, увеличивающие пластичность и уменьшающие хрупкость материала, красители,

придающие пластмассе определенную окраску, и другие добавки.

Особенности технологии изготовления изделий из пластмасс в основном определяются связующим. В зависимости от вида свя­зующего различают пластмассы горячей прессовки, требующие при прессовке нагрева, и пластмассы холодной прессовки, которые прес­суются при нормальной температуре. Большинство электроизоля­ционных пластмасс с органическим связующим требует горячего прессования, эти пластмассы разделяются на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты) (§ 6-5). Связу­ющие термопластичных масс горячего прессования сохраняют спо­собность к повторному размягчению и растворению в тех или иных растворителях. Связующие в термореактивных пластмассах после воздействия нагрева во время прессования (или при последующей тепловой обработке) переходят в неплавкое и нерастворимое состоя­ние. К термопластам принадлежат пластмассы на основе поливини­ловых и полиамидных смол, эфиров целлюлозы и пр., а к реакто- пластам — пластмассы на основе фенолформальдегидных, карба- мидных и других термореактивных смол.

ПРЕСС-ПОРОШКИ И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ФАСОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

Пресс-порошки, т. е. отвешенные в нужных соотношениях, измельченные, высушенные и тщательно перемешанные составные части пластмасс, служат исход­ным материалом для изготовления большинства изделий самой разнообразной формы. Пресс-порошки, содержащие наполнитель, могут изготовляться либо сухим способом, т. е. измельчением и перемешиванием наполнителя и связующего в твер­дом состоянии, либо мокрым (лаковым) способом, с предварительной пропиткой наполнителя раствором связующего в подходящем растворителе, последующим нагревом для испарения растворителя и измельчением полученного материала. Лаковый способ требует расходования растворителя, но в некоторых случаях обес­печивает лучшую однородность пресс-порошка. При изготовлении пресс-порошков применяют мельницы, мешалки, вальцы, вакуумные сушилки, сита для просеивания готового порошка и другое оборудование.

Прессование фасонных изделий. Обычно его производят на гидравлических прессах, обеспечивающих создание достаточно большого давления. В пресс-форму, изготовленную из твердой стали и хромированную, засыпают требуемое количество

Рис. 6-28. Пример конструкции пресс-формы для ком­прессионного прессования

I — верхний пуансон; 2 — изделие; 3 — матрица; 4 — нижний пуансон; 5 — плита пресса; 6 — выталкиватель

пресс-порошка и ставят ее на нижнюю плиту пресса. Затем плиты пресса сближают и на находящийся внутри пресс- формы пресс-порошок подают давление. Если требуются одновременно нагрев и давление, то пластины пресса или сама пресс-форма снабжаются электронагревательным устройством либо обогреваются паром или горячей водой, которые пропускаются сквозь каналы, просверленные в плитах пресса или стенках пресс-формы. По окончании прессования снимают давление, разводят плиты пресса и вынимают из пресс-формы готовое изделие. Если применяется термореактивный пресс- порошок, отпрессованные изделия можно вынимать из пресс-формы еще горячими; если же пресс-порошок термопластичный, то во избежание повреждения еще мягких изделий они должны охлаждаться в пресс-форме, для чего по каналам в ней пропус­кается холодная вода. Для изготовления несложной детали (рис. 6-28) пресс-порошок засыпают в пространство, ограниченное матрицей и нижним пуансоном; при сведении плит пресса верхний пуансон входит в отверстие матрицы до упора. По окончании прес­сования готовое изделие удаляют из пресс-формы с помощью выталкивателя. При кон­струировании пресс-формы необходимо учитывать, что объем, занимаемый пресс-по­рошком, значительно больше объема готового изделия. Для уменьшения рабочего пространства пресс-формы, улучшения теплопроводности пресс-порошка и получения более строгой дозировки часто применяют таблетирование, т. е. предварительно прессуют (при небольшом давлении и без нагрева) таблетки из заданной порции порошка. С целью сокращения времени нагрева в пресс-форме и, следовательно, повышения производительности прессования ширско применяется предварительный подогрев таблеток. Этот подогрев может производиться в термостате; еще лучшие результаты дает подогрев в высокочастотном электрическом поле, причем подогре­ваемый материал в специальном устройстве помещается между обкладками конден­сатора, на которые подается напряжение от высокочастотного генератора. При этом в материале выделяется теплота диэлектрических потерь, причем выделение теплоты происходит равномерно по всей толще материала, что обеспечивает быстрый нагрев. Высокочастотный предварительный подогрев дает возможность уменьшить время выдержки материалов в пресс-форме в пять-десять раз, даже больше. Все операции технологического процесса прессования: отвешивание пресс-порошка, таблетирова­ние, закладка таблеток в пресс-форму, разогрев, подача давления, выдержка в пресс- форме, удаление готовых изделий — при массовом производстве автоматизируются.

Литье под давлением. Для получения изделий из термопластов часто используют способ литья под давлением; материал размягчают вне пресс-формы в обогреваемом цилиндре и затем вдавливают в пресс-форму движущимся в цилиндре поршнем (плунжером). Литье под давлением — прерывный процесс, при ходе плунжера в одну сторону происходит загрузка полости машины, при ходе в другую сторону — прессование. При выдавливании размягченной нагревом термопластичной массы через наконечник нужной формы посредством червяка (шнека) осуществляется не­прерывный процесс изготовления изделия. Этот способ (шприцевание, экструзия) дает возможность изготовления стержней, лент, труб и тому подобных изделий, имеющих неизменное по всей длине поперечное сечение. Экструзия широко при­меняется также для наложения изоляции и защитных оболочек из полиэтилена, поливинилхлорида и других термопластов на кабельные изделия (рис. 6-29 и 6-30).

Сварка и склеивание. Многие термопластичные пластмассы могут хорошо соеди­няться сваркой, наподобие сварки металлов. Нагрев при сварке пластмасс осуще­ствляется струей горячего воздуха; с успехом используется сварка с применением нагрева в пате высокой частоты. Применяется также склеивание пластмасс друг с другом и с другими материалами при помощи соответствующих клеев.

Свойства изделий из термореактивных пластмасс зависят от состава пластмассы и режима прессовки. Например, из широко распространенного пресс-порошка марки К-21-22 (крезолформальдегидная термореактивная смола с наполнителем) при ком­прессионной прессовке (режим: удельное давление в пресс-форме 25—30 МПа,