Таблица 3.1 Характеристика отечественных лаков, используемых

для эмалирования проводов

3.2.Способы наложения эмалевой изоляции

Эмалирование проволоки представляет собой нанесение жидкого лака на поверхность проволоки с последующей тепловой обработкой в эмальпечи.

Существуют различные способы эмалирования проволоки:

1. Эмалирование погружением (рис.3.1). Это старый способ, при ко тором в ванну с лаком 1 погружают направляющие проволоку ролики 2 и

проволока 3 с захваченным при движении лаком поступает в эмаль-печь. При таком эмалировании можно использовать лишь маловязкие масляные лаки, которые имеют высокое содержание пленкообразующих и в незначи­ тельной степени изменяют вязкость в ванне в процессе эмалирования. В настоящее время этот способ не применяется.

2. Эмалирование с помощью фетровых обжимов (рис. 3.2). Лак нано­ сится на проволоку вращающимся валиком или непосредственно захваты­ вается проволокой при ее движении через лак, а фетровые обжимы играют роль калибрующих устройств, снимающих излишки лака. При эмалирова­ нии проволоки больших диаметров такой способ не обеспечивает равно­ мерность толщины покрытия. Этот метод используется в горизонтальных эмаль-агрегатах для эмалирования проволоки микронных размеров.

Рис. 3.1. Схема эмалирования

Рис. 3.2. Схема эмалирования с по­

погружением

мощью фетровых обжимов

3.Эмалирование с помощью фитилей (рис. 3.3). Способ имеет огра­ ниченное применение. Проволока 1 касается фитиля 2, опущенного в сосуд

слаком 3, в результате чего на проволоку и наносится покрытие. Иногда после фитилей устанавливаются фетровые обжимы.

Этот способ годен лишь для эмалирования проволо­ ки малых диаметров и для маловязких лаков.

4.Эмалирование с помощью неразъемных ка­

Оптимальная конструкция калибра для эмалирования проволоки предполага­ ет: коническую форму канала с плавным переходом; небольшую цилиндрическую часть; жесткий допуск на диаметр калиб­ рующего отверстия калибра; меньшие га­ баритные размеры вставок.

Для эмалирования прямоугольной проволоки также применяется калибро­ вый метод нанесения лака. Используются калибры двух типов: разъемные и не­ разъемные.

5.

роликового типа (рис. 3.5). Калибр 3 по­ мещается в ванну с лаком 2 и вращается в направлении движения проволоки. Ка­

либр 3 имеет канавку в форме равностороннего треугольника. При враще­ нии эта канавка заполняется эмаль-лаком, и через нее проходит провод 7, забирая необходимое количество лака. Излишек снимается пластиной -

1

3

Рис. 3.5. Схема эмалирования с помощью калибра роликового типа

пружиной 4. Толщина изоляции провода будет зависеть от высоты равно­ стороннего треугольника Л, поэтому такие калибры изготовляют с различ­ ными значениями h, отличающимися на 0,01 мм. Для эмалирования прово­ дов диаметром до 0,3 мм используются роликовые калибры, диаметром 0,06—0,3 мм - фетровые обжимы и роликовые калибры, а диаметром свы­ ше 0,3 мм - неразъемные калибры.

Одним из перспективных методов является эмалирование без приме­ нения растворителей. В этом случае покрытие на проволоку наносится из расплава смолы, которая в горячем состоянии имеет малую вязкость, а за­ тем .излишек полимерного покрытия снимается с помощью металлических калибров.

Используются также методы электроосаждения изоляции на движу­ щуюся проволоку из водных растворов анионных смол, отвердение жид­ ких покрытий под действием ультрафиолетовых лучей, вихревой метод нанесения изоляции из порошковых материалов. Оригинальным методом является наложение лака с помощью газового калибра. В сопло, образуе­ мое вокруг проволоки, подается сжатый воздух, снимающий излишек лака.

Покрытия могут наноситься на проволоку также электрофоретиче­ ским путем из водных суспензий электроизоляционных материалов (для жаростойкой стеклоэмалевой или керамической изоляции).

Известен метод электростатического нанесения на проволоку порош­ ковых материалов в псевдокипящем слое. Устройство имеет две камеры с псевдокипящим порошком, расположенным симметрично относительно провода. Электроды устройства находятся под высоким напряжением, в результате чего частицы порошка заряжаются и притягиваются к проволо­ ке. Образующееся покрытие подвергается затем тепловой обработке с це­ лью оплавления, или последующей полимеризации, или поликонденсации.

3.3. Удаление растворителя из эмаль-лака

Удалять растворитель из лакового покрытия необходимо с определен­ ной скоростью, поэтому режим нагревания в эмаль-печи должен быть та­ ким, чтобы в изоляции отсутствовали газовые включения.

Скорость удаления растворителя из лакового покрытия определяется:

-диффузией растворителя внутри лаковой пленки (перемещением растворителя к поверхности пленки);

-внешним массообменом (испарением растворителя с поверхности

пленки).

Скорость удаления растворителя зависит от того процесса, который идет медленнее.

Для оценки взаимосвязи между внешним массообменом и внутренней диффузией в эмалированном слое применяется массообменный критерий Био:

Bj А « м ^ р

RTTDSp '

где А- толщина сухого слоя эмали, м; М - молекулярная масса растворителя, кг/кмоль;

Рр- равновесное давление насыщенных паров растворителя, Па; Т - температура, К;

D - коэффициент диффузии;

Rr- универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль-К);

а к

а м - коэффициент массообмена, otM = — ; ср

а к - коэффициент конвективной теплоотдачи от воздуха к проволоке, Вт/(м2-°С);

с, р - средние теплоемкость и плотность парогазовой среды у поверхно­ сти провода.

Если Bi > 1, то скорость удаления растворителя определяется диффу­ зией растворителя внутри пленки, т.е. медленнее идет диффузия.

Если Bi < 1, то эта скорость определяется внешним массообменом, т.е. медленнее происходит испарение растворителя с поверхности лаковой пленки.

Так как толщина изоляции эмалированной проволоки А много меньше радиуса медной проволоки го, то расчет удаления растворителя можно вес­ ти в декартовой системе координат.

Уравнение для определения концентрации растворителя можно запи­

где U - объемная концентрация растворителя; D - коэффициент диффузии растворителя; t - время;

у - координата (т*о < у < го+ А).

Для границы эмаль - атмосфера уравнение (3.1) будет выглядеть сле­ дующим образом (используются граничные условия при у = г0 + А):

D^ - = a M{UM- U 0), dу

где UM- массовая концентрация растворителя на поверхности лака; UQ- концентрация растворителя в камере эмаль-печи.

3.3.1. Расчет концентрации растворителя для случая, когда скорость процесса определяется диффузией растворителя внутри пленки (Bi > 1)

Если допустить, что коэффициент диффузии не зависит от концентра­ ции, то уравнение (3.1) имеет приближенное решение:

где Q - массовая концентрация растворителя, % (средняя); Со - начальная концентрация растворителя, %; Л - толщина изоляции за один проход.

Коэффициент диффузии зависит от температуры следующим образом:

D - D o c x p ^ ) ,

где Do - начальный коэффициент диффузии;

Ф - энергия активации процесса удаления растворителя.

Так как температура провода в процессе удаления растворителя изме­ няется в небольших пределах (20-150 °С), то вводим приближенное выра­ жение, используя температуру в градусах Цельсия:

где а\ - коэффициент, характерный для данного типа лака (определяется экспериментально);

Doi - условный начальный коэффициент диффузии;

т- температура, °С.

Сучетом (3.3) зависимость (3.2) приобретает вид

Уравнение (3.4) получено с допущением, что коэффициент диффузии не зависит от времени. На практике же с изменением концентрации рас­ творителя вязкость эмалированной пленки увеличивается и коэффициент диффузии уменьшается.

Предположим, что температура проволоки в процессе эмалирования изменяется по линейному закону:

X= *о + V»t,

где to ~ начальная температура;

VH- скорость нагрева проволоки.

Тогда