книги / Технология производства проводов.-1

где VHn- скорость нагрева провода на л-м участке, °С/с,

_ тп ~ тп- 1 . Укп =

тл_1 - температура проволоки в начале л-го участка, °С;

tn- время прохождения проволоки на л-м участке, с.

Если эмаль-печь разделить на одинаковые участки по длине (или ши­ рине), то

А/

где А / - отрезок по длине (высоте) печи; V3M- скорость эмалирования.

Таким образом, выражение (3.8) позволяет рассчитать концентрацию растворителя для любой температурной кривой при условии, что скорость процесса удаления растворителя определяется диффузией растворителя внутри пленки.

3.3.2. Расчет концентрации растворителя для случая, когда скорость процесса определяется внешним массообменом (Bi < 1)

Процесс испарения растворителя с поверхности лаковой пленки мож­

где Gp - масса растворителя в единице объема лака; / - время;

Un- количество растворителя в лаковой пленке у ее поверхности; Uo - концентрация растворителя в камере эмаль-печи.

Gp = АСрр, где А- толщина лаковой пленки;

С- концентрация растворителя (массовая);

рр- плотность растворителя.

Un можно определить через давление растворителя:

и„ = — Ри> п RTT н

где Т - абсолютная температура; Рн - давление паров растворителя на поверхность лаковой пленки.

где А = МрР0Х

лгРр Решая уравнение (3.14), получим

Се ^ £ = \ амА ехрфТ)

Предположим, что температура провода в процессе эмалирования из­ меняется по линейному закону:

T= T0 + vHt,

где TQ- начальная температура. Тогда

dT=VHdt.

Используя это выражение, имеем

Используя теорему о среднем и заменяя

ехр (Ъ Т) = 0, ехр (6 Го) = 0О,

получим

AVH Q(b Г - 1) - е 0(ЬГ0 - 1)

Эта формула справедлива, если температура проволоки в эмаль-печи изменяется по линейному закону. Если закон изменения температуры в эмаль-печи нелинейный, то реальную кривую температуры проволоки ра­ зобьем на п линейных участков, и выражение (3.17) примет следующий вид:

Выражение (3.18) позволяет рассчитать концентрацию растворителя для любой температурной кривой нагрева проволоки, если скорость удале­ ния растворителя определяется внешним массообменом.

3.33. Условия образования газообразных включений на стадии удаления растворителя

Газообразные включения на стадии удаления растворителя появляют­ ся в изоляции в том случае, если давление паров растворителя на лаковую пленку превышает давление растворителя внутри лаковой пленки. С одной стороны, давление паров растворителя на лаковую пленку снижается с уменьшением концентрации растворителя в лаке. С другой стороны, дав­ ление паров растворителя повышается с увеличением температуры прово­ локиПри эмалировании проводов на стадии удаления растворителя одно­ временно происходит как увеличение температуры, так и уменьшение концентрации. Кривая образования пузырей в лаках показана на рис. 3.7.

При концентрации раство­ рителя менее 10-12 % темпера­ тура, при которой образуются газообразные пузыри, резко по­ вышается, точке перегиба соот­ ветствует критическая темпера­ тура tKр и критическая концен­ трация С,ф (табл. 3.3). Ниже Скр независимо от температуры ма­ териала газовые пузыри в изоля­ ции образовываться не будут.

Если зависимость концен­ трации от температуры не пересекает кривую образования пузырей (7), то

газообразные включения не образуются. Если эта зависимость пересекает (кривые 2, 3), то газообразные включения образуются.

Если при t >fKp С <СКр, то газообразные включения в эмалированной пленке не образуются. Минимальная скорость эмалирования, при которой газообразные включения образовываться не будут, называется оптималь­ ной скоростью эмалирования на стадии удаления растворителя.

3.4. Расчет процесса пленкообразования изоляции эмалированных проводов

На второй стадии тепловой обработки провода в эмаль-печи происхо­ дит образование поперечных химических связей между макромолекулами полимера. Частота образования химических связей определяет физико­ механические и электрические свойства изоляции эмалированных прово­ дов. Этот процесс называется процессом пленкообразования.

Пленкообразование при эмалировании чаще всего происходит в ре­ зультате реакции поликонденсации, при которой выделяются побочные низкомолекулярные продукты. Эти продукты должны быть удалены из ла­ ковой пленки, иначе в изоляции будут образовываться газообразные вклю­ чения.

Для количественного описания процесса пленкообразования вводится понятие степени пленкообразования (СПО) - степени завершенности реак­ ции пленкообразования. СПО представляет собой отношение поперечных химических связей, которые образовались к данному моменту времени в единице объема, к количеству химических связей, которые могут образо­ ваться в изоляции:

где N\ - количество связей, которые образуются;

N о - количество связей, которые могут образоваться;

N —количество связей, которые еще могут образоваться после данного момента времени.

При одинаковой толщине эмалированного слоя, наносимого за каж­ дый проход,

А\ + А2 +... + Ак

где А\, А ъ ...,Ak - СПО по 1, 2 и к-му проходам.

Экспериментально установлено, что изоляция эмалированных прово­ дов соответствует ГОСТу, если Аср > 0,75.

Слипание изоляции на катушках исключается, если степень пленкообразования последнего прохода Ак >0,5.

При тепловой обработке проволоки кроме пленкообразования проис­ ходит термоокислительная деструкция (ТОД), т.е. разрушение связей.

Степень деструкции можно рассчитать аналогично, так как разруше­ ние связей подчиняется тем же законам, что и их образование:

для реакции пленкообразования, когда п з£1.

3*5. Условия возникновения газообразных включений на стадии пленкообразования

Так как часто реакция пленкообразования является реакцией поли­ конденсации, то наряду с образованием поперечных связей происходит выделение низкомолекулярных побочных продуктов, которые должны полностью удаляться из лаковой пленки, иначе образуются газообразные включения.

Для описания этого процесса справедливо уравнение диффузии:

где D - коэффициент диффузии побочных продуктов в окружающую среду;

W - концентрация побочных продуктов в лаковой пленке;

I - количество побочных продуктов, которые выделяются в единицу времени в единице объема.

Левая часть уравнения - количество продуктов, выделившихся в еди­ ницу времени. Количество побочных продуктов, которое выделяется при прохождении реакции, пропорционально числу образовавшихся химиче­ ских связей N\ = NQ- N.

откуда

N Q - N = N Q - N Q exp

Vo ;

следовательно,

где WQ- количество побочных продуктов, которое выделилось бы, если бы образовались все возможные химические связи (NQ).

Из (3.24) имеем

Д2W = d 2W dy2 ’

где у - координата по толщине.

Решение уравнения (3.26) имеет следующий вид:

Найдем наиболее допустимую температуру, при которой не образуются газовые включения:

fV=WAOUit = 0,

где WAon - допустимая концентрация побочных продуктов, при которой еще не образуются газовые включения;