Elektroizoliaciniai lakai ir dervos

Dervos. Tai gausi grupė medžiagų, kurios, būdamos gana skirtingos kilmės ir turėdamos gana skirtingas elektrines savybes, yra panašios savo cheminėmis bei fizinėmis savybėmis. Žemoje temperatūroje – tai amorfinės stikliškosios masės, daugiau ar mažiau trapios. Kaitinamos dervos minkštėja, darosi plastiškos, net skystos. Griežtai apibrėžtos lydymosi temperatūros jos neturi. Elektrotechnikoje naudojamos dervos yra netirpios vandenyje ir mažai higroskopiškos, bet tirpsta panašios cheminės sudėties tirpikliuose. Kietėdamos dervos arba garuojant tirpikliui, stipriai prilimpa prie kitos kietos medžiagos paviršiaus. Elektrotechnikoje dervos yra pagrindinė dalis lakų, kkompaundų, plastikų, plėvelių, dirbtinio ir sintetinio pluoštų. Pagal kilmę dervos skirstomos į gamtines, dirbtines ir sintetines. Gamtinės randamos kaip gyvūnų liekanos arba dervingų augalų produktas. Tai šelakas, kalifonija, kopalas. Iš jų belieka išvalyti priemaišas. Dirbtinės dervos gaunamos, perdirbant gamtines. Elektrotechnikoje kaip izoliacinės medžiagos didžiausią praktinę vertę turi sintetinės dervos. Jų teikiamos savybės ir trūkumai yra tokie pat, kaip ir ankščiau išnagrinėto termoplastinių ir termoreaktingųjų, polimerizacinių ir polikondensacinių polimerų.

Sintetinės dervos. 1 Poliolefinai. Tai nepoliniai mažai higroskopiški dielektrikai, turintys geras elektrines ssavybes. Svarbiausi iš jų – polietilenas, polipropenas, poliizobutilenas, polistirenas. Pasaulyje per metus jų pagaminama apie 2 milijonus tonų. Apie 10% sunaudoja elektrotechnikos pramonė kabelių šarvų, plastikų, kompaudų gamybai.

Polietileno monomeras – etilenas yra dujos, gaunamos iš naftos. Kaitinamos 300 Mpa sslėgyje šios dujos polimerizuojasi ir susidaro polietilenas.

Tai didžiaslėgis polietilenas. Šiuo metu gaminamas mažaslėgis polietilenas ir vidutinio slėgio polietilenas, jų elektriniai ir mechaniniai parametrai panašūs, tačiau skiriasi gamybos technologija. Visų markių polietilenai naudojami galios ir ryšių kabelių, plėvelių, juostų, plastikų gamybai. Polietilenas yra jautrus šviesai ir visų rūšių spinduliuotei. Apšvitintame polietilene susidaro tam tikri erdviniai ryšiai, todėl jis tampa kietesnis ir trapus.

Panašius elektrinius parametrus turi polipropenas, kuris gaunamas polimerizuojantis propenui. Tai elastingasis polimeras, kurio ilgalaikė darbinė temperatūra 105oC.

Metilopropeno polimeras – poliizobutilenas yra elastinga (kaip kaučiukas) medžiaga, labai mažai laidi drėgmei ir atspari šalčiui. Kad būtų kietesnis, į jį įmaišoma polietileno arba dedama užpildų. Mažo polimerizacijos laipsnio poliizobutilenas yra skystis.

Polistirenas. Jis turi nemažai trūkumų : neatsparus šalčiui ir šilumai, linkęs ttrukinėti, tirpus angliavandeniliuose.

Polivinilchloridas, kurio monomeras gaunamas, pakeitus vieną etileno monomero vandenilio atomą chloru. Polivinilchloridas atsparus šarmams, skiestoms rūgštims, alyvoms, benzinui, spiritui, vandeniui. Drėgmė neturi įtakos šio polimero savitajai turinei varžai rv, tačiau gerokai sumažina savitąją paviršinę varžą rs. Naudojamas plastikų, kabelių šarvų gamybai ir kt. Kad polivinilchloridas butų elastingesnis ir atsparesnis šalčiui, į jį dedama plastifikatorių, kurie dar labiau didina jo poliškumą.

Polivinilo alkoholis. Jo monomeras yra pradinis produktas gaminti polivinilacetaliams, kurie plačiai naudojami emalinių lakų gamyboje. Tai pagrindinė emalinė llaidų izoliavimo medžiaga, mechaniškai atspari, lanksti ir turi geras izoliacines savybes. Laidų gamyboje polivinilacetatai pakeitė aliejinius emalinius lakus. Dėl to sumažėjo gaminių gabaritai, buvo mechanizuotas elektros mašinų apvijų vyniojimas, supaprastėjo gamybos technologija.

2. Poliakrilatai. Tai eterio akrilato ir metakrilato rūgščių polimerai, vadinami poliakrilatais. Jie atsparūs šalčiui, alyvai, šarmams. Jų elastingumas, kietumas, stiprumas priklauso nuo monomero struktūros. Plačiausiai naudojamas polimetilmetakrilatas (organinis stiklas).

Jis naudojamas kaip konstrukcinė ir izoliacinė medžiaga, o aukštųjų įtampų technikoje – kaip elektros lanką gesinanti medžiaga, nes degančio lanko temperatūroje ši medžiaga skyla ir išskiria dujas (CO; H2; CO2) ir vandens garus, kurie uždaroje ertmėje sukelia didelį slėgį ir elektros lankas gęsta.

3. Fluoro organinės dervos. Svarbiausios iš jų – tai politetrafluoretilenas (fluoroplastikas-4) ir politrifluorchloretilenas (fluorplastikas-3). Fluorplastikas-4 gaunamas etileno monomere, pakeitus vandenilį fluoru. Polimerizacijos reakcijos produktas yra simetriškasis ir nepolinis polimeras.

Fluorplastikas-4 – tai chemiškai patvarus polimeras, atsparus rūgštims ir šarmams, šilumai ir šalčiui, išlaikantis elektrinius ir mechaninius parametrus, kintant temperatūrai nuo –80 iki +250oC. Visiškai nehigroskopiškas ir nevilgus. Pagrindiniai trūkumai – sudėtinga gamybos technologija, šaltasis takumas, didelė kaina. Be to veikiamas aukštesnės kaip 400oC temperatūros, radioaktyviosios spinduliuotės arba vainikinio išlydžio, jis skyla ir išskiria fluorą, kuris yra nuodingas. Pigesnis, lengviau sintetinamas ir atsparesnis radioaktyviajai spinduliuotei bei vainikiniam išlydžiui yra ppolitrifluorchloretilenas. Tačiau dėl monomero nesimetriškumo jis yra polinis, mažiau atsparus temperatūrai (skyla, kai temperatūra didesnė kaip +130oC). Jo elektriniai parametrai prastesni kaip fluorplastiko-4.

4. Poliamidinės dervos. Šios dervos pasižymi tuo, kad į pagrindinę polimerizacijos grandį, be anglies įeina ir kiti elementai. Tai mechaniškai atsparūs, elastingi tirpstantys tik krezole ir fenole polimerai. Naudojami siūlų, plėvelių, plastikų gamybai. Šios dervos higroskopiškos, neatsparios radioaktyviajai spinduliuotei ir šviesai, kaitinamos lengvai deformuojasi. Plačiai paplitęs kapronas ir aukštesnę minkštėjimo temperatūra turintis nailonas. Modifikuojant šias dervas, gaunamos iki 300oC šilumai ir šalčiui atsparios dervos. Emaliniai laidų izoliacijai naudojamos sintetinės grupės dervos – poliuretanai pasižymi tuo, kad lituojant nereikia nuvalyti emalio. Tai labai svarbu montažo technologijoje.

Dervos, kurių monomerų struktūroje yra –CO-N-CO- grupės, vadinamos poliimidais. Jų darbinė temperatūra siekia 250oC, o trumpalaikė – net 500oC. Poliimidai naudojami lakų, plėvelių, plastikų gamybai. Tarpinių parametrų tarp poliamidų ir poliimidų dervos vadinamos poliamidimidais.

5. Fenolformaldehidinės dervos gaunamos uždarame katile, kaitinant vandeninį fenolio ir formaldehido tirpalą su katalizatoriais. Kai polikondensacijos reakcijoje dalyvauja šarminis katalizatorius, gaunama medžiaga, vadinama bakelitu. Jis pereina tris polikondensacijos stadijas – A, B ir C. Po A stadijos bakelitas tampa tirpus alkoholyje ir acetone ir minkštėja 55 – 80oC temperatūroje. Keliant temperatūrą, reakcija vyksta toliau, bakelitas pereina tarpinę polikondensacijos stadiją B, o temperatūrai ppasiekus 110 – 140oC, jis tampa kieta, netirpia ir nelydžia termoreaktingąją medžiaga, perėjusią į polikondensacijos stadiją C. Bakelitas naudojamas poringoms medžiagoms įmirkti, o taip pat plastikų, getinaksų ir tekstolitų gamybai. Tai seniausia derva pradėta gaminti XX amžiaus pradžioje ir dėl savo pigumo bei technologijos paprastumo gaminama iki šiol. Derinant komponentų santykį naudojant kitus katalizatorius galima keisti pagrindines mechanines ir elektrines dervos savybes. Norint pakeisti ar pagerinti parametrus, vietoj fenolio naudojamos krezolis, anilinas, karbamidas, melaminas. Gaunamos krezolinės, anilinformaldehidinės, karbamidinės ir melaminformaldehidinės dervos, kurios yra mažiau polinės lipnesnės, atsparesnės paviršiniam pramušimui ir kt.

6. Poliesterinės dervos gaunamos polikondencuojant įvairius alkoholius ir rūgštis. Jos gali būti termoplastinės ir termoreaktingosios. Tai priklauso nuo polikondensacijos reakcijoje dalyvaujančių alkoholių molekulių struktūros. Svarbiausios dervos: 1). Gliftalinė – lipni elastinga, atspari senėjimui ir paviršiniam pramušimui; 2). Nesočiosios poliesterinės; 3). Polietilenterafteratas – lavsanas (maironas, terenas, terilenas), naudojamas sintetinio pluošto, lanksčiųjų plėvelių, mechaniškai atsparių laidų su emaline izoliacija ir kt. gamybai; 4). Poliakrilatai, naudojami plėvelių ir sluoksniuotų plastikų gamybai; 5). Poliesterakrilatai – normalioje temperatūroje mažai klampios dervos, kurios kietėdamos neišskiria pašalinių medžiagų.

7. Epoksidinės dervos. Polimerizacijos reakcija vyksta sumaišius derva su kietikliu ir per tam tikrą laiką (per 16val. kambario temperatūroje ir per 3-6 val. – kaitinant) derva tampa termoreaktingąją. Šių dervų yra

įvairių tipų. Jos atsparios šalčiui ir šilumai, labai adheziškos (priekibios), skvarbios, mažai suslūgstančios (0,5-2%). Pridėjus plastifikatorių ir dažų, galima gauti fasoninį gaminį be presavimo įrenginių. Kietėdamos dervos gali išskirti nuodingąsias medžiagas, todėl reikia laikytis darbų saugos taisyklių. Sukietėjusios dervos nenuodingos.

8. Silicio organinės dervos. Tai elementinės organinės dervos, nes silicis yra vienas iš pagrindinių elementų, įeinančių į neorganinių medžiagų (žėručio, asbesto, stiklo, keramiko) sudėtį. Silicio organinio polimero pagrindą sudaro silicio ir deguonies atomų grandis arba erdvinė struktūra, prisijungusi organinius radikalus R. Silicio oorganinės dervos būna termoplastinės ir termoreaktingosios. Tai šilumai atsparūs polimerai, SiO ryšys yra gana tvirtas. Šios dervos gali būti kietos, elastingos (kaip kaučiukas) arba skystos. Jos nehigroskopiškos, blogai limpa prie paviršiaus, nevilgios. Naudojamos gana plačiai. Ypač tinka šilumai atspariems plastikams, medžiagų hidrofobinimui ir kt. tačiau jos mechaniškai neatsparios ir mažai atsparios alyvoms, o svarbiausia – brangios dėl sudėtingos gamybos technologijos.

Reikia pažymėti, kad dervų ir polimerų naudojimas pramonėje duoda didžiulį ekonominį efektą, o elektrotechnikos ir elektronikos pramonė be jų iš vviso negalėtų vystytis, nes pagrindinės izoliacinės medžiagos yra polimerai. Todėl ir šiuo metu, tenkinant pramonės techninius poreikius, ieškoma vis naujų sintetinių medžiagų, kurių resursai būtų neišsemiami, o gamybos technologija ekonomiška. Polimerų gamyboje labai svarbu laikytis atitinkamų darbų saugos taisyklių, nes ttechnologiniame procese gali išsiskirti įvairios toksiško, sveikatai ir net gyvybei kenksmingos medžiagos. Labai svarbu, kad tokios medžiagos neterštų atmosferos, vandens ir aplinkos. Yra nustatytos šių medžiagų didžiausio leistinosios koncentracijos, numatyti jų neutralizavimo būdai ir kontrolės sistemos.

Izoliaciniai lakai. Jie yra naudojami izoliuojamiems gaminiams padengti arba įmirkyti. Lakai yra koloidinių dervų, bitumų ir panašių medžiagų tirpalai garuojančiuose tirpikliuose arba džiūstantys aliejai.

Lakai būna dviejų tipų: su tirpikliais ir be tirpiklių. Pirmojo tipo laką sudaro plėvelę sudaranti medžiaga ir tirpiklis. Kaip plėveles sudarančios medžiagos naudojamos įvairios dervos, dažniausiai sintetinės. Nuo jų savybių priklauso izoliacinės plėvelės savybės. Kaip tirpikliai naudojami angliavandeniliai, alkoholiai, acetatai, terpentinai, chlorintieji angliavandeniliai. Nuo tirpiklių savybių priklauso lako vienalytiškumas ir technologiškumas. Kartais, kai tirpiklius naudoti neekonomiška, naudojami skiedikliai. Kiekvienai plėvelės mmedžiagai turi būti parinktas atitinkamas tirpiklis ar skiediklis.

Antro tipo lakai kietėja ore negaruodami ir jų savitoji masė nemažėja, o kartais net didėja lakui bėgant. Todėl jų sudarytos plėvelės būna tankios, be įtrūkų ir defektų, kas labai svarbu izoliacinėje technikoje.

Pagal naudojimą izoliacinėje technikoje lakai skirstomi taip: emaliniai, įmirkomieji, naudojami sluoksniuotųjų plastikų, izoliacinių vamzdelių ir strypų gamybai, klijuojamieji ir dengiamieji.

1. Emaliniai lakai, naudojami apvijiniams laidams su pluošto izoliacija ir be jos izoliuoti. Įvairių skerspjūvių apvijiniai laidai padengiami plonu vienalyčiu kelių ddešimčių mikrometrų sluoksniu. Jei laidai virš lako plėvelės turi pluoštinę izoliaciją, tai lakas ją sujungia tarpusavyje ir priklijuoja prie laido. Šiai grupei priskiriami fenolformaldehidiniai, melaminformaldehidiniai, poliamidiniai, poliimidiniai, eterimidiniai, epoksidiniai, polimidrezoliniai, poliesteriniai, polivinilacetatiniai ir poliuriataniniai lakai.

2. Įmirkomieji lakai, naudojami elektros mašinų ir transformatorių apvijoms bei aparatų ritėms įmirkyti. Įmirkyta apvija bei ritė tampa monolitine, mechaniškai tvirta, atspari atskirų laidų vibracijai, apsaugota nuo išorinių poveikių (drėgmės, dulkių ir kt.). pagerėja ir šilumos atidavimas aplinkai. Šiai grupei priklauso fenoliniai, alkidofenoliniai, teraftelatiniai, epoksidiniai, poliuretariniai, silicio organiniai, poliimidiniai, poliamidimidiniai ir kt. lakai.

3. Lakai, naudojami sluoksniuotųjų plastikų, izoliacinių vamzdelių ir strypų gamybai. Šiuo atveju lakas suklijuoja popierių arba audinį ir užpildo poras. Lakas užtikrina elektrines plastiko savybes, o audinys arba popierius – mechanines. Popieriniam ar medvilniniam užpildui naudojami aliejiniai, alkidiniai, acetilceliulioziniai, etilceliulioziniai, aliejiniai bituminiai, fenoformaldehgidiniai lakai, stiklo audinio užpildai – poliuretariniai, silicio organiniai ir poliimidiniai lakai.

4. Klijuojamieji lakai naudojami kaip rišamoji medžiaga, gaminant mikanitus, mikafolijas, bekarkases rites ir kt. Tai gliftaliniai, aliejiniai, bituminiai, epoksidiniai, silicio organiniai, alkidiniai, poliesteriniai lakai.

5. Dengiamieji lakai, naudojami jau įmirkytų elektros mašinų apvijų ir aparatų ričių paviršiaus apsaugai, lakštinio elektrotechninio plieno lakštams vieniems nuo kitų izoliuoti, aukštojo dažnio detalių paviršiaus apsaugai ir kt. Jiems priklauso aliejiniai, poliuretariniai, epoksidiniai, silicio organiniai, polistireniniai, polivinilchloridiniai ir kiti lakai.

Pagal ttechnologiją skiriami šaltojo džiovinimo lakai, džiūstantys kambario temperatūroje ir karštojo džiovinimo lakai, kuriems džiovinti reikia aukštos temperatūros ir atitinkamos technologijos, bei įrenginių.

Pagal cheminę sudėtį lakai skirstomi į aliejinius ir sintetinius. Atskirą grupę sudaro celiulioziniai lakai. Aliejinių lakų pagrindinis komponentas yra aliejai ir gamtinės dervos, kurių derbinė temperatūra neaukšta (iki 100oC). Todėl šie keičiami sintetiniais lakais, kurių elektrinės ir šiluminės savybės yra geresnės. Šie lakai gaminami sintetinių dervų pagrindų.