8-10. ПОЛИЭФИРНОЕ ВОЛОКНО (ЛАВСАН)
Свойства исходной смолы, получаемой при конденсации терефталевой кислоты и этиленгликоля, рассмотрены ниже (см. § 8-15). Реакция конденсации проводится до получения вещества с молекулярной массой 8 000—10 000, так как только в этом случае удается получить волокна из расплава формованием через ниппель с последующей вытяжкой при нормальной температуре. Для получения высококачественного волокна необходимо полное удаление влаги из полиэфира, так как даже очень небольшое ее содержание (порядка 0,6%) вызывает обратную реакцию (гидролиз) и разрушение полимера.
Напомним, что указанный полиэфир имеет высокие температуры плавления (+256°C) и размягчения (около +240°C), т. е. примерно на 40 °C выше, чем у полиамидного Волокна капрон. Поэтому волокно лавсан обладает более высокой нагревостойкостью (класс Е) в сравнении с другими ранее рассмотренными волокнами; в этом состоит одно из его основных преимуществ. Волокно лавсан, кроме того, обладает по сравнению с полиамидными волокнами повышенной светостойкостью, достаточной стойкостью к воздействию лаков и органических растворителей, а также микроорганизмов. Влагопоглощаемость при относительной влажности воздуха 65% составляет всего 0,5—1%. Поэтому нормированная влажность для этого волокна не более 1%. Таким образом, по своим свойствам волокно лавсан представляет очень большой интерес с точки зрения применения в производстве обмоточных и монтажных проводов.
В настоящее время для этой цели изготовляется лавсановое волокно (шелк) метрического номера 200 (5 текс). Оно состоит из 24 элементарных волокон, которые скручиваются с числом круток не более 20 на 1 м. Отклонение фактического номера от номинала не более 5%, разрывная длина не менее 132 км и удлинение при разрыве не более 22%. В зависимости от качества (количества узлов на бобине, количества порванных элементарных волокон на поверхности бобины и т. д.) лавсановое волокно разделяется на два сорта.
Кроме того, в соответствии с техническими условиями СТУ-11-886-69, разработанными одним из заводов синтетических волокон, для изолирования обмоточных проводов может изготовляться волокно (шелк) лавсан метрического номера 90, которое скручивается из 36—39 элементарных волокон с числом круток также не более 20 на 1 м. Разрывная длина этого волокна должна быть не менее 35 км, а удлинение при разрыве не более 28%. Это волокно в зависимости от качества также может быть двух сортов.
Элементарные волокна при изготовлении покрываются очень тонким слоем замасливателя, содержание которого в том и другом типах волокон не должно превышать 3%.
8-11. КАРБОЦЕПНЫЕ ВОЛОКНА (ВОЛОКНА НА ВИНИЛОВОЙ ОСНОВЕ)
Карбоцепные волокна изготовляются или из раствора, или вытягиванием полимера через фильеру из расплава. Основную часть карбоцепных волокон составляют волокна на виниловой основе. Мы не даем здесь подробную характеристику свойств этих волокон, так как вследствие пониженной нагревостойкости они не находят применения в производстве обмоточных проводов.
Интерес представляет волокно нитрон, которое изготовляется из полимера акрилнитрила и имеет строение
В свою очередь акрилнитрил получается взаимодействием ацетилена с синильной кислотой:
Производство волокна нитрон достаточно сложно, так как полиакрилнитрил имеет весьма ограниченную растворимость в доступных растворителях. Волокно нитрон упруго и эластично и приближается в этом отношении к полиамидным волокнам. Оно превосходит все ранее рассмотренные волокна по светостойкости, погодоустойчивости и нагревостойкости. Это волокно устойчиво выдерживает 120—130 °C, и таким образом, может найти применение для изготовления изоляции не ниже класса Е.
Исследования, проведенные во ВНИИΚΠ, показали также, что волокно нитрон, помимо повышенной нагревостойкости, обладает хорошими электроизоляционными свойствами. Обмотка из этого волокна сохраняет на проводе достаточно высокое сопротивление изоляции при 80% относительной влажности окружающего воздуха, а также при температурах порядка 125—150 °C и превосходит в этом отношении все полиамидные волокна.
8-12. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ ПЛЕНКАХ
Пленками называются тонкие и гибкие материалы с гладкой поверхностью, которые могут быть получены в виде длинных намотанных в ролики лент различной ширины.
Получаемые из различных высокомолекулярных соединений пленки имеют важное значение в народном хозяйстве. В частности, развитие фотографии, кинематографии, магнитной записи звука и т. п. тесно связано с развитием производства гибких и механически прочных пленок. Возможность получения пленок очень малой толщины с весьма высокими электроизоляционными свойствами обеспечивает им широкое применение и в качестве электроизоляционного материала в производстве электрических машин и аппаратов, а также при изготовлении обмоточных проводов и других кабельных изделий.
По роду исходных материалов все электроизоляционные пленки, как и искусственные волокна, можно разделить на две основные группы:
- Пленки из материалов, которые получены путем химической обработки целлюлозы (пленки из гидратцеллюлозы и различных эфиров целлюлозы). Пленки из эфиров целлюлозы в свою очередь можно разделить на пленки из сложных эфиров целлюлозы и органических и неорганических кислот (триацетат-, ацетобутират- и трипропионатцеллюлоза, нитроцеллюлоза и т. д.) и пленки из простых эфиров целлюлозы, которые образуются путем замещения в молекулах целлюлозы атомов водорода гидроксилов углеводородными радикалами (этилцеллюлоза, бензилцеллюлоза и т. п.). Простые эфиры целлюлозы обладают более низкими механическими свойствами и поэтому преимущественно применяются в качестве исходного материала для изготовления покровных лаков.
- Пленки, полученные из различных синтетических полимеров и поликонденсатов (полиэфиры, полиамиды, полистирол, поликарбонаты, полипропилен, полиэтилен, политетрафторэтилен и др.).
Изготовление электроизоляционных пленок может производиться следующими способами:
- Полив раствора полимера на гладкую металлическую поверхность; при этом пленка образуется в результате испарения растворителя. Этот метод является основным при изготовлении пленок из эфиров целлюлозы. Непрерывный процесс изготовления пленок осуществляется путем полива раствора на движущуюся поверхность барабана или непрерывную металлическую ленту, натянутую на два вращающихся цилиндра (барабана). Движущаяся лента проходит через сушильный канал, в котором происходят испарение растворителя и сушка пленки. Образовавшаяся на ленте или барабане пленка дополнительно пропускается через сушильное устройство, в котором она высушивается до установленного предела.
- Полив расплавленного полимера (без растворителя) на гладкую холодную поверхность, на которой в результате охлаждения расплава образуется пленка, сматываемая потом в рулон. Получение таких пленок возможно также и непрерывным методом путем полива расплава на вращающийся барабан.
- Выпрессование тонкостенной трубки с последующим значительным увеличением поперечных и продольных (для ориентации молекул) размеров ее с помощью сжатого воздуха. Образование широкой ленты достигается продольным разрезанием трубки. Этот метод применяется при изготовлении полистирольных и полиэтиленовых пленок и т. п.
- Направление тонкой широкой струи раствора полимера в коагуляционную ванну, наполненную такой жидкостью, в которой полимер коагулирует из раствора и образует гибкую пленку. Этот метод применяется в основном в производстве гидратцеллюлозных пленок. Целлофановые пленки требуют дополнительной пластификации, которая достигается пропусканием пленки через систему валиков, причем на своем пути пленка все время находится в 5—7%-ном водном растворе глицерина.
- В тех случаях, когда полимер не размягчается при нагреве и в то же время обладает крайне ограниченной растворимостью (например, политетрафторэтилен), изготовление пленок производится механическим путем — строжкой с помощью специальных резцов на устройствах, конструктивно близких к токарным станкам. Полученная лента дополнительно каландрируется между нагретыми валками, чем, помимо калибровки, достигаются определенная вытяжка и ориентирование молекул полимера пленки. В последнее время фторопластовые пленки начинают изготовлять отливкой из суспензий; при этом повышается равномерность толщины и электрической прочности пленок.
Применение гибких пленок для изготовления электрической изоляции, а также для других технических целей часто требует нанесения на них клеящего слоя, способного расплавляться и приобретать клейкость при повышенной температуре. Такой клеящий слой, нанесенный на пленку, высушивается в потоке теплового воздуха, после чего готовая пленка сматывается в рулон. Толщина клеящего слоя у электроизоляционных триацетатных пленок составляет 0,007—0,01 мм. Для нанесения клеящих слоев применяется лак на поливинилацетатной или полибутилметакрилатной основе.
Режим изготовления и дополнительной сушки пленок оказывает весьма существенное влияние на их механические свойства.
Существует два основных типа пленок: изотропные с полностью дезориентированными цепями молекул пленки, отличающиеся внутренней равновесностью, и анизотропные пленки с ориентированными молекулярными цепями.
Очень часто анизотропные (ориентированные) пленки получаются с помощью дополнительной обработки — каландрирования (например, пленки из политетрафторэтилена) или простой вытяжки (например, пленки из полиамидных соединений).
Изотропные пленки обладают более устойчивой структурой и не имеют значительных внутренних напряжений. В то же время эти пленки имеют пониженную механическую прочность и повышенное удлинение, в особенности при высоком содержании в них пластификаторов. Эти пленки дают сравнительно небольшую усадку, которая зависит в основном от количества остаточного растворителя в пленке. Изотропные пленки могут быть получены при замедленном испарении летучих растворителей.
Анизотропные пленки обладают повышенной механической прочностью (за счет ориентации цепей молекул) и значительной усадкой. Анизотропным пленкам свойственно также явление релаксации, т. е. перехода анизотропной структуры в изотропную. Уменьшения скорости релаксации цепей молекул в пленках можно достигнуть повышением вязкости системы, например уменьшением количества пластификаторов и т. п. Некоторые виды пленок, например нитроцеллюлозные анизотропные (ориентированные) пленки, обнаруживают очень малую скорость релаксации, и то лишь после сильного прогрева этих пленок. Такие анизотропные пленки обладают практически равновесным состоянием структуры и в то же время достаточно высокой механической прочностью.
Примерные электроизоляционные и физико-химические характеристики электроизоляционных пленок приведены в табл. 8-4, а классификация и области их применения -в табл. 8-5. Ниже сообщаются дополнительные сведения о пленочных материалах, причем особое внимание обращается на те материалы, которые применяются в производстве различных обмоточных и монтажных проводов.
