Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ свойств и технологических процессовизготовления стшошіастиков электротехническогоназначения 9
1.1. Общая характеристика исходных компонентов и ихвлияние на свойства стеклопластиков электрическогоназначения
1.1.1. Наполнители, применяемые при производстве стеклопластиков 10
1.1.2. Связующие, применяемые для производства стеклопластиков 15
1.2. Основные технологические процессы изготовленияи их влияние на свойства стеклопластиков 18
1.2.1. Основные технологические процессы изготовления стеклопластиков 23
1.2.2. Влияние технологических факторов на свойства стеклопластиков 29
1.3. Влияние внешних факторов на стабильность свойств стеклотекстолитов 39
1.4. Постановка задачи 57
2. Исследование характеристик стеклотекстолитана основа эпоксидно -шюлшржьдегидкогосвязующего в условиях длительного воздействиявысоких напряжений и электрических разрядовв воздухе ' 60
2.1. Объект исследования 60
2.2. Методика экспериментов 61
2.3. Диэлектрические характеристики стеклотекстолита СТЭФ-I 66
2.3.1. Пробивное напряжение и кратковременнаяэлектрическая прочность СТЭФ-1 75
2.4. исследование влияния электрических разрядов на диэлектрические свойства стеклотекстолита CT3S-I 79
2.5. Влияние электрических разрядов на механические свойства СТЗШ-І
2.6. Исследование длительной электрической прочности стеклотекстолита СТЗФ
Выводы 122
3. Исследование взаимосвязи дефектов стеклопластикасо структурой исходного наполнителя и рижажеґ0 пропитки
3.1. Особенности исследования процесса пропитки и разработка методики экспериментальной оценки качества пропитки стеклонаполнителей
3.2. Исследование качества пропитки различных типов наполнителей 131
3.3. Исследование процесса пропитки нитей и ровингоъ
3.4. Выбор физической модели структуры стеклопластика 1тО
4. Исследование технологических возжшхстеуїповышения качества и зїйективкссти производствастеклотекстолитов
4.1. Анализ возможностей применения и эффективности внедрения новых связующих
4.2. Технологические пути повышения качества пропитки стеклонаполнителей
4.3. Оценка эффективности применения устройств, интенсифицирующих пропитку стеклонаполнителей 182
4.4. Сравнительный анализ результатов применения методов улучшения механизма пропитки при формовании стеклопластиковых изоляторов формы тел вращения
4.4.1. Стеклопластиковые изоляторы в форме полого цилиндра
4.4.2. Стеклопластиковые изоляторы типа распорок І90
Выводы 200
Заключение 203
Литература 206
Приложение
- Основные технологические процессы изготовленияи их влияние на свойства стеклопластиков
- Методика экспериментов
- Исследование качества пропитки различных типов наполнителей
- Технологические пути повышения качества пропитки стеклонаполнителей
Введение к работе
В настоящее время в высоковольтной технике как в нашей стране, так и за рубежом все более широкое применение находят стеклопластики, являющиеся одним из перспективных композиционных материалов, когда требуется одновременное сочетание высокой электрической и механической прочности, а во многих случаях и высокой теплостойкости. Например, стекло-пластиковые трубы, намотанные из стеклонитей и ровингов с эпоксидным связующим, применяются в качестве высоковольтной изоляции в воздушных и масляных выключателях высокого напряжения; стеклопластиковые стержни, изготовленные из стеклоро-вингов методом протяжки через фильеры, применяются для изготовления изоляторов линий электропередач высокого напряжения; стеклотекстолиты входят в состав изоляции роторов крупных генераторов; на основе стеклопластиков выполняются элементы изоляции сухих трансформаторов и т.д.
Решениями ХХУІ съезда ІШСС ставится задача еще более интенсивного развития энергетики и электрофикации страны в XI пятилетке, что потребует также соответствующего развития производства композиционных электроизоляционных материалов и в том числе стеклопластиков. Однако использование стеклопластиков в ряде случаев ограничивается, с одной стороны, недостатками, присущими самим стеклопластикам, и с другой -недостаточной проработкой взаимосвязи электрических свойств, типа исходных компонентов и технологии изготовления стеклопластиков. Недостаточно также данных о механизме их разрушения под воздействием высоких напряженностей электрического поля и надежности стеклопластиковой изоляции ^У^овЩіх длительной эксплуатации.
t)
В сильных электрических полях одной из основных причин преждевременного выхода изоляции из строя является ухудшение ее свойств вследствие частичных разрядов, развивающихся в воздушных включениях и порах внутри изоляции. Б этих условиях имеет место электрическое старение изоляционных материалов. Поэтому для повышения срока службы изоляции необходимо, по возможности, исключить поры и газовые включения из структуры стеклопластика. Однако применяемые в настоящее время для этого методы трудоемки и малоэффективны.
В современных условиях, наряду с повышением требований к физико-механическим свойствам электрической изоляции и стабильности их в процессе эксплуатации, ставится задача интенсификации производственных процессов, всемерного снижения себестоимости производства электроизоляционных материалов и повышение экономической эффективности их применения в народном хозяйстве. Однако в ряде случаев технология производства и выбор компонентов отдельных видов стеклопластиков не учитывает конкретные условия эксплуатации, что приводит к неоптимальным технологическим процессам и нерациональному применению стеклопластиков.
Например, широко распространенные стеклотекстолиты марки СТЭФ и СТЭШ-I выпускаются промышленностью в больших количествах для применения в высоковольтном и низковольтном оборудовании. Для изготовления этих стеклотекстолитов используются дорогостоящие и дефицитные наполнители и связующие (стеклоткани Э1-100, ЭЗ-100, ЭЗ-200, эпоксидные смолы и т.д.); в технологическом процессе изготовления СТЭФ и СТЭФ-1 имеется ряд трудоемких и дорогостоящих операций (например, отжиг стеклоткани), которые еще больше повышают их себестоимость. Вместе с тем применение этих стеклопластиков в высо-
ковольтном оборудовании ограничивается низкой электрической
прочностью вдоль слое*в, а при использовании их в низковольт
ном оборудовании эти материалы в соответствии со своими ком
понентами и технологией изготовления являются неоправданно
дорогими. *
Таким образом, возникает весьма сложная проблема совершенствования свойств стеклопластиков в части улучшения их диэлектрических свойств, с одной стороны, и всемерного повы-
*
шения их экономической эффективности в части применяемых компонентов и технологических процессов производства, - с другой.
Целью настоящей работы является внесение определенного вклада в решение этой важной народнохозяйственной проблемы.
Для решения этих вопросов был выбран в качестве объекта исследования промышленный образец стеклотекстолита СТЭШ-1, так как его свойства наиболее характерны для всех стеклопластиков, а серийный выпуск на специализированных предприятиях обеспечивает высокую стабильность и устойчивость технологического процесса, что является необходимым для проведения надежных экспериментов на промышленных образцах.
Были исследованы также промышленные и лабораторные образцы стеклотекстолитов СТЭФ, СТЭШ-НТ и некоторых других стеклопластиков и их наполнителей и связующих.
В результате проведения обширных исследований свойств стеклопластиков и их компонентов, установления взаимосвязи между их свойствами и технологическими процессами их изготовления установлены и выносятся на защиту:
I. Физическая модель стеклопластика как системны полимерной матрицы, равномерно распределенных переуплотненных стеклонитей и двух типов пор или газовых включений: иглооб-
разных - внутри нитей и сферических или елабовытянутых в полимерной матрице, которая позволяет получить хорошее совпадение расчетных и экспериментальных данных по взаимосвязи электрических и структурных характеристик.
Рекомендации по усовершенствовании технологического процесса пропитки стеклонаполнителя, с целью повышения монолитности структуры стеклопластика.
Способ пропитки стеклонаполнителей, позволяющий существенно снизить воздушные включения в структуре стеклопластика и соответственно повысить электрическую прочность стеклопластика вдоль нитей (или вдоль слоев) на 40-60%.
Технологический процесс изготовлена: крупногабаритных стеклопластикоеых вводов для герметизированных генераторных коммутационных аппаратов, существенно снижающий себестоимость вводов на класс напряжения 15,75 кВ и позволяющий создать вводы на более высокие классы напряжений, необходимость в которых возникает в связи с развитием атомной энергетики страны.
Рекомендации об исключении отжига стеклоткани из технологического процесса изготовления стеклотекстолита СТЭ и об исключении растворов смол из технологии изготовления стеклопластиков, предназначенных для работы под воздействием высоких напряжений.
Высокоэффективный влагостойкий стеклотекстолит на основе недефицитного модифицированного связующего, заменяющий стеклотекстолит СТЗФ в низковольтном оборудовании.
Основные технологические процессы изготовленияи их влияние на свойства стеклопластиков
Армированные стеклопластики электротехнического назначения выпускаются, главньм образом, трех видов: стеклотекстолита (листовые стеклопластики), трубки и цилиндры стеклоплас-тиковые (намотанные изделия), стеклопластиковые профили (круглые стержни, квадратные рейки, угольники, швеллер и т.д.).
В следующем разделе рассматриваются технологические процессы в зависимости от видов стеклопластиков.
Технологический процесс производства стеклотекстолитов состоит из двух основных операций: пропитки наполнителя и формования стеклотекстолита, т.е. прессования пропитанного наполнителя на многоэтажных гидравлических прессах. Кроме основных операций в технологическом цикле производства стеклотекстолита имеется ряд вспомогательных операций, как например, подготовка наполнителя, сушка пропитанного наполнителя, нарезка просушенного наполнителя по размеру плит пресса, сборка, пакетов из нарезанных листов наполнителей (в зависимости от толщины стеклотекстолита), обрезка краев стеклотекстолита, термообработка готового стеклотекстолита.
Под "подготовкой наполнителя" имеется в виду удаление парафинового замасливателя из структуры стеклонаполнителя с целью улучшения адгезии связующего к стеклонитям. Для удаления замасливателя (парафиновой эмульсии) применяется, например, термообработка стеклоткани (так называемый "отжиг") при температуре 200-250С. Отжиг стеклоткани, как правило, производится непрерывной протяжкой ее через термокамеру с электрообогревом. После термообработки рекомендуется, чтобы остаток замасливателя на ткани составлял 0,5-0,7% при первоначальном его содержании 2% [б, б]. Некоторые авторы, например [з], рекомендуют отжигать замасливатель при температуре 340С, пока не улетучатся все органические вещества. Однако термообработка при такой температуре вряд ли целесообразна, так как многие авторы отмечают снижение механических свойств стеклонитей при этих температурах [10, 13J. Для контроля за качеством отжига рекомендуются от отожженной ткани взять об разцы и прокаливать их при температуре 650 С; допустимые потери веса не должны превышать 0,1% от веса образца [5, 9J.
Б зависимости от вида используемого связующего применяются разные способы пропитки. При использовании растворов термореактивных смол для пропитки стеклотканей применяются пропиточные машины, где совмещены пропитка, сушка и в некоторых случаях - нарезка наполнителя на необходимый формат.
При применении термореактивных связующих в виде расплава пропитка производится на специальных обогреваемых вальцах. В этом случае отпадает необходимость в сушке пропитанного наполнителя, т.к. связующее после выхода из пропиточного узла, попадая в охлаждаемую зону, остывает и становится твердым [б].
Пропитка жидкими связующими, главным образом, полиэфирными, без растворителей производится на пропиточных устройствах непрерывным способом. Пропитанный наполнитель наматывается в рулоны, при этом во избежание слипания слоев, одновременно с наполнителем наматывается разделительная целлофановая пленка [б]. Существует совмещенная технология непрерывной пропитки и формования стеклотекстолита на полиэфирном связующем. При этой технологии наполнитель, проходя через пропиточное устройство, попадает в зону формирующих роликов, расположенных в обогреваемой шахте; спрессованный и отверж-денный стеклотекстолит после охлаждения в конечной, холодной, зоне шахты обрезается на определенные размеры синхронно движущимся дисковым ножом. Этот способ применяется в основном для изготовления декоративного (поделочного) стеклотекстолита из стекловойлоков, и очень ограниченно - из стеклотканей .
В последние годы ведутся интенсивные работы по пропитке наполнителей сухими смолами. Этот способ пропитки сухими смолами интересен тем, что экономится большое количество растворителей, выбрасываемых при пропитке с растворами смол в атмосферу (т.к. на существующих пропиточных производствах рекуперация не применяется). Существует несколько разновидностей метода сухой пропитки. В работе [14] описывается способ пропитки стеклонаполнителей сухим порошковым наполнителем, заключающийся в следующем: рулонный наполнитель сначала пропускается через ванну с водой, потом проходит через ванну, наполненную порошкообразным связующим, набирая его на себя. В дальнейшем в обогреваемой шахте наполнитель сушится, одновременно порошкообразный наполнитель, расплавляясь, обволакивает стеклонаполнитель.
Однако этот способ пропитки, на наш взгляд, не перспективен из-за необходимости выпаривания искусственно внесенной в структуру наполнителя воды, на что потребуется большое количество энергии и, кроме того, известно, что увлажнение снижает механическую прочность стекловолокон [4]. Сложность регулирования содержания смолы в пропитанной наполнителе является еще одним недостатком описанного способа.
Более перспективным представляется способ пропитки сухими порошкообразными связующими с применением электронно-ионной технологии [l5J. При этом способе пропитки связующее, в виде мелкодисперсного порошка, наносится на стеклоткань в электростатическом поле и в дальнейшем, проходя через обогреваемую шахту, расплавляется и закрепляется на стеклоткани. Преимуществом этого способа является низкое энергопотребление на сушку пропитанного наполнителя (всего 10-12 кВт) и большая производительность. Если скорость пропитки при традиционной технологии составляет 2,5-3 ц/мин., то при этой технологии скорость пропитки достигает до 15 м/мин.
Недостатком этой технологии является, во-первых, то, что стеклоткань пропитывается связующим главным образом при прессовании, что предъявляет к связующему жесткие требования (связующее должно обладать достаточно высоким периодом жела-тинизации при не очень высоком периоде полимеризации), во-вторых, связующее легко осыпается, так как нанесено только на поверхность стеклоткани.
Этот способ пропитки внедрен на заводах "Азерэлектро-изолит" и "Тбилизолит", и стеклотекстолит марки СТ на основе сухих фенолформальдегидных связующих выпускается на опытно-промышленных установках.
Среди технологических процессов производства стекло-текстолитов особое место занимает одностадийный процесс изготовления пропитанного наполнителя типа СБАМ [іб]. СВАМ -стекловолокнистый анизотропный нетканый материал (стеклошпон), состоящий из элементарных стекловолокон, расположенных параллельно друг другу и склеенных между собой, например, эпоксид
Методика экспериментов
Диэлектрические характеристики стеклопластика СТЭФ-1 ( tnO і J , І Е D) сами по себе не определяют надежность и долговечность электрической изоляции, однако исследование их изменений в процессе воздействия старящих факторов с учетом статистического разброса позволяет оценивать уровень технологии изготовления стеклопластика и выяснять природу физических процессов, происходящих при его старении. Это позволит научно обоснованно подойти к вопросам долговечности изделий из стеклопластика СТЭФ-1.
Измерения емкости и тангенса угла диэлектрических потерь tnO исследуемых образцов проводились с помощью мостов МЛЕ-І и Р-589 в интервале температур от 20 до 200С. В качестве измерительных электродов использовались диски из оловянной фольги диаметром 50 мм, которые притирались к образцу с помощью вазелиновой пасты. На электроды из фольги накладывались латунные электроды, изготовленные также в виде дисков (рис. 14).
При исследовании температурной зависимости ( j, , J и tQ0 ) электродное устройство помещалось в нагревательную а лечь с регулируемой температурой. Температура образца измерялась термопарой хромель-коппель с точностью до 1С. Температурные зависимости объемного я., и поверхностного а сопротивлений и следовались с помощью тераомметра 6 Е6-3 при разности потенциалов на образце 100 В. При измере ний пи fL в качестве электродов применялись латунные диски с охранным кольцом: диаметр нижнего электрода составлял 3,8 см, диаметр верхнего - 5 см; зазор между нижним электродом и охранным кольцом был равен I мм.
Кратковременное пробивное напряжение Uпд измерялось вольтметром Б567 црИ переменном напряжении частотой 50 Гц. Напряжение на образце повышалось со скоростью 2 кВ/с. В качестве электродов использовались латунные диски с закругленными краями: диаметр верхнего электрода составлял 8 мм, а нижнего - 45 мм. Толщина образцов измерялась оптическим толщиномером ИЗВ-2. Кратковременная электрическая прочность определялась как среднее арифметрическое из результатов 50-60 независимых измерений. где и - напряжение отдельного пробоя; р.. - толщина вблизи места пробоя (среднее арифметическое из результатов 5-ти измерений).
Во избежание перекрытия по поверхности, определение кратковременной электрической прочности образцов СТЭФ-I производилось в трансформаторном масле.
Электрическое старение проводилось в прямоугольной испытательной ячейке плоскостного типа, схематически изображенной на рис. 15. В качестве одного диэлектрического барьера использовали испытуемый образец диэлектрика толщиной 0,5 мм, а в качестве второго - стеклянную пластину площадью 13x18 см2 и толщиной 0,15 мм. Испытуемый образец помещался на прямоугольную пластину из нержавеющей стали, служившую нижним (заземляемым) электродом. С помощью стеклянных прокладок устанавливалась толщина газового зазора между ди- 6k электриками, равная 0,15 мм.
Верхним высоковольтным электродом служил прямоугольный электрод в виде напыленного на внешнюю поверхность стеклянной пластины слой серебра. Чтобы избежать испарения серебра на время испытаний, на серебрянный слой наклеивалась оловянная фольга. Серебряное, покрытие требовалось для того, чтобы между стеклянной пластиной и фольгой не возникали неконтролируемые частичные разряды. Серебряное покрытие наносилось на расстоянии 2 см от каждого края пластины, чтобы предотвратить перекрытие испытательной ячейки скользящим разрядом по поверхности.
Испытательная ячейка, в которой проводилось электрическое старение, обеспечивала равномерное воздействие разрядов на относительно большую площадь образца, так как частичные разряды в ячейке развиваются в газовом зазоре, ограниченном диэлектриками и диэлектрические барьеры обеспечивают сравнительно равномерный характер действия разрядов [84] .
Высокое электрическое напряжение подавалось на испытательную ячейку от высоковольтного трансформатора АИИ-70. Испытания проводились при промышленной частоте в воздухе. Зная величину напряжения старения IL, (напряжения на испытательной ячейке), толщину воздушного зазора, стеклянного барьера и испытуемого образца, легко вычислить энергетические характеристики в данной испытательной ячейке (их мощность и ток, падение напряжения на стеклянном барьере и испытуемом образце) [85].
Величина напряжения на ячейке, при котором в ее зазоре зажигаются разряды определялась по вольткулонной характеристике ячейки согласно методике [бб] и составляла 5 кВ.эфф.
Время жизни определялось в специальном устройстве, схе матически показанном на рис. 16. Образец помещался на металлическую пластину, служившую заземленным электродом. К внешней поверхности образца прижимались 10 высоковольтных электродов в виде стальных цилиндриков с загнутыми краями (диаметр основания электрода составлял 8 мм).
Поскольку мы стремились приблизить наши условия испытаний к реальным, имеющим место в условиях эксплуатации, нами специально не проводилось устранение воздушных зазоров между верхним электродом и образцом, возникающих вследствие шероховатости контактирующих поверхностей.
Каждый из электродов был подключен к токовому реле. При пробое образца под каким-либо электродом реле отключало данный электрод от высоковольтного трансформатора. Одновременно замыкалась цепь самопишущего потенциометра, на котором регистрировалось время до пробоя.
Временная зависимость предела прочности на разрыв определялась на образцах-лопаточках из стеклотекстолита СТЭФ-1 толщиной 0,5 мм. Испытания проводились на установке, позволяющей поддерживать постоянное механическое напряжение. 0 долговечности СТЭШ-I после воздействия электрических разрядов судили по времени, прошедшем с момента нагружения образца до его разрыва в зависимости от приложенной нагрузки.
Исследование качества пропитки различных типов наполнителей
Экспериментальные исследования коэффициентов проницаемости Кл проводились на установке, схема которой представлена на рис. 49. Величины К вычислялись по формуле [I00J где Q - расход связующего, см /сек; — — - перепад давле-нии, измеряемый пьезометром; ш - площадь поперечного сече-ния пропитываемого образца. Измерение пористости„ЇЇІ проводилось путем укладки в форму различного числа слоев ткани и ровингов. При каждом значении„Л? пропитывалось не менее 15 образцов. Теоретические значения пористости наполнителей для каждого значения /С рассчитывались по формуле (27). Результаты исследований представлены в табл. 6. Из табл. б следует, что полная пропитка (л =1) имеет место только в пакетах высокой пористости ІЇЇ 0,8 на основе отдельных элементарных волокон. Геометрические расчеты показали, что в этом случае средние зазоры между волокнами {dp = = 10 мкм) составляют 40 мкм. При увеличении числа волокон в поперечном сечении пакета (уменьшении 171 ) эти зазоры резко уменьшаются и при 171 = 0,3 составляют в среднем всего 1,2мкм. Очевидно, что полное заполнение связующим таких капилляров, особенно с учетом возможных случайных отклонений в их размерах, весьма затруднительно. Поэтому с уменьшением пористости наблюдается снижение величины к : при /77 = 0,3 К =0,5. Это означает, что связующим омывается порядка 50% общей поверхности элементарных волокон. Часть капилляров при этом остается непропитанной и в наполнителе остаются воздушные включения .
На рис. 50 представлены кривые зависимости Kj и Kg от пористости /77 для пакета из элементарных стекловолокон, расположенных параллельно потоку связующего. Из рис. 50 видно качественное совпадение зависимостей для Л -и Kg от степени пористости, в то время как количественное совпадение значений К- и К имеет место только для случаев высокой пористости наполнителя /7? = 0,8-0,9, причем, чем ниже пористость, тем больше расхождение К,т и пд.
Как видно из табл. б, аналогичные зависимости сохраняются и для других типов наполнителя (ровингов и тканей) и поэтому они носят достаточно общий характер.
При рассмотрении условий пропитки ровингов и тканей в первую очередь обращают на себя внимание низкие абсолютные значения коэффициентов проницаемости и критерия качества пропитки. Минимальные значения К наблюдаются для ровингов, расположенных параллельно направлению пропитки ( к = 0,04 0,08). Близкие к ним значения имеют и стеклоткани (У = = 0,07 0,09). Такое резкое изменение величин к при переходе от элементарных волокон к ровингам и тканям свидетельствует о радикальных изменениях в самом механизме пропитки.
При одинаковых значениях пористости /72 и равенстве диаметров волокон их теоретическая удельная поверхность остается, очевидно, постоянной и не может служить причиной изменения k . Не изменяется также и величина фактора ориентации J . Следовательно, изменения критерия качества могут быть объяснены только принципиальными различиями в самой структуре поровых пространств элементарных волокон и ровингов. Эти изменения сводятся к следующим.
В пакетах на основе элементарных волокон последние расположены относительно равномерно, зазоры между ними приблизительно равны и могут быть оценены некоторым общим значением с соответствующей дисперсией. Таким образом, их распределение, независимо от его конкретного вида, должно быть одно-модальным. Группировка элементарных волокон в ровингах или нити в пакетах расщепляет все поровое пространство на две области.
Первая область включает поровое пространство внутри нитей и ровингов. Она характеризуется высокой плотностью упаковки элементарных волокон и микроскопическими (1-5-5 мкм) зазорами между ними. Вторая область - поровое пространство между ровингами или, для тканей - между нитями и между слоями, где, естественно, зазоры на порядок больше.
Технологические пути повышения качества пропитки стеклонаполнителей
При изучении проблемы замены стеклотекстолита СТЭШ на другие, более эффективные стеклопластики, наибольший интерес представляет замена его основы, т.е. замена дефицитных стеклотканей электротехнического назначения (ЭЗ-200, ЭЗ-150, ЭЗ-100, Э1-100 и др.) на более дешевые и недефицитные. Этими материалами являются некрученые стеклонити, ровинги, нетканые стеклохолсты (так называемые вязально-прошивные ткани типа ВПР-Ю, ВПЭ-0,4) и др.
Как известно, огромное количество стеклотекстолита СТЭФ в промышленности перерабатывается на клинья и рейки разных профилей, прокладки, кольца и т.д. При этом, кроме огромных трудовых затрат (обработка стеклотекстолита для получения этих изделий производится, как правило, на строгальных, фрезерных и токарных станках), по данным ВНИИЭИМ, теряется от 35 до 45% стеклотекстолита в виде отходов.
В последние годы промышленность начала осваивать на основе стеклонитей и ровингов профильные стеклопластики с эпоксидньм и полиэфирным связующими, что в некоторой степени заменяет СТЭФ и частично СТ и, по-видимому, сокращает их по требление.
В качестве листового материала для замены стеклотекстолита СТЗФ в диапазоне толщин от 3 мм и выше представляет интерес стеклотекстолит СТЭФ-НТ (НТ - указывает на нетканую основу) на основе вязально-прошивных тканей и традиционного эпоксифенольного связующего с 50% содержанием растворителя, разработанный ВНИИЭИМ и выпускающийся предприятиями электро-техпрома.
Однако из-за плохой механической обрабатываемости (при механической обработке стеклотекстолит разлохмачивается и нарушается его структура), он спросом не пользовапся.
Как мы показали в предыдущей главе, сама структура стеклонаполнителя в виде системы переуплотненных нитей является одной из основных причин появления воздушных включений в стеклопластике. Чем ниже плотность отдельных нитей, тем более равномерно расположение волокон в структуре материала и тем полнее и глубже должна осуществляться их пропитка связующим.
Вследствие того, что однонаправленные стеклонити в ро-вингах, составляющих сетку наполнителя СТЭФ-НТ, в местах прошивки сильно уплотнены, в этих уплотненных зонах наполнителя связующее не сможет проникать даже между нитями ровинга, не говоря уже о межволоконном пространстве. Эти непропитан-ные зоны при механической обработке, соприкасаясь с режущим инструментом, приводят к разлохмачиванию стеклотекстолита, что является одним из главных недостатков СТЭФ-НТ.
Этот же фактор является причиной большого разброса большинства его характеристик (об этом подробно будет сказа— но в п. 4.4).
Традиционные способы пропитки не справляются с этим не достатком вязально-прошивных тканей (вариации с изменением скорости пропитки, вязкости лака, увеличение времени пропитки практически не влияют на разброс значений характеристик, лишь увеличивая затраты на производство). Для примера в табл. II приведены сравнительные данные изменения электрической прочности СТЭФ-НТ при разных скоростях пропитки. Таким образом, на наш взгляд, остается единственный путь преодоления этого недостатка - это разрыхление наполнителя.
Технологические методы разрыхления структуры ровингов, тканей и других стеклонаполнителей в процессе пропитки с помощью различных механических устройств, используемые в промышленности, имеют несколько существенных недостатков, главный из которых заключается в том, что они повреждают стекловолокна и способствуют их навиванию на ролики подающих и натягивающих устройств.
Поэтому наиболее перспективным является, по-видимому, вибрационное распущение наполнителя, например, с помощью ультразвуковых колебаний.
Данные некоторых экспериментальных исследований по при-менению ультразвуковых колебаний (УЗК) при пропитке стеклоткани [I07J характеризуется противоречивостью и приведены без учета статистического разброса значений характеристик, что не позволяет судить об эффективности метода.
О широком промышленном использовании ультразвуковых колебаний (УЗК) для пропитки стеклонаполнителя изоляционного назначения в литературе мало сообщений, хотя из общей теории влияния ультразвука ча интенсификацию технологических процессов можно сделать вывод о том, что пропитка стеклоткани под воздействием ультразвуковых колебаний, помимо значительно больших допустимых скоростей, должна характеризоваться и более высоким качеством.
Высокая равномерность пропитки достигается в результате возникновения значительного звукового давления на границе стекло-связующее, а также в связи с разрыхлением наполнителя в акустическом поле, что подтверждается также данными работы I07J. Однако известно, что замена наполнителя и связующего неизбежно вызывает необходимость экспериментальной отработки технологических режимов и параметров ультразвуковых установок.
Для практической проверки целесообразности внедрения ЗУК в промышленное производство нами была выбрана традиционная вертикальная пропиточная машина, схема которой приведена на рис. 57.
Основные части для установки пропитки с ультразвуком следующие: I - традиционная вертикальная пропиточная машина, 2 - ультразвуковой генератор типа УЗТ-2,5А, 3 - магнито-стрикционные преобразователи (типа ПМС-б).
ПМС-б работает на частоте 20,4 кГц и потребляет 2,5 кВт. Его питание осуществляется от ультразвукового генератора тока типа УЗТ-2,5А. Ширина излучателя 300 мм (с учетом охвата полоски рулонного материала шириной 250 мм).
Магнитострикторы размещены в шахматном порядке так, чтобы диагонали излучающих пластин совпадали с направлением движения пропитываемого полотна наполнителя. В процессе отладки установки была предусмотрена возможность изменения скорости пропитки стеклонаполнителя, положения магнитостриктора в ванне и регулирование интенсивности излучения. Последующая переработка наполнителя, пропитанного по обычной технологии и с помощью УЗК, осуществлялась по идеи
