Электроизоляционная эмаль
Изобретение относится к покрывным эмалям горячей сушки, предназначенным для получения электроизоляционных защитных покрытий пропитанных обмоток, узлов и деталей электрических машин и аппаратов с изоляцией класса нагревостойкости F (155°С). Техническим результатом является повышение класса нагревостойкости эмали, повышение адгезии эмалевого покрытия, диэлектрических свойств покрытия. Эмаль, включающая пленкообразователь, сшивающий агент, сиккатив, пигменты, наполнители, целевые добавки и органические растворители, в качестве пленкообразователя содержит эпоксиэфир, получаемый реакциями этерификации и термической полимеризации 1,0 моль эпоксидиановой смолы с содержанием эпоксигрупп 3,5÷4,5 мас.%, 2,4 моль жирных кислот высыхающих масел и 1,3 моль канифоли, а в качестве активного наполнителя для повышения электрической прочности эмалевого покрытия дополнительно содержит гидрофобный аэросил при следующем соотношении: эпоксиэфир (55%-ный раствор в ксилоле) 62,0÷81,0, пигменты и наполнители 13,0÷29,0, гидрофобный аэросил 0,3÷0,6, сшивающий агент 4,5÷5,5, целевые добавки (диспергатор, пеногаситель, тиксотропная, антифлотационная, антиоксидант) 1,5÷6,5, сиккатив (октоат кобальта) 0,2÷0,5, органические растворители 1,5÷7,5. 2 табл.
Изобретение относится к области производства электроизоляционных покрывных эмалей горячей (печной) сушки, применяемых для получения дополнительных защитных покрытий пропитанных неподвижных и вращающихся обмоток, узлов и деталей электрических машин и аппаратов с изоляцией класса нагревостойкости F (155°С).
Известна эмаль печной сушки, представляющая собой суспензию пигментов в эпоксидном лаке с добавлением карбамидоформальдегидной смолы [Справочник по электротехническим материалам. / Под. ред. Ю.В.Корицкого, В.В.Пасынкова, Б.М.Тареева. Т.1. М.: Энергоатомиздат, 1986. 367 с.]. Основной недостаток этой эмали - высокая температура (190°С), необходимая для сушки покрытия. Наиболее близкой к предлагаемой является эмаль печной сушки на масляноглифталевой основе с добавлением карбамидоформальдегидной смолы [Лившищ М.Л., Пшиялковский Б.И. Лакокрасочные материалы: Справочное пособие. - М.: Химия, 1982. - 360 с., ил.]. Недостатками этой эмали являются:
- низкая нагревостойкость покрытия (130°C);
- низкая адгезия покрытия (более 1 балла);
- невысокие диэлектрические свойства - электрическая прочность (30 кВ/мм) и удельное объемное электрическое сопротивление (1·1011 Ом·м).
Цель изобретения - повышение нагревостойкости покрытия до 155°С (класс нагревостойкости F), повышение адгезии покрытии до 1 бала, повышение электрической прочности покрытия до уровня не менее 40 кВ/мм и удельного объемного электрического сопротивления до уровня не менее 1·1012 Ом·м.
Поставленная цель достигается тем, что эмаль, включающая пленкообразователь, сшивающий агент, сиккатив, пигменты, наполнители, целевые добавки и органические растворители, в качестве пленкообразователя содержит эпоксиэфир, получаемый реакциями этерфикации и термической полимеризации 1,0 моль эпоксидиановой смолы с содержанием эпоксигрупп 3,5-4,5 мас.%, 2,4 моль жирных кислот высыхающих масел и 1,3 моль канифоли, а в качестве активного наполнителя для повышения электрической прочности эмалевого покрытия дополнительно содержит гидрофобный аэросил при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Эпоксиэфир (55%-ный раствор в ксилоле) | 62,0-81,0 |
| Пигменты и наполнители | 13,0-29,0 |
| Гидрофобный аэросил | 0,3-0,6 |
| Сшивающий агент | 4,5-5,5 |
| Целевые добавки (диспергатор, | |
| пеногаситель, тиксотропная, | |
| антифлотационная, антиоксидант) | 1,5-6,5 |
| Сиккатив (октоат кобальта) | 0,2-0,5 |
| Органические растворители | 1,5-7,5 |
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Получение пленкообразователя:
а) получение эпоксидиановой смолы.
Высокомолекулярную эпоксидиановую смолу получают конденсацией 39,3 мас.ч. низкомолекулярной (М.М.ср.≅350-400 г/моль) эпоксидиановой смолы и 17,6 мас.ч дифенилолпропана в присутствии катализатора (третичного амина). Синтез проводят при температуре 140-160°С до получения эпоксиолигомера с содержанием эпоксигрупп 3,5-4,5 мас.%;
б) получение эпоксиэфира.
К полученному эпоксиолигомеру (1 моль) добавляют 28,2 мас.ч (2,4 моль) жирных кислот таллового или льняного масел, 14,9 мас.ч. канифоли (1,3 моль) и проводят этерификацию при плавном подъеме температуры от 160 до 250°C до получения кислотного числа эпоксиэфира менее 30 мг КОН/г. Последующая выдержка при температуре 250-260°С (дальнейшая этерификация и термическая полимеризация) приводит к получению эпоксиэфира с кислотным числом менее 15 мг КОН/г и условной вязкостью 52%-ного раствора в ксилоле в пределах 60-100 с (по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 6 мм);
в) получение раствора эпоксиэфира.
Эпоксиэфир растворяют в ксилоле и получают лак 55%-ной концентрации, используемый в качестве пленкообразователя для эмали.
Пример 2. Изготовление эмали серого цвета
В дежу диссольвера последовательно загружают при работающей мешалке 10,4 мас.ч. лака (первая часть), 0,3 мас.ч. пеногасителя, 0,3 мас.ч гидрофобного аэросила, 0,3 мас.ч. органобентонита, 0,4 мас.ч. специального сажевого пигмента, 3,1 мас.ч. синтетического сульфата бария, 9,4 мас.ч. пигментной двуокиси титана (рутил), 1,3 мас.ч. ксилола и с помощью высокооборотной дискозубчатой мешалки готовят замес пасты, который затем диспергируют с помощью бисерной мельницы до получения степени перетира по гриндометру менее 5 мкм (по зернам). Аналогично готовят второй замес и повторяют процесс диспергирования.
Пасты обоих замесов после диспергирования подают в смеситель, где их совмещают с лаком (вторая часть) из расчета 50 мас.ч. на 50 мас.ч. пасты, затем добавляют 5 мас.ч. меламиноформальдегидной смолы, 0,3 мас.ч. сиккатива, 2,0 мас.ч. уайт-спирита, 0,6 мас.ч. антифлотационной добавки, 0,1 мас.ч. метилэтилкетоксима (антиоксидант). После перемешивания в смесителе эмаль типизуют и фильтруют с помощью патронного фильтра с тонкостью фильтрации 100 мкм.
Пример 3. Изготовление эмали красно-коричневого цвета
В дежу диссольвера загружают 15,3 мас.ч. лака (первая часть), 1,5 мас.ч, диспергатора, 0,3 мас.ч. пеногасителя, 0,6 мас.ч. органобентонита, 0,3 мас.ч. гидрофобного аэросила, 6,9 мас.ч. красного железоокисного пигмента, 1,5 мас.ч. ксилола и готовят замес пасты, который затем диспергируют на бисерной мельнице до получения степени перетира менее 25 мкм (по зернам). Процесс повторяют со вторым замесом, затем в смесителе совмещают продиспергированные пасты с лаком (вторая часть) из расчета 50 мас.ч. на 50 мас.ч. пасты, добавляют 5 мас.ч. меламиноформальдегидной смолы, 0,3 мас.ч. сиккатива, 0,6 мас.ч. антифлотационной добавки, 2,0 мас.ч. уайт-спирита и 0,1 мас.ч. метилэтилкетоксима. Эмаль типизуют и фильтруют через патронный фильтр 100 мкм.
Пример 4. Изготовление эмали зеленого цвета
В шаровую мельницу загружают 33,7 мас.ч. лака (первая часть), 3,7 мас.ч. диспергатора, 0,6 мас.ч. пеногасителя, 0,6 мас.ч. гидрофобного аэросила, 16,2 мас.ч. пигментной окиси хрома, 1,0 мас.ч. органобентонита, 1,6 мас.ч. ксилола, и 2,7 мас.ч. этилцеллозольва. Пигментную пасту диспергируют до получения степени перетира по гриндометру менее 25 (зерна), затем добавляют 41,1 мас.ч. лака (вторая часть), 5,0 мас.ч. меламиноформальдегидной смолы, 0,3 мас.ч. сиккатива, 0.6 мас.ч. антифлотационной добавки, 0,1 мас.ч. метилэтилкетоксима. После типизации эмаль фильтруют через карманный фильтр с тонкостью фильтрации 200 мкм.
Примеры 5-7. Эмаль изготавливают аналогично примерам 2-4 и в соответствии с рецептурами, представленными в табл.1 (примеры 2-7).
Высокие диэлектрические и физико-механические свойства эмали обеспечиваются, в первую очередь, благодаря сбалансированной структуре эпоксиэфира, содержащего оптимальное количество функциональных гидроксильных групп, оставшихся в результате неполной их этирификации жирными кислотами и канифолью и оптимальному содержанию ненасыщенных двойных связей жирнокислотных радикалов. Гидроксильные группы эпоксиэфира при взаимодействии с бутоксигруппами меламиноформальдегидной смолы обеспечивают структурирование эмалевой пленки при температуре сушки выше 120°С, а сопряженные ненасыщенные двойные связи жирнокислотных радикалов обеспечивают воздушную сушку (до степени 3) за счет реакции аутоокислительной полимеризации.
Повышению и стабилизации диэлектрических свойств покрытия способствует также введение в рецептуру эмали гидрофобного аэросила, представляющего собой продукт химической обработки силанами гидрофильного аэросила. Положительное влияние гидрофобного аэросила на диэлектрические свойства покрытия в наибольшей степени проявляется в эмали серого цвета, содержащей в качестве пигментов двуокись титана и сажу, а в качестве наполнителя - синтетический сульфат бария. При этом повышается диспергируемость пигментов и седиментационная устойчивость.
При сравнении результатов испытаний эмали серого цвета (примеры 2 и 5) предпочтение отдано эмали, изготовленной по рецептуре примера 2, обеспечивающей получение более высокой электрической прочности покрытия благодаря увеличенному содержанию структурирующей меламиноформальдегидной смолы.
Повышению электрической прочности покрытия способствует введение в рецептуру гидрофобного аэросила и антифлотационной добавки, обеспечивающих равномерное распределение пигментов и наполнителей в пленке, что исключает возможность появления неоднородности и высокой локальной напряженности электрического поля.
Из указанных в табл.1 рецептур эмали красно-коричневого цвета (примеры 3 и 6) оптимальной является рецептура по примеру 3, т.к. она обеспечивает более высокую диспергируемость пигмента, что позволяет снизить трудоемкость изготовления пигментной пасты без существенного снижения электрической прочности эмалевого покрытия. Кроме того, эмаль, изготовленная по примеру 3, образует более гладкое и глянцевое покрытие, что позволяет снизить пыле- и грязесобираемость в процессе эксплуатации электрооборудования.
При сравнении результатов испытаний эмали зеленого цвета (примеры 4 и 7) предпочтение отдано эмали, изготовленной по рецептуре примера 4, т.е. с добавлением диспергатора, органобетонита, пеногасителя и увеличенным содержанием аэросила и метиламиноформальдегидной смолы. Указанные добавки позволяют повысить седиментационную устойчивость эмали при хранении, повысить декоративные свойства покрытия - блеск и гладкость, а также диэлектрические характеристики покрытия.
Предлагаемая эмаль высыхает на воздухе (15-35)°С до степени 3 (сухое на ощупь покрытие) в течение 4 ч, а полностью высыхает (выдерживает испытание спиртобензиновой смесью) при температуре (110-130)°С в течение 1,5-2,0 ч.
Сравнение предлагаемой и известной эмали (табл.2) показывает, что по основным свойствам (сушка, адгезия покрытия, диэлектрические свойства, класс нагревостойкости) предлагаемая эмаль превосходит известную.
Электроизоляционная эмаль класса нагревостойкости F (155°С), включающая пленкообразователь, сшивающий агент, пигменты, наполнители, целевые добавки и органические растворители, отличающаяся тем, что в качестве пленкообразователя она содержит эпоксиэфир, получаемый реакциями этерификации и термической полимеризации 1,0 моль эпоксидиановой смолы с содержанием эпоксигрупп (3,5÷4,5) мас.%, 2,4 моль жирных кислот высыхающих масел и 13 моль канифоли, а качестве активного наполнителя для повышения электрической прочности эмалевого покрытия дополнительно содержит гидрофобный аэросил при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Эпоксиэфир (55%-ный раствор в ксилоле) | 62,0÷81,0 |
| Пигменты и наполнители | 13,0÷29,0 |
| Гидрофобный аэросил | 0,3÷0,6 |
| Сшивающий агент | 4,5÷5,5 |
| Целевые добавки (диспергатор, пеногаситель, | |
| тиксотропная, антифлотационная, антиоксидант) | 1,5÷6,5 |
| Сиккатив (октоат кобальта) | 0,2÷0,5 |
| Органические растворители | 1,5÷7,5 |
