СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДЯЩЕЙ РЕЗИНОСТЕКЛОТКАНИ
METHOD OF PRODUCING SEMICONDUCTING RUBBER GLASS FABRIC

Изобретение относится к области производства электроизоляционных материалов, в частности к технологии получения термостойких полупроводящих резин, армированных стеклотканью (резиностеклотканей), на основе силоксановых каучуков. Полупроводящие резиностеклоткани применяются в конструкции изоляции обмоток высоковольтных электрических машин для защиты от поверхностных электрических разрядов. Наряду с полупроводящими свойствами, важной особенностью полупроводящей резиностеклоткани является низкая адгезия к стали, что снижает термомеханические напряжения в обмотке электрической машины при использовании этого материала в качестве поверхностного слоя в конструкции изоляции электрической машины.
Наиболее распространенным оборудованием для изготовления резиностеклотканей являются пропиточные машины, в которых полотно стеклоткани пропускается через ванну с пропитывающим составом, затем излишки пропитывающего состава удаляются на соответствующих устройствах (отжимные валы, ножи-скребки и т.п.), далее материал проходит через сушильную камеру в течение определенного времени при заданных температурах для удаления растворителя и последующей вулканизации. Скорость пропитки ткани устанавливается опытным путем в зависимости от длины сушильной камеры пропиточной машины и времени, необходимого для вулканизации.
Для полупроводящей резиностеклоткани в качестве пропитывающего состава используется эмаль, представляющая собой суспензию углеродного наполнителя, а именно сажи или графита, в органическом, например толуольном, растворе силоксанового каучука.
3
Известен способ изготовления изоляционной резиностеклоткани РСК. Резиностеклоткань РСК представляет собой эластичный материал, изготовленный из стеклоткани, пропитанной силоксановой эмалью, которая не содержит углеродный наполнитель, и поэтому полученная резиностеклоткань не обладает полупроводящими свойствами (ТУ 16-503.069-75 «Резиностеклоткань РСК»). Резиностеклоткань РСК изготавливают на пропиточных машинах двухкратной пропитки с индукционным обогревом. Для вулканизации в пропитывающий состав вводится катализатор - перекись бензоила. Скорость движения полотна стеклоткани в машине - 68-80 м/ч, а температура в сушильной камере пропиточной машины должна быть 165-200°С. (Бобылев О.В., Кудрявцев А.В., Левин Б.И. «Производство электроизоляционных материалов»: Учеб. Для проф. обучения рабочих на производстве, - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая шк., 1986. - 264 с.: ил., стр.110-111). Недостатком этого способа является токсичность применяемого для вулканизации вещества - перекиси бензоила, показатель токсичности которого относится к классу II и ПДК составляет 0,3 мг/м, а также сложность конструкции пропиточной машины из-за необходимости поддержания высокой температуры в сушильной камере.
Известен способ получения полупроводящей резиностеклоткани на основе силоксанового каучука методом радиационной вулканизации (Резиностеклоткань электропроводящая РЭТСАР-П, ТУ 38.103667-88). Этот способ состоит в том, что полотно стеклоткани пропускают через ванну, заполненную пропитывающим составом, наносимым на полотно, далее пропускают через отжимные валы, регулирующие толщину получаемого материала, а затем вулканизируют путем облучения в специальной установке. Неудобством этого способа получения резиностеклоткани является необходимость применения радиационного способа вулканизации.
22
Более близким к заявляемому способу изготовления полупроводящей резиностеклоткани является способ получения теплостойкой полупроводящей стеклоткани в пропиточной машине, согласно которому стеклоткань пропитывают эмалью на основе полиорганосилоксанового лака, наполненного коллоидным графитом, и затем вулканизируют при температуре 200°C (Авторское свидетельство СССР №109341, 21 с, 2, заявлено 02.04.1954 г.). Недостатком этого способа является высокая температура вулканизации, приводящая к усложнению конструкции пропиточной машины и большой энергоемкости процесса.
Технический результат, на который направлено предлагаемое техническое решение, заключается в упрощении процесса изготовления полупроводящей резиностеклоткани за счет расширения диапазона варьирования параметров температурно-временного режима вулканизации материала в пропиточной машине, уменьшения энергоемкости производства.
Для достижения указанного технического результата применяют способ изготовления полупроводящей резиностеклоткани в пропиточной машине, при котором полотно стеклоткани пропускают через ванну, заполненную пропиточным составом, содержащим углеродный наполнитель, силоксановый каучук, органический растворитель и катализатор холодного отверждения (катализатор, применяемый для отверждения силоксановых каучуков при комнатных температурах), процентное количество которого относительно содержания силоксанового каучука, необходимое для вулканизации пропиточного состава в сушильной камере пропиточной машины, устанавливают в зависимости от длины камеры, скорости движения полотна стеклоткани и температуры в сушильной камере, при этом часть установленного процентного количества катализатора определяют по критерию необходимой жизнеспособности пропиточного состава при температуре пропиточной ванны и вводят непосредственно в пропиточный состав, а другую часть определяют как разность между установленным процентным количеством катализатора и частью, вводимой в пропиточный состав, и вводят в полотно стеклоткани перед пропусканием его через ванну.
После ванны полотно стеклоткани вулканизируют в сушильной камере пропиточной машины.
Новым является использование катализаторов холодного отверждения силоксанового каучука для вулканизации полупроводящей резиностеклоткани, применяемой в конструкции изоляции обмоток высоковольтных электрических машин, вместо радиационного облучения или органических перекисей. Кроме того, новым является установление процентного количества катализатора холодного отверждения относительно силоксанового каучука, необходимого для вулканизации пропиточного состава в выбранном температурно-временном режиме, разделение установленного количества катализатора на часть, вводимую в полотно стеклоткани перед пропусканием полотна через ванну, и часть, вводимую непосредственно в пропиточный состав, а также способ определения этих частей.
Раздельное введение катализатора холодного отверждения в пропиточный состав и полотно стеклоткани позволило увеличить срок жизни пропиточного состава в ванне пропиточной машины, т.е. обеспечить сохранение пропиточным составом вязкости и адгезии к стеклоткани в течение времени, необходимого для полного использования подготовленного к работе пропиточного состава.
Применение способа позволяет:
- применять катализаторы холодного отверждения, что дает возможность получить вулканизат при относительно низких температурах, благодаря чему может быть снижена температура нагревательной камеры на 40…50°C и за счет этого упрощена конструкция пропиточной машины;
- подбирать количество катализатора с учетом температурно-временного режима сушильной камеры пропиточной машины;
- упростить процесс изготовления и повысить производительность, благодаря снижению температуры вулканизации в пропиточной машине.
Способ получения полупроводящей резиностеклоткани в пропиточной машине включает следующие основные операции.
Определяют количество пропиточного состава, состоящего из сажи, силоксанового каучука и толуола, которое необходимо для пропитки определенного количества полотна стеклоткани.
Экспериментально устанавливают процентное количество катализатора холодного отверждения относительно содержания силоксанового каучука, которое необходимо для вулканизации пропиточного состава в сушильной камере пропиточной машины при установленной температуре и длительности ее воздействия.
Например, для вулканизации пропиточного состава при температуре 120…130°C в сушильной камере длиной 8 м при скорости движения полотна стеклоткани 0,8 м/мин, время вулканизации составляет 10 минут, при этом необходимо 5,5% катализатора холодного отверждения К-68 (ТУ 38.303-04-05-90) по отношению к силоксановому каучуку.
Далее определяют часть от установленного процентного количества катализатора, которая вводится непосредственно в пропиточный состав, находящийся в ванне пропиточной машины. Величину указанной части определяют по критерию жизнеспособности пропиточного состава при температуре пропиточной ванны, например, комнатной температуре. Необходимо, чтобы при введении указанной части непосредственно в пропиточный состав последний при температуре ванны сохранял необходимую для пропитки вязкость и адгезию к стеклоткани в течение времени, требуемого для полного использования пропиточного состава (времени достаточного для полного выноса пропиточного состава из ванны, например, длительности рабочей смены или ее части).
Далее определяют часть, которую необходимо ввести в полотно стеклоткани до нанесения на стеклоткань пропиточного состава, как разность между установленным количеством катализатора и количеством катализатора, вводимым непосредственно в пропиточный состав.
В полотно стеклоткани вводят часть катализатора холодного отверждения К-68 в количестве, которое было определено выше, и устанавливают полотно стеклоткани на подающие валы пропиточной машины.
Далее пропускают полотно стеклоткани через ванну пропиточной машины, заполненную пропиточным составом, в который предварительно введена часть катализатора К-68, величина которой также было определена выше.
Затем полотно стеклоткани поступает на отжимные валы пропиточной машины и далее полотно стеклоткани вулканизируется в сушильной камере пропиточной машины длиной 8 м при температуре 120…130°C со скоростью движения полотна стеклоткани 0,8 м/мин.
Полотно полученной полупроводящей резиностеклоткани наматывают в рулон на намоточном узле пропиточной машины.
3
Применение в качестве катализатора холодного отверждения, катализатора К-68, имеющего низкие показатели токсичности (класс опасности IV и ПДК 20 мг/м) позволяет получить дополнительный эффект - снизить токсичность производства.
Сравнительные свойства известной полупроводящей резиностеклоткани «Рэтсар-П» и полупроводящей резиностеклоткани, изготовленной описанным выше способом, представлены в Таблице 1.
Таблица 1
Параметры
Полупроводящая резиностеклоткань «Рэтсар-П»
Материал, полученный выше описанным способом
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом см
10<sup>3</sup>…10<sup>5</sup>
10<sup>3</sup>…10<sup>6</sup>
Прочность при растяжении, МПа
не менее 10
13
Как видно из приведенных данных, полупроводящая резиностеклоткань, полученная выше описанным способом, не уступает известному материалу, применяемому в конструкции изоляции обмоток высоковольтных электрических машин для защиты от поверхностных электрических разрядов. Полученная предлагаемым способом полупроводящая резиностеклоткань также обладает стойкостью к воздействию влаги, химических продуктов и низкой адгезией к стали.