Получение и свойства электроизоляционных лаков для эмалирования проводов (1091725), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Таким образом, метод ИК спектроскопии позволяет идентифицировать каждый из олигомеров по характерным только длянего полосам поглощения.Жидкостные хроматограммы олигоэфиров представлены на рис. 1.Рис. 1. Хроматограммы олигоэфиров: 1 – П1; 2 – П2; 3 – П3.Олигоэфиры имеют следующие молекулярно-массовые характеристики:- П1 (Mn=1730; MW=17660; MZ=79080; MW/ Mn=10,22);- П2 (Mn=1120; MW=4300; MZ=11700; MW/ Mn=3,85);- П3 (Mn=1470, MW=4600; MZ=14140; MW/Mn=3,13).На основании приведенных данных можно заключить, что увеличение полидисперсности полимеров соответствует следующему ряду: П3<П2<П1, асреднечисленной молекулярной массы – П2<П3<П1.Изучали зависимость межфазного натяжения на границе меди с растворами олигоэфиров от их молекулярной массы при разных значениях массовой доли нелетучих веществ в растворе (рис. 2).
Межфазное натяжение измеряли пометоду Вильгельми при комнатной температуре. Для каждого состава проводили по 10 параллельных измерений межфазного натяжения. Абсолютная ошибкаизмерения не превышает 0,2 мН/м.Смачивание меди эмальлаком ухудшается с ростом молекулярной массыолигомера. В области молекулярных масс 1540-1600 на зависимостях межфазного натяжения на границе медь – раствор олигоэфира от молекулярной массыолигомера наблюдается скачкообразное изменение межфазного натяжения.Этот эффект имеет наиболее выраженный характер при массовой доле нелетучих веществ в лаке порядка 40 %.
На зависимостях условной вязкости эмальлака, измеренной по времени истечения из воронки ВЗ-246 (диаметр сопла 4 мм),от молекулярной массы (рис. 3) в этой области наблюдается перегиб.8Рис. 2. Зависимость межфазного натяжения на границе раздела растворолигоэфира П1 - медь от молекулярной массы олигоэфира при различных значениях массовой доли нелетучих веществ ϕ в лакеРис. 3 Зависимость условной вязкости раствора олигоэфира П1 от молекулярной массы при различных значениях массовой доли нелетучих веществ ϕ влакеВ области молекулярных масс до 1600 система является гетерогенной (наблюдение опалесценции и, в ряде случаев, разделения расплава на две фазы), апо достижении этого значения среднечисленной молекулярной массы опалесценция пропадает.
Поэтому скачкообразное изменение межфазного натяженияс ростом молекулярной массы олигомера от 1550 до 1600, по-видимому, определяется фазовым переходом.9Аналогичные зависимости получены для олигоэфиризоцианурата П2 иолигоэфиризоциануратимида П3, что позволило определить интервал оптимальных значений молекулярной массы для всех типов полиэфиров.Увеличение молекулярной массы олигоэфира приводит к ухудшению смачивания, ее снижение – к ухудшения физико-механических и электрическиххарактеристик отверждённого покрытия. Таким образом оптимальная молекулярная масса для олигоэфира П1 лежит в интервале 1650-1700. Это обеспечивает достаточно высокие характеристики отверждённого покрытия при удовлетворительном смачивании поверхности меди раствором олигоэфира.
Для олигоэфиризоцианурата П2 оптимальная молекулярная масса лежит в интервале1100-1150, для олигоэфиризоциануратимида – в интервале 1400-1450.Подтверждением сказанному является влияние роста молекулярной массыолигоэфира П1 на характер разрыва адгезионного соединения двух медных цилиндров, соединённых отверждённым олигомером. На рис. 4 представлены фотографии поверхности разрыва образцов с разной молекулярной массой.а)б)в)г)Рис.
4. Фотографии поверхности разрыва образцов на П1. Молекулярнаямасса олигоэфира: 1) 1440; 2) 1560; 3) 1590; 4) 1730Светлые области на рис. 4 а-в, соответствуют местам, где лаковое покрытие отделилось от поверхности металла (адгезионный разрыв). Из фотографий,приведенных на рис. 4, четко прослеживается тенденция перехода от смешанного адгезионно-когезионного механизма разрушения (4, а) к практически полному когезионному (по полимеру) разрыву (4, г), что свидетельствует об увеличении адгезионной прочности соединения с ростом молекулярной массыолигомера.10Из представленных данных видно, что с ростом молекулярной массы олигомера его адгезия к металлу к металлу увеличивается, несмотря на ухудшениесмачивания меди лаком, что свидетельствует об изменении зависимости смачивания от молекулярной массы олигоэфира в процессе отверждения.Глава 2 Исследование физико-химических свойств и оптимизация состава растворителейС целью оптимизации рецептуры выпускаемых эмальлаков нами проведёнпредварительный анализ традиционно используемых систем растворителей.Изучали растворители, входящие в состав лака марки ПЭ-155 (раствор полиэфиризоцианурата), который не нашел широкого применения из-за нестабильности технических характеристик проводов, при эмалировании которых он использовался.Результаты хромато-масс-спектрометрического анализа растворителей образца лака ПЭ-155 приведены в табл.
1. В анализируемом образце из ароматических растворителей доминируют толуол и ксилолы, а из фенолов – фенол икрезолы. Этот набор растворителей обеспечивает весьма неравномерное удаление летучих веществ из лаковой пленки, что отрицательно сказывается на качестве покрытия на проволоке.Таблица 1 Результаты хромато-масс-спектрометрического анализа растворителей образца лака ПЭ-155КомпонентДоля, мг/гСумма, мгТ кип., °СБензол26,026,080,1Толуол360,0386,0110,6Этилбензол15,4401,4136,2п+м-Ксилол84,2485,6138,7о-Ксилол47,0532,6144,4изо-Пропилбензол3,0535,6152-153Пропилбензол22,7558,3159,51,3,5-Триметилбензол18,0576,3164,61,2,4-Триметилбензол9,4585,7169,4Нафталин3,8589,5218Фенол203,0203,0181,22-Метилфенол2,4205,4191,53-Метилфенол117,0322,4202,34-Метилфенол70,8393,2202,52,4-Диметилфенол4,0397,2211,53,4-Диметилфенол3,5400,7225,02,6-Диметилфенол0,04400,74211,52,4,6-Триметилфенол0,2400,94220,02,4-Диэтилфенол0,03400,97235,0Общая сумма990,4711На рис. 5 представлена зависимость потери массы летучих веществ лакаПЭ-155 по шести температурным зонам и модельной системы, полученной сприменением узких фракций растворителей, которая по нашему мнению должна обеспечивать оптимальные с технологической точки зрения свойства лака.Из рис.
4 видно, что до 40% летучих из лака ПЭ-155 удаляется в интервалетемператур от 50 до 110 °С, а процесс удаления летучих веществ практическизавершается до 200 °С. Удаление большей части растворителей на первых стадиях процесса отверждения покрытия и неравномерная скорость удаления растворителей приводят к образованию дефектов на поверхности эмалированногопровода. Для решения этой проблемы следует снизить долю легкокипящих растворителей, в первую очередь толуола, приблизительно на 10-15 % и ввести всистему высококипящие растворители (например, ксиленолы), которые позволят обеспечить более равномерный градиент массоуноса и расширить интервалтемператур удаления растворителей до 220 °С.Рис.
5 Зависимость потери массы летучих веществ от температуры:1 - образец лака ПЭ-155; 2 - модельная система с оптимальной скоростью удаления растворителейПроведены исследования по возможности замены части трикрезола наксиленол. Помимо обеспечения более равномерной скорости удаления растворителей, требовалось определить состав системы растворителей трикрезолксиленол-сольвент, который бы обеспечивал наилучшее смачивание эмальлаком поверхности металла при сохранении всех остальных показателей лака иэмалированных проводов, в рамках требований нормативно-технической документации.Смачивание меди растворителями и лаками оценивали по величине межфазного натяжения на границе раздела жидкость/твердое тело, определявшемуся по модернизированному методу Вильгельми. Разработанный нами метод отличается высокой точностью и воспроизводимостью в сочетании с относитель-12но небольшим временем выполнения серии параллельных измерений.
Установка, использованная для определения межфазного, представлена на рис. 6.65Рис. 6 Установка для определения межфазного натяжения по методу отрыва пластины: 1 – электронные весы, 2 – исследуемая жидкость, 3 – емкость, 4 –пластина, 5 – упругий стержень, 6 – штокИзмерения проводят по следующей схеме. На электронные весы (1) заданной точности устанавливают емкость (3) с исследуемой жидкостью (2). В штативе закрепляют упругий стержень (5) в горизонтальном положении.
На неговешают пластину (4). Свободный конец стержня опускают вниз с помощьюштока (6), положение которого регулируют с помощью винта. Пластина вместесо стержнем опускается вниз и своей нижней гранью превосходит в соприкосновение с исследуемой жидкостью. Происходит самопроизвольное втягиваниепластины жидкостью за счет сил межфазного натяжения.
После этого штокмедленно поднимают, снимая нагрузку со стержня. Стержень за счет упругихсил поднимается вместе с пластиной вверх. Фиксируют показания весов в момент отрыва пластины от поверхности жидкости, а также массу жидкости, оставшейся на пластине, по разнице показания весов до и после измерения. Послеэтого результаты измерений по соответствующим формулам переводят в единицы межфазного натяжения.Следует также отметить, что представленная методика нашла своё применение для определения поверхностных характеристик широкого спектра электроизоляционных материалов (лаков, компаундов, эмалей).
Помимо этого оналегко поддаётся автоматизации, что позволяет практически полностью исключить из эксперимента человеческий фактор.Варьирование состава системы трикрезол-ксиленол-сольвент проводили сшагом 5 мас. %. Ксиленол характеризуется приблизительно таким же межфазным натяжением на границе раздела с медной пластиной, как и трикрезол(35,6 мН/м и 35,1 мН/м соответственно), однако совместное использованиетрикрезола и ксиленола в сочетании с сольвентом, при определенных соотношениях, приводит к значительному снижению величины межфазного натяжения при смачивании поверхности металла системой растворителей (рис.
7).13На рис. 7 представлены две области, где межфазное натяжение минимально и составляет порядка 26-28 мН/м. Состав смеси растворителей в точках минимума межфазного натяжения следующий: трикрезол-25/алкилфенолы15/сольвент-60 и трикрезол-35/алкилфенолы-50/сольвент-15.Рис. 7. Зависимость межфазного натяжениязол/ксиленол/сольвент от содержания компонентов смесисистемытрикре-С точки зрения оптимального смачивания первая область является предпочтительной, т.к. межфазное натяжение в ней несколько ниже, чем во второй(σmin1=26,1 мН/м; σmin2=26,5 мН/м).
Однако большое содержание разбавителясольвента в смеси растворителей нежелательно, так как вязкость лака существенно снижается, делая невозможным получение покрытия необходимой толщины. К тому же обогащение системы разбавителем сверх критического содержания может привести к высаждению пленкообразователя. Во второй области такого отрицательного эффекта не предполагается.С целью подтверждения результатов оценки смачивания меди при заменечасти трикрезола ксиленолом приготовлен образец лака на основе олигоэфиризоцианурата.Медные пластины, покрытые лаком и отвержденные при 180 °С в течение15 мин, имели ровную, гладкую поверхность без посторонних включений и областей несмачиваемости.Проведено пробное эмалирование с последующим испытанием провода насоответствие нормативным требованиям, результаты которого представлены втабл. 2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
