> Техника, страница 33 > Вулканизованная фибра
Вулканизованная фибра
Вулканизованная фибра, электро- и теплоизоляционный слоистый материал,применяющийся также в машиностроительной и поделочной промышленности. В. ф. выделывается из наращиваемой слоями бумаги, желатинированной помощью солей, и выпускается в продажу в виде листов (поверхность которых, по Швальбе, может быть увеличиваема почти безгранично), палок и трубок. В. ф. заменяет до известной сте пени кожу, мягкий и твердый каучуки, рог, дерево, а в нек-рых применениях и металл. В. ф. производится двух родов: твердая (рогоподобная) и мягкая (кожеподобная). Все В.ф.вырабатываются сходным процессом,но в зависимости от исходного сырья и деталей производства весьма различаются по качеству. На рынок они поступают под названиями: твердая фибра, вулканизованная фибра, вулканфибра, роговая фибра, египетская фибра, вулканизованное папье-маше, летероид, летербумага, электрик-пирлес, ди-электрик-дилевер, диэлектрик даймонд, растительная фибра, красная фибра, ройте-роид, конденсит, целорон, дурит, дурат-дерматит, пасколин, амалит, дисфико, рыбья бумага, фибероид, виллесденова бумага, гволлева фибра, фибра высшего сорта и т. д. Официальная англ, инструкция 1923 г. для испытания В. ф., применяемой в электротехнике (ERA), установила основные сорта В.ф. (смотрите табл.). Первоначально В. ф. вырабатывалась исключительно в С. Ш. А., и лишь значительно позже европейская промышленность научилась производить В. ф. высшего качества. Причина той задержки заключается в секретах, касающихся подробностей процесса производства В. ф., хотя общие основания его весьма несложны. Эти подробности и теперь в значительной мере скрываются з-дами. Сущность процесса состоит в гидролизировании и поверхностной желатинизации (пергаментировании, неправильно называемом «вулканизацией») волокон целлюлозы при помощи раствора хлористого цинка (Т. Тейлор—1859 год), роданистого кальция (А. Дюбоск—1905 г., Уильямс—1921 год), двойной азотнокислой соли меди и аммония (Виллесден), серной кислоты и других соединений, причем целлюлоза переходит в амилоид (смотрите). Желатинирующую ванну заводчики называют иногда «кислотою», и это название подает мысль о кислотном характере В. ф., тогда как он, скорее, основной. Предлагали для желатинизации также растворы хлорист. магния, кальция, алюминия, олова, с последующей обработкой азотной к-той. При нагреве и небольшом давлении набухшие волокна склеиваются, образуя однородную массу волокнистой структуры, и, по весьма тщательном, но осторожном, вымывании солей, дают упругий, чрезвычайно прочный, нерасще-пляющийся материал, обладающий электро-и теплоизоляционными свойствами, хорошо обрабатываемый различными приемами, стойкий в отношении жиров, растительных и минеральных масел, растворов нейтральных солей и слабых кислот и не разрушающийся ни холодною ни кипящей водою. Наилучшим исходным сырьем для производства В. ф. считается тряпичная бумага, выделанная из старого хлопчатобумажного тряпья, так как новая хлопковая бумага не дает В. ф. высшего качества. Для В. ф. менее ответственного назначения в настоящее время применяется новая хлопковая бумага и даже древесная масса. Желатинирующая ванна из 76%-ного раствора хлористого цинка должен быть нагрета до 27—100°;Гранмужен рекомендует раствор в 72° В6 (уд. вес 1,85), при 45°. По сообщениям Гоф-
| ~— -________ Категория
Характеристика ------ |
А | В | С. |
| Качество | Наилучшее | Среднее | Низшее |
| Применение | Специально электротехническое | Машиностроение, поделки, обшивка стен, доски для столов, отчасти в электротехнике | Специально для чемоданов, актовых папок, небольших ремней ит. д.; для электротехнич. применения непригодна |
| Исходный материал | Поношенное тряпье, особенно чулки | Хлопковая целлюлоза | Древесная целлюлоза |
| Выделка | Весьма постепенная и очень тщательная отмывка минеральных солей | Тщательная, но не столь постепенная отмывка солей | Быстрая и мало тщательная отмывка солей |
| Общие технические условия | Высокие электр ическ. и механические характеристики | Довольно хорошие ме-хаиич. характеристики | Слабые механич. характеристики и почти отсутствие изоляционных качеств |
| Сорта | Серая фибра естественного цвета. Красная фибра наилучшего качества. Черная фибра наилучшего качества. Летероид и другие электротехнич. фибры | Наибольшая часть окрашенных В.ф. | Специальные поделочные В. ф. |
| Основной признак | Твердая, рогоподобная | Твердая | Гибкая, кожеподобная |
мана, на 1 килограмм бумаги требуется 4 килограмма концентрированного раствора хлористого цинка, но часть последнего м. б. регенерирована. Бумага из ванны наматывается на большие барабаны до наращения потребной толщины, затем срезается с барабанов и проходит через ряд ванн, содержащих растворы хлористого цинка уменьшающейся крепости; когда содержание его в бумаге доведено до 0,15%, начинается вымывание дистиллированною водою. Весь процесс промывки длится, в зависимости от толщины листов, от 6 дней до 12 месяцев; при толщине около 6 миллиметров требуется 3 — 4 недели, а при толщине 5 см—от 6 до 8 мес. По окончании промывки В. ф. просушивается при 40— 60°, прессуется и каландрируется. Многочисленными опытами установлена важность тщательного и длительного просушивания В. ф. Палки В. ф. вырабатывают навивкою желатинированной бумаги на стержень квадратного сечения, а трубки—навивкою на валы. Окраску обычно делают окисью железа или анилиновыми красками, однако от применения последних ухудшаются электроизоляционные свойства В. ф. Усадка В.ф. при сушке и отделке достигает 50%. В случае применения роданистого кальция вместо хлористого цинка требуются растворы с t°nun. между 135 и 150°, а желати-низацию целлюлозы ведут при 80—100°; рас-. творы иной концентрации, большей или меньшей, не оказывают желаемого действия. В. ф. нуждается после изготовления в тщательном хранении; рекомендуется температура несколько превосходящая комнатную, и влажность в 60—65%, причем пластины помещают стоймя, на ребро, и отделяют одну от другой. В случае надобности мягкость В. ф. может быть увеличена пропиткою фибры глицерином. Обработка листов В. ф., согласно патенту Томаса Ойе (Оуе),
дает гибкий и мягкий материал, напоминающий кожу. Процесс Ойе состоит в пропитке уже готовой В. ф., толщиною 1— 6 миллиметров, водным раствором хлористого цинка (при подогреве), полной просушке и вторичной пропитке (на холоду) водно-масляной эмульсией, например из сульфированного касторового масла («турецкое красное масло;»), а затем (тоже на холоду) животными или растительными жирами. После этого с поверхности тщательно удаляют избыток масла, и В. ф. погружают в водный раствор жидкого стекла или же в расплавленный парафин, избыток которого также снимают с поверхности фибры. Существуют и другие многочисленные процессы обработки В. ф., например пропитка бакелитовым лаком для сообщения водонепроницаемости, битуминозными веществами и т. д. Из продуктов обработки В. ф. замечателен летероид (1еа-theroid), способный во влажном состоянии подвергаться прессовке и формовке, так что отдельные части его спаиваются эдежду собой без постороннего клея. Сорта дерматин и сходные с ним дурит и дурат содержат «перчу гум», фибру, серу, сернистую сурьму, окись железа, асбест, квасцы, окиси цинка и сернистого цинка, углекислый аммоний и представляют стойкий в отношении нагрева, холода, сухости, влаги, жиров и кислот материал. Наконец, следует отметить композицию В. Штрейтцига для распределительных досок и вообще изоли-. рующих пластин, изготовляемую из порошкообразной В. ф. с цементом. В некоторых случаях поверхность В. ф. покрывают («облагораживают») лаком. Для склейки В.ф. рекомендуется клей: 60 ч. асфальта сплавляют с 18 ч. каменноугольного дегтя и затем разбавляют 25 частями бензола: клей в горячем виде наносится на пластины, которые затем выдерживают под сильным давлением.
СвойстваВ. ф. Химическ. состав В. ф. характеризуется следующими данными: амилоида 93—85%; воды 6,4—12%; нерастворимых солей (Sn, Si, Fe, AI, Zn, Cu, Mg) 0,6—3%. Уд. вес готового продукта 1,1— 1,48, а высших сортов 1,3—1,5. В. ф. сильно
|
«а |
Возраст | ание т | V | 4
О 14. | ||
| 45
4 % |
У А | * * =3 £ ^ в w^ 5 35 | ||||
| Ί
ч> §- |
ff | "S | ||||
| 1 | Набух | гние <г- | V *5
4ι |
Ц 1,2 1,0 0,1 0,6 0,i 0,2 О и и
Фигура 1.
поглощает воду: за 24 ч.—от 25 до 70%. Красная В. ф. за 19 дней поглощает 62 объёмных % воды, увеличиваясь в объёме на 51%, а за 34 дня поглощает 76 объёмных % воды, увеличиваясь в объёме на 61%. Набухание диска В. ф., толщиною 10 миллиметров и диам. 36 миллиметров, в зависимости от времени пребывания в воде, представлено, по Бауману, nv
на фигура 1, причем кривая а относится к возрастанию толщины, а кривые б и в—к возрастанию продольного и поперечного диаметров (смотрите ниже). Вода при 60° поглощается В. ф. гораздо быстрее, чем холодная, но общее количество поглощенной воды и увеличение объёма при 60° меньше, чем при обыкновенной t°. Поглощая воду, В. ф. размягчается и при высыхании коробится; также действует и пар. Воспламеняется В. ф.
| 1,72 миллиметров | толш, | ||||||
| тп | |||||||
| Темпе | pamypi | г |
л____ί____
20° 30° io° so° eo° po° so0 яо° юо°
Фигура 3.
нелегко; при высокой t° обугливается и становится хрупкой; активное сгорание начинается при t° ок. 343°. Светом В. ф. не разрушается. Вода, ацетон, голь, водный аммиак, сероуглерод, бензол, эфир, бен зин, скипидар и озон не оказывают на В. ф. остающегося действия; минеральные и растительные масла слегка поглощаются ею; слабые кислоты и щелочи вызывают набухание, а затем разъедание В. ф., тогда как крепкие кислоты и щелочи производят быстрое распадение волокон. Характеристики В. ф. весьма зависят от ее влажности, так что значения их м. б. указываемы лишь примерно. Так, для красной В. ф. удельное объёмное электрическое сопротивление при 18° около
5 х 10“ ii-см; диэлектрический коэфф. 3,5—4,5 (летероид); угол диэлектрических потерь 3°; диэлектрическая крепость красной В. ф. примерно 5KV/MM, а летероида—lOkV/лш, причем пробойное напряжение просушенной твердой фибры, в зависимости от толщины, представлено, по Гендриксу, на фигуре 2, а зависимость диэлектрич. крепости на пробой от темп-ры, для черной В. ф. различной толщины, представлена кривыми на фигуре 3, по Ивсу (Eves). Наконец, фигура 4 показывает зависимость пробойной крепости роговой фибры от толщины материала, по
Рейнеру (Rayner), причем кривая а относится к роговой фибре, обработанной изоляционной эмалью («электроэнемель»), кривая б—к фибре, дважды проваренной в льняном масле, а кривая в—к фибре необработанной. Коэффициент термическ. расширения В.ф. 27x10-7, а теплопроводность при 50° от 2,1×10~3 до 3,3×10~3 J см~2 сиг1, то есть от 50х10~5 до 79xl0_5cai сж~2 ос-1. Различные свойства В.ф., предназначенной для электротехнического применения, представлены на фигуре 5, по А. Монкгаузу, в виде функций толщины слоя В. ф., причем кривая а относится к удельн. весу; б—к проч-
ности на разрез, в—к прочности на разрыв в продольном направлении и е—к прочности на разрыв в поперечном направлении, в килограммах/см2; д—к насыщению воды (в %) по прошествии 24 часов при 15°; е—к электрич. крепости при 90° (в V/лш). В виду различий в способе производства тонкой и толстой В. ф. кривые для той и другой не смыкаются или имеют различный ход. Пунктиром (на фигура 5) показаны кривые, соответствующие применению процесса производства тонкой В. ф. к толстой.
Испытание. В. ф.—вещество анизотропное; необходимо при испытаниях В. ф. различать направления: продольное (параллельн. перемещению материала в процессе его производства), поперечное (нормальное к первому и параллельное поверхности материала) и перпендикулярное (нормальное к продольному и поперечному). Испытание В. ф. для электротехнических применений, согласно упомянутой выше инструкции (ERA), состоит:
1) в изготовлении стандартных образцов, просушиваемых при 75—80° в продолжение 18—24 часов; в последующих измерениях:
2) толщины, 3) плотности, 4) сопротивления растяжению, продольного удлинения и поперечного сжатия при постоянной нагрузке, 5) сопротивления сжатью и сокращения при постоянной нагрузке, 6) сопротивлений на сдвиг и на разрыв, 7) сцепления между листами (испытание на расщеп),
8) сопротивления на изгиб, 9) гибкости (испытание на перегиб) в различные моменты: после изготовления образцов, после прогрева их в течение 48 ч. при 105—110° и после проварки в масле в течение 48 ч. при 115— 120°, 10) диэлектрической крепости, 11) объёмного электрического сопротивления в разных условиях влажности, 12) поверхностного электрич. Сопротивления, 13) внутреннего электрическ. сопротивления (между гнездами, высверленными в образце); образцы подвергают также испытаниям: 14) на покоробле-ние, искривлениеивздутие после пребывания в атмосфере влажностью в 75% в течение 18— 24 ч., в сушке в течение 48 ч. при 105—110°, после проварки в масле в течение 120 часов при 105—110° и после нахождения в струе пара при 105—110° в течение 6 ч., 15) на обрабатываемость, 16) на химич. нейтральность, 17) на отсутствие проводящих частиц и скважин, 18) на действие масла в течение 7 дн. при 105—110°, 19) на поглощение воды в течение суток и 6 суток (поглощение иногда оценивается по разным направлениям) и 20) на пригодность В. ф. к закреплению обмоток. Указания стандартных образцов, над к-рыми должны производиться испытания, нормальные способы производства испытаний и испытательные аппараты содержатся в инструкции (ERA).
Лит.: Climent L. et R i v i έ г e С., Les
matidres plastiques et les soies artificielles, P., 1924; Fritsch J., Imbrication des matieres plastiques, P., 1926; Scharger A. W., The Chemistry oi Cellulose and Wood, N. Y., 1926; Monkhouse A., Electrical Insulation Materials, L., 1926; В 1 ii c h e r H., Plastische Massen, Lpz., 1924; Hofmann C., Praktisches Handbuch der Papierfabrikation, B. 2, B., 1897; Baumann R., «Z. d. VDI», 1913, p. 907; R а у n e r E., «The Electrician», L., 1905, v. 54, p. 884; Rayn erE., ib., 1914, v. 72, p.702; D ub osc A., «Bull, de la soc. chim. ind. de Rouen», Rouen, 1905,
p. 318; Williams, «Journ. Soc. of Chem. Ind.», London, 1921, p. 221; В 1 ii c h e r H., «Papier-Ztg.», B., 1907, p. 2218; Eves W., «Electrical World», N.Y., 1918, v. 71,26 Jan., p. 190; Eves W., «Electric Railway Journ.», N. Y., 1918, v. 51, 2 Feb., p. 238; Eves W., «The Electrician», L., 1918, v. 81, 26 July, p. 266; L a η о r v i 1 1 e G., «La Nature», Paris, 1924, t. 115, 23 Aoilt, 2629; «Electrical World», New York, 1912, v. 60, p. 677; «Street Railway Bull.», Boston, 1906; Vi 28, p. 573; «JAIEE», 1923, v. 61, p. 904, «Esse-ner Anzeiger», Essen, 1923, 100; «ETZ», 1905, p. 912; Wernicke К., «ETZ», 1905, p. 1078; Rousseau L., «L’industrie dlectrique», Paris, 1910, t. 19, p. 447—493; MullerC., «ETZ», 1892, p. 72; Halle, «Kunststoffe», Miinchen, 1917, p. 1, 19, 32, 1919, p. 1; Directions for the Study of Vulcanized Fibre for Electrical Purposes, «JAIEE», 1923, v. 61, Sept., 322, p. 964 (Франц, пер. «RGE», 1924, t. 15, 31 Mai, 22, p. 1014); «Revue gdndrale des matidres plastiques», P., 1925, t. 1,6. П. Флоренский.