Пропитка

Пропитка, технологический процесс введения жидкостей, остающихся затем в том же состоянии или дающих твердые тела, в поры и каналы различных материалов с целью повысить те или другие их свойства— влаюупорные, механические, электрические, тепловые, акустические, а также сохраняемость, цвети внешний вид. Понятие П. охватывает весьма значительное число отдельных и мало имеющих между собою общего процессов, и потому описать всю совокупность их вместе возможно лишь в самых общих чертах. Прежде всего во избежание нередко возникающих ошибок при проведении П. на практике необходимо рассеять ту ошибочную, но широко распространенную мысль, что П.—процесс, протекающий легко и потому мало ответственный. Правда, в первом приближении такая мысль правильна, и большая часть должен-ствуюншх участвовать в П. пор и каналов заполняется соответственной жидкостью сравнительно быстро и без особых усилий. Однако технич. эффект П. может быть достигнут только в том случае, если открытые (слепые и сквозные) внутренние пространства пропитываемого материала все заполнены пропитывающей жидкостью; в противном же случае, то есть если остается хотя бы небольшое число возможных проходов для воздуха, паров или влаги, хотя бы эти проходы были весьма тонки, материал не улучшит нек-рых из своих свойств или недостаточно улучшит их. В особенности это предупреждение относится к гигроскопичности материала и содержанию в нем электролитов или воздуха, причем электрич. свойства(диэлектрич. коэф., электропроводность, диэлектрич. потери, диэлектрич. крепость) существенно зависят от наличия указанных изъянов. Подобным образом от указанных изъянов может зависеть и значительное ухудшение многих других свойств, например хемостойкость, механич. прочность и т. д., хотя это ухудшение во многих случаях появляется не сразу, а постепенно, с течением времени и в особенности под длительным воздействием электрич. поля. Как видно из сказанного, и это необходимо вполне учитывать, во многих и притом наиболее важных и ответственных применениях в промышленности П. должна быть безупречной, т. к. даже небольшие недостатки ее дают материал ненадежный и неспособный нести предназначенную ему функцию. Между тем жидкости, применяемые для пропитки, обыкновенно обладают значительной (а иногда и весьма значительной) вязкостью, тогда как подлежащие заполнению поры и каналы, по крайней мере в известной части их, весьма узки; сюда следует еще добавить в отношении нек-рых случаев плохую смачиваемость основного вещества данного материала нек-рыми из пропитывающих жидкостей в силу слишком большого краевого угла при их соприкосновении и потому ничтожной засасывающей капиллярной силы, иногда переходящей в капиллярное противодействие. Сравнительно легко втекая в более широкие каналы, жидкость по указанным причинам трудно входит в более узкие и совсем не входит в самые узкие ходы." Требуются особые условия для проведения процесса П., чтобы обеспечить проникновение жидкости во все каналы и поры, причем далеко не всегда условия эти удается осуществить. П. в каждом отдельном случае должен быть установлена опытной проработкой, и условия каждого отдельного процесса должен быть соблюдаемы тщательно. Не представляя по существу ничего неизвестного, процесс П. каждого назначения обычно составляет достояние владеющей им производственной организации, и технология. подробности его не опубликовывают.

*10

Благоприятными условиями правильной П. служат: 1) известное соответствие между пропитываемым материалом и пропитывающей его жидкостью, так что ценные технич. свойства каждого из них порознь еще не определяют в отдельности качества пропитанного продукта; 2) достаточная длительность процесса, длящегося несколько суток, иногда более недели и даже несколько недель; 3) возможное понижение вязкости пропитывающего состава, что достигается частью надлежащими разжижителями его, частью же повышением <° процесса; 4) хорошая предварительная просушка подлежащего П. материала с помощью вакуума и нагрева; 5) удаление воздуха из пор достаточно длительной выдержкой материала под вакуумом и заливка материала жидкостью под вакуумом; 6) внедрение жидкости в поры и каналы при повышенном давлении на свободную поверхность жидкости до 3—5—8 aim; 7) удаление из пор влаги и воздуха и образование в порах пониженного давления длительною проваркою материала в соответственной жидкости; 8) предварительная П. одною жидкостью, сравнительно легко вводимою в материал с целью вытеснить из него воздух, и затем уже замена этой жидкости другою, вытесняющей в силу капиллярных условий первую; 9) внедрение жидкости в материал электро-форетически; 10) образование требующегося состава непосредственно в каналах пропитываемого материала путем двойной пропитки различными, сравнительно легко вводимыми составами; 11) изменение физи-ко-химич. природы, в особенности вязкости и Г_ил„ пропитывающей жидкости уже в каналах’ пропитываемого материала.

Классификация процесса П. П. может классифицироваться по технич. эффекту, который должен быть достигнут по роду подлежащих П. материалов или изделий, по применяемому для П. составу, по технология. процессу, к-рому подвергается предмет П., по степени заполнения отдельных пор и каналов и по характеру распределения пор в объёме всего материала или изделия.

Главный технич. эффект П.—это устранение гигроскопичности материалов и изделий. Вещество рыхлых материалов само по себе во многих случаях обладает высокими технич. свойствами, однако не обнаруживающимися из-за особого строения материала в целом. В силу известного термо-динамич. соотношения между упругостью пара и кривизной поверхности мелкие поры и тонкие каналы обладают свойством сгущать в себе влагу из атмосферы, так что стенки их покрываются жидкими пленками, существенно изменяющими многие свойства всего материала. Вследствие такого состояния гигроскопичности, и притом весьма изменчивой в соответствии с влажностью внешней среды, от многих материалов пришлось бы в ряде весьма важных областей отказаться совсем, если бы не существовало П. Другой технич. эффект П. состоит в сообщении материалам влагоупорности, то есть способности не принимать в себя капельножидкой влаги и других жидкостей при погружении в них пропитанного материала или изделия. Третий технич. эффект—исключение газонаполненных пор и каналов.

Четвертый технич. эффект П.—это повышение хемостойкости материалов, к-рое достигается как созданием защитной пленки, так и в еще большей степени огромным сокращением реакционной поверхности. Пятый эффект П.—повышение механич. прочности через увеличение связи между отдельными форменными элементами рыхлого материала: т. о. придаются материалу, в зависимости от рода пропитывающего состава, прочность на разрыв в сочетании с гибкостью, жесткость, твердость поверхности и способность полироваться и т. д. Шестой эффект П. состоит в создании однородного по какому-либо свойству тела, в к-ром неоднородность по другим признакам представляет свою технич. ценность.

Перечисленные эффекты, непосредственно достигаемые П., ведут к вторичным, представляющим следствие первых, и особенно важным в технич. отношении. Напр. исключение гигроскопичности ведет к неизменяемости механич. свойств материала, к его стойкости против разрушающих химии. и биологии, деятелей, к его пригодности нести службу в качестве электроизоляционного материала. Устранение газовых пор придает телу механич. прочность, повышает его электрич. характеристики (вследствие устранения ионизирующихся полостей), повышает его теплопроводность, может сообщать известные акустич. свойства и т. д. Сообщение телу однородности м. б. выгодно в соответственном отношении, например для снижения диэлектрич., акустич. или оптич. потерь, то есть вести к прозрачности в отношении соответственных волн, повышать теплопроводность тела. Значение других эффектов П.—более непосредственное и поэтому не нуждается в пояснении.

При применении П. необходимо иметь в виду, что не у всякого материала удается таким способом исключить нек-рые нежелательные свойства, в особенности гигроскопичность и способность к влагопоглоще-нию, иногда несмотря на заполнение пропитывающим составом даже всех содержащихся в нем каналов и пор. Отсюда далее следует практич. затруднительность, а иногда и невозможность достаточно улучшить свойства, зависящие от содержания влаги, в особенности же все электрич. характеристики. Подобные затруднения встречаются при П. различных материалов из волокон целлюлозы. Состоя из гидрофильного геля, такие материалы способны пропускать электролиты не только по капиллярным зазорам между отдельными волокнами, но и по ме-ждумицеллярным ультрамикроскопическим ходам внутри самих волокон. Жидкостям же, применяемым для П., вроде парафина, масел, лаков и т. и., подобные ходы недоступны, и потому при П. подобных материалов не обеспечена полная электролитоне-проницаемость их, если только волокна где-нибудь соприкасаются непосредственно с электролитом (Μ. М. Михайлов). В подобных случаях полная электролитоупорность м. б. достигнута лишь нанесением после П. дополнительных защитных пленок, вполне исключающих соприкосновение электролитопоглощающих волокон с электролитом.

По роду подлежащих П. предметов следует различать, с одной стороны, П. матери алов, подвергаемых дальнейшей обработке, а с другой,—П. готовых изделий. Из материалов следует особо выделить: волокнистые материалы, гл. обр. пряжу, войлок и ткани; бумажные материалы (бумага, картон, фибра); древесину (с особым успехом подвергаются П. мягкие и однородные древесные породы—липа, тополь, клен); некоторые каменные породы—шифер, мрамор, жировик, асбест. Изделия же, подвергаемые протирке, столь неопределенно многочисленны и так распространены во всевозможных областях промышленности, что было бы затруднительно дать хотя бы приблизительный список их и можно лишь представить несколько примеров. Исключительно важна пропитка изделий электропромышленности, для которых непропитанное состояние было бы равносильно полной неработоспособности соответственного изделия. Вся электро-машинотехника и все трансформаторостро-ение пользуются П. как основным приемом электроизоляции, подвергая пропитке всевозможные детали из формующихся материалов, дерева и фибры, обмотки, связывающие шнуры, ленты, нити, рукава и т. д. Важное значение в промышленности принадлежит также П. тканей и пряжи, изделий из дерева, камня и пористых пластич. масс для сообщения им негигроскопичности, водо- и газонепроницаемости, хемостойкости, более красивого внешнего вида при отделке поверхности и т. д.

По химич. характеру пропитывающих составов следует различать П. минеральными маслами, парафином (а также церезином и озокеритом), сохнущими растительными маслами [особенно древесным (тунговым) и льняным], различными лаками на смоляном и битуминозном основании, битуминозными составами, носящими специальное название к омпаундов для компаундирования (также минерал-лак «Эла» и др.), синтетич. смолами, из которых пока наиболее усвоены альдегиднофенольные и глипталевые, различными составами, сообщающими малую горючесть, стойкость против биокоррозион-ных деятелей и т. д.

По характеру проведения самого процесса П. можно различать П. горячую и холодную; П. с предварительным воздействием вакуума и без этого воздействия; П. под нормальным давлением и под давлением повышенным; П. электроосмотическую; П. с предварительным заполнением пор жидкостью, отличною от жидкости, служащей для П., и непосредственную П.; далее П. составами, остающимися затем в жидком состоянии; П. расплавленными составами, потом затвердевающими; П. составами жидкими и потом полимеризующимися; П. составами расплавленными и затем подвергающимися конденсации и полимеризации; П. растворами с последующим удалением растворителя (чаще всего органического легколетучего); П. эмульсиями; П. двумя или большим числом последовательно вводимых жидкостей, образующую в порах требуемый состав. По степени заполнения пропитывающим составом каналов и пор материала П. может быть полной, то есть, проникающей всю толщу материала, и б. или м. поверхностной; затем поры и каналы м. б. либо всецело заполненными пропитываю щим составом, либо лишь покрыты по внутренней поверхности б. или м. толстой пленкой, оставаясь при этом проходимыми, наир, для газов, хотя и трудно проходимыми, в силу изменения капиллярных условий, для жидкостей; возможен также случай, когда при П. каналы разбиваются перехватами из пропитывающего состава, образующимися в узких местах, и представляют т. о. ряды четкообразно расположенных замкнутых пор.

Одним из наиболее важных процессов П. в настоящее время следует признать б а к е-лизацию, то есть П. бакелитовой или иной альдегиднофенольной или альдегиднокре-зольной смолою. В качестве пропитывающего состава применяются как жидкие, так и твердые растворимые бакелитовые продукты, причем в нек-рых случаях процесс конденсации осуществляется непосредственно в порах пропитываемого материала, например последовательной П. фенолом и формальдегидом или же смесью обеих жидкостей. Растворы применяются овые, оацетоновые и т. д., а также водные эмульсии альдегиднофенольной смеси, еще не подвергшейся конденсации. П. облегчается предварительной просушкой, нагревом в течение 24 ч. и выдержкой в высоком вакууме, а для более быстрого поглощения жидкости применяется давление 3—5—8 atm. Просушка материала и конденсация и полимеризация смолы в его порах должны вестись достаточно осторожно, чтобы пропитывающий состав не был выброшен из пор; во многих случаях необходимо вести эти процессы под давлением. Темп-pa должен быть доводима под конец до 120°. Подобные П. применяются к картону, пряже, тканям и дереву. Особенно удачные результаты получаются здесь с нежными, несмолистыми, обладающими прямыми волокнами, видами древесины, среди которых можно отметить липу, тополь и клен. Во избежание растрескивания после П. древесина должен быть тщательно просушена в течение 24 ч. при 80—700°. Затем в горячем состоянии она выдерживается 1 ч. под возможно высоким вакуумом. Если к моменту Π. ί° дерева не повышенная, то бакелит приходится вводить жидкий. Между приемником, где производится П., и воздушным насосом необходимо вводить промежуточный приемник, предохраняющий от перебрасывания жидкостей. По заливке дерева бакелитом давление повышают до 5—7 atm и держат 3—5 ч. Извлеченное из приемника дерево переносят в автоклав, где выдерживают в течение 5 ч. под давлением 7—8 atm и при темп-ре 140°. Процесс затвердевания бакелита можно проводить и без давления, но в таком случае ί°, начиная с 80°, должна подниматься до 140° лишь постепенно и в промежуток не менее 24 ч. Обработанное дерево становится столь же твердым, как красное или черное, и хорошо выдерживает воздействие влажности, водяного *пара, кислот; егомеханич. и электрич. характеристики тоже весьма повышаются.

Компаундирование обмоток. Цель этого процесса—повышение электрич. крепости и электросопротивления изоляции машины, в устранении внутренних пустот между витками обмоток, ведущих к конденсации влаги и к ионизации воздуха дейст виями сильных полей, в механич. скреплении витков и предотвращении их деформации от центробежной силы, в повышении теплоотдачи обмоток в силу меньшего ко-эф-та теплопроводности пропитанной пряжи. Компаундирующие составы изготовляются гл. обр. на основе различных битуминозных веществ и в частности пеков (смотрите), причем во многих случаях важное значение принадлежит пеку стеариновому, придающему указанным компаундам достаточную упругость. От подобных компаундов требуется сравнительно низкая 1°_пл. в их начальном состоянии, когда они входят внутрь обмоток, и постепенное повышение ее но мере прогрева в указанной обмотке. В своем окончательном состоянии они должны обладать достаточной упругостью, чтобы не трескаться от механич. усилий, возникающих при быстром вращении машины, и достаточно высокими электрич. характеристиками. Самый процесс компаундирования ведется в специальной установке, в существенном состоящей из двух котлов. В первый из них закладывается твердый компаунд, другой же служит пропиточной камерой, способной выдерживать давление ок. 5 aim. Оба котла сообщаются между собою посредством трубки с вентилем и обогреваются паром. Пропитываемая обмотка сперва выдерживается в пустом котле под вакуумом, тогда как выделяющиеся из нее пары отсасываются воздушным насосом и осаждаются в промежуточном холодильнике. В это время компаунд во втором котле плавится при сравнительно низкой t° (например 50°) и через вентиль перебрасывается наружным давлением в другой котел, заполняя все зазоры между витками пропитываемой обмотки. После П. в котле с обмоткой давление повышается до 4—5 atm, избыточный компаунд обратно отгоняется в котел, где он подвергался плавке, а степень пропитанности обмоток делается от этого давления еще более надежной. Дальнейший прогрев компаундированных изделий ведет (вследствие испарения летучих составных частей компаунда, конденсации, полимеризации и солеоб-разования) к постепенному повышению его 1°_пл., например до 130° и выше. Другиевиды специальных П. и технологии. подробности см. в статьях Компаунд, Трансформаторы, Ткани изоляционные, Динамомашина, Битуминозные электроизоляционные составы, Изоляционные лаки и Дерево, К о н с е р-

В а Ц И Я. П. Флоренский.

Лит.: см. Дерево, Битуминозные изоляционные составы, Трансформаторы и Изоляционные лаки.