СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭМАЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ Российский патент 2012 года по МПК H01B13/16 

Изобретение относится к кабельной промышленности, в частности к производству эмалированных проводов.

Известен способ изготовления эмалированных проводов погружением. Способ заключается в том, что в ванну с лаком погружают направляющие ролики, и проволока с захваченным при движении лаком поступает в эмальпечь [1].

Недостатком изготовления эмалированных проводов погружением является то, что оно применимо только для маловязких масляных лаков, которые имеют высокое содержание пленкообразующих и в значительной степени изменяют вязкость в процессе эмалирования.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ, который заключается в подводе тепла к проволоке, многократном нанесении на проволоку пленкообразующего вещества с последующим подводом тепла к проволоке с нанесенным пленкообразующим веществом для его термозапечки, причем тепло к проволоке подводят в количестве, достаточном для желатинизации пленкообразующего вещества, а последующий подвод тепла производится после нанесения каждого слоя [2].

Недостатком способа-прототипа является то, что пленку эмальизоляции на провод наносят послойно в течение многократных проходов провода через калибры. При этом после каждого прохода пленку эмальизоляции отверждают путем воздействия на нее тепловой энергией. Это приводит к неоправданно высоким затратам энергии.

Эмалирование проволоки в типовых агрегатах стремятся осуществлять при некоторой постоянной скорости, которую в специальной литературе называют допустимой скоростью эмалирования. Эта постоянная допустимая скорость эмалирования V_доп в каждом конкретном случае рассчитывается с учетом времени пленкообразования, толщины эмальизоляции, свойств эмалировочного лака и высоты печи. Однако обеспечить постоянство скорости движения провода не всегда удается.

Под действием случайных факторов (нестабильности напряжения питания электрической сети, из-за ошибок оператора и т.п.) скорость движения провода может изменяться в некоторых пределах. В результате этого нарушаются режимы нанесения эмали на поверхность провода, ее толщина и время подвода тепла при желатинизации пленкообразующего вещества, что оказывает влияние на качество эмальизоляции.

Таким образом, способ-прототип не позволяет получить даже при оптимальных сочетаниях режимов эмалирования высокого качества эмалевой изоляции и характеризуется повышенными энергозатратами.

Целью изобретения является повышение качества проводов и снижение энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления эмалированных проводов на проволоку наносят эмальизоляцию с последующим подводом тепла к проволоке с нанесенной на нее эмальизоляцией, причем процесс нанесения слоя эмальизоляции осуществляют электроосаждением, используя электрофоретический состав, состоящий из следующих компонентов, мл/л:

лак ПЭ-939 марки В - (290÷300),

1% - нашатырный спирт 1% - NH₄OH - (110÷120),

диоксан (C₄H₈O₂) - остальное,

при этом предварительно выбирают величину плотность тока j, лежащую в диапазоне допустимых плотностей тока анофореза (2÷10) мА/см², погружают участок движущейся проволоки протяженностью L в упомянутый электрофоретический состав, останавливают проволоку, подают на нее относительно заземленного корпуса узла нанесения эмальизоляции положительный потенциал, величина которого обеспечивает значение тока анофореза J, равное J=πDLj, где D - диаметр проволоки, в м, и при указанной величине тока J осаждают на погруженный в электрофоретический состав участок проволоки пленку эмальизоляции в течение времени t, определяемого по выражению ,

где ρ - плотность эмали, кг/м³, d - толщина эмальизоляции, м, k - выход сухого остатка по току, кг/А×сек, затем по истечении времени t вновь перемещают проволоку на длину, равную L, вновь останавливают проволоку и при указанной выше величине тока J анофореза в течение упомянутого времени t осуществляют электроосаждение пленки эмальизоляции на последующий участок проволоки протяженностью L. Такой чередующийся процесс продолжают до окончания процесса эмалирования проволоки.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Электроосаждение как метод получения лакокрасочных покрытий нашел промышленное применение примерно в середине 60-х годов. Быстрое распространение этого метода связано с целым рядом достоинств, из которых наиболее существенными являются:

а) высокая равномерность получаемых покрытий по толщине и ее относительная независимость от конфигурации и габаритов изделия;

б) более высокая коррозионная стойкость осаждаемых пленок по сравнению с пленками, полученными традиционным способом;

с) высокая экономичность при достаточно большой производительности;

д) возможность регулирования толщины пленок с помощью изменения плотности тока или потенциала;

е) быстрота роста покрытий;

ж) возможность автоматизации технологического процесса и проведение его при обычных условиях (комнатной температуре и нормальном давлении).

Электрохимические полимерные покрытия - одно из направлений современного развития лакокрасочной технологии.

Практическое применение электрохимических полимерных покрытий сдерживается недостаточной изученностью процессов формирования пленки на подложке.

Методика нанесения эмальизоляции состоит в следующем. В ванну с электрофоретическим составом погружается изделие, к которому подведен один из полюсов источника постоянного тока. Под действием постоянного электрического поля в среде с высокой диэлектрической проницаемостью осуществляется перенос ионов или ионизированных мицелл пленкообразователя в направлении приложенного поля (к изделию). Осаждение пленкообразующего материала начинается на острых кромках и выступах изделия, плотность заряда на которых наиболее высока. По мере увеличения осажденного слоя происходит перераспределение силовых линий поля, и пленка равномерной толщины покрывает все изделие.

Выход осадка зависит от продолжительности электроосаждения и от количества поглощенного электричества и лимитируется электрическим сопротивлением полученного слоя. По мере нарастания толщины покрытия она вначале возрастает линейно от времени осаждения, затем, при достижении некоторой критической толщины пленки, зависящей от свойств состава, происходит уменьшение плотности тока и снижение скорости электроосаждения. Поэтому электроосаждение можно рассматривать как процесс с саморегулирующимися значениями толщины и сплошности покрытий.

Полиион пленкообразующего в составе должен нести заряд, противоположный по знаку заряду изделия. В соответствии с этим различают электроосаждение на аноде, или анодное осаждение (анофорез), и электроосаждение на катоде, или катодное осаждение (катофорез).

Основное достоинство электрофоретического эмалирования проводов по сравнению с традиционными методами эмалирования - возможность наложения равномерной изоляции необходимой толщины за один проход, в том числе и на углах прямоугольных проводов, без применения калибров или каких-либо других регулирующих устройств, поскольку толщина наносимого покрытия легко регулируется изменением подаваемого на электроды напряжения и скоростью протягивания проволоки через ванну с составом.

Основными характеристиками электрофоретических систем являются: рассеивающая способность, условный выход по току, удельная электропроводность.

Под рассеивающей способностью понимают свойство лакокрасочного материала проникать в труднодоступные места изделий и образовывать равномерные по толщине покрытия. Рассеивающая способность зависит от режима электроосаждения и от состава материала (пленкообразующего, растворителя, электролита и др.).

Условный выход по току показывает, сколько лакокрасочного материала осаждается на поверхности изделия при протекании определенного количества электричества. Этот показатель важен для оценки энергозатрат.

Удельная электропроводность - величина, показывающая способность лакокрасочного материала проводить электрический ток. Она зависит от природы пленкообразующего, pH (кислотности) и температуры состава. Поскольку единой теории электрофореза нет, то поиск составов, обладающих электрофоретическими свойствами, и отработка режимов электрофореза осуществляются экспериментально.

Для проводов марки ПЭТВ, по нагревостойкости соответствующей классу F (155°С) или классу Н (180°С), используют наиболее распространенный в отечественной кабельной промышленности лак электроизоляционный ПЭ-939 ТУ 16-504.026-74.

В исходном состоянии лак ПЭ-939 не обладает электрофоретическими свойствами, и его наносят на поверхность движущейся проволоки последовательными слоями, пропуская проволоку через узел нанесения эмали и калибры, соответствующего диаметра. Каждый слой нанесенной эмалевой пленки подвергают тепловому воздействию, в процессе которого пленку отверждают.

Лак ПЭ-939 выпускают трех марок А, Б и В, отличающихся по вязкости, которая определяется количеством пленкообразующего в нем. Наиболее вязким является лак ПЭ-939 марки В.

Выявление оптимального компонентного соотношения в электрофоретическом составе осуществляли экспериментальным путем с применением теории планирования эксперимента. Было выявлено, что процесс электроосаждения эмальизоляции можно реализовать при следующих отношениях компонентов электрофоретического состава, мл/л:

лак ПЭ-939 марки В - (290÷300);

1% - нашатырный спирт 1% - NH₄OH - (110÷120);

диоксан (C₄H₈O₂) - остальное.

Электрофоретическое осаждение пленкообразующего происходит при всех указанных соотношениях компонентов. Выход концентрации компонентов электрофоретического состава за указанные диапазоны приводит к снижению качественных показателей эмальизоляции (равномерность пленки, электрическая и механическая прочность и др.).

При указанном соотношении компонентов электрофоретического состава величина получаемой толщины электрофоретической пленки зависит от плотности тока электрофореза и времени проведения электроосаждения. Было установлено, что качественные пленки получаются в диапазоне плотностей тока от 2 мА/см² до 10 мА/см². При плотностях тока с величиной меньше 2 мА/см² пленка становится рыхлой и качество эмальизоляции ухудшается. Увеличение плотностей тока за 10 мА/см² приводит к повышенному растворению материала проволоки, к дефектообразованию в осажденной пленке, что также ухудшает качество эмальизоляции.

Время проведения электроосаждения пленкообразующего зависит от скорости эмалирования. Эмалирование проволоки в типовых агрегатах стремятся осуществлять при некоторой постоянной допустимой скорости V_доп.

Однако обеспечить постоянство скорости движения провода при эмалировании не всегда удается. Поэтому реальная скорость протягивания провода V в процессе эмалирования не равняется допустимой скорости эмалирования V_доп, а изменяется при эмалировании в некотором диапазоне значений около величины V_доп, что оказывает влияние на качество эмальизоляции. Для того чтобы предотвратить отрицательное влияние на качество эмальизоляции колебаний скорости провода, наблюдаемых в процессе эмалирования, в предлагаемом способе пленку эмальизоляции наносят на неподвижную проволоку. Для этого часть проволоки протяженностью L погружают в электрофоретический состав, останавливают ее на время t, необходимое для нанесения нее заданной толщины эмальизоляции. В момент остановки проволоки на нее подают положительный потенциал от стабилизированного источника тока, рассчитанного на величину J=πDLj, и при указанном токе анофореза после остановки проволоки в течение указанного выше времени t на поверхность погруженного участка проволоки длиной L проводят электроосаждение эмальизоляции. По завершении процесса электроосаждения в течение времени t источник стабилизированного тока отключают. После этого перемещают проволоку на длину L. Такое перемещение позволяет удалить из узла нанесения эмальизоляции участок проволоки с уже нанесенной эмалевой пленкой и ввести следующий участок провода той же протяженности L в электрофоретический состав. Проволоку вновь останавливают на время t. После остановки проволоки вновь подключают к проволоке положительный потенциал от источника постоянного стабилизированного тока, и при токе J в течение указанного времени t на новый, погруженный в электрофоретический состав участок проволоки длиной L производят электроосаждение пленки эмальизоляции. Такой процесс периодической остановки провода, осаждения пленки на погруженный участок проволоки и протяжку проволоки на заданную величину L осуществляют в течение всего процесса эмалирования. Рассмотрим процесс нанесения эмальизоляции более подробно.

Масса m пленкообразующего вещества, осевшая на металлическую основу, прямо пропорциональна прошедшему через электрофоретический состав заряду q: .

В свою очередь , где k - выход сухого остатка пленкообразующего по току, кг/А×с, ток электрофореза J, А; t - время электрофореза, с.

Подставив в формулу (1) выражение (2) получим: .

Выразим ток J через произведение плотности тока j на площадь S части поверхности проволоки, погруженной в электрофоретический состав:

, где S - площадь поверхности участка проволоки протяженностью L, м²; L - длина погруженного в электрофоретический состав участка провода, м; r - радиус провода, м; D=2r - диаметр проволоки.

С другой стороны, массу m эмалевой пленки на участке провода длиной L можно определить по формуле: , где ρ - плотность эмали, кг/м³; d - толщина эмалевой изоляции, м.

Так как диаметр провода D много меньше толщины эмали d(D<<d), то выражение (5) можно упростить и записать .

Приравняв правые части выражений (4) и (6) друг к другу и преобразовав полученное выражение относительно времени электрофореза t, получим:

При осуществлении заявляемого способа необходимо предварительно настроить режимы нанесения эмальизоляции на проволоку. Для настройки режимов анофореза проволоку протягивают через электрофоретический состав, залитый в узел нанесения эмальизоляции, длина которого равна L. Участок провода, погруженный в электрофоретический состав, равен протяженности узла нанесения эмальизоляции L. Как было указано выше, анофорез в указанном электрофоретическом составе может быть осуществлен только в определенном диапазоне плотностей тока. Поскольку плотность тока непосредственно измерить сложно, так как это косвенная величина, то процесс настройки анофореза на заданный режим осуществляют по току анофореза. Эта настройка осуществляется следующим образом. В допустимом для анофореза диапазоне плотностей тока выбирают некоторое конкретное значение плотности тока j. Выбор этого конкретного значения плотности тока определяется прагматическими соображениями: размерами узла нанесения эмальизоляции, размерами эмальпечи, режимами отверждения осажденной пленки и т.д. Основное требование при выборе плотности тока анофореза j заключатся в том, чтобы он не выходил из границ допустимых значений плотностей тока. После выбора плотности тока подсчитывают ток анофореза J по формуле (4). После того как участок проволоки протяженностью L погружен в электрофоретический состав в узле нанесения эмальизоляции, проволоку останавливают и на нее подают положительный потенциал с выхода источника постоянного стабилизированного тока. Этот потенциал изменяют до тех пор, пока значение тока анофореза J, который измеряют амперметром в процессе изменения потенциала на проволоке, достигнет величины, равной J=πDL, где D - диаметр провода, м; L - длина узла нанесения эмальизоляции, м; j - плотность тока анофореза, лежащая в диапазоне допустимых значений плотностей тока j анофореза (2÷10) мА/см². Время осаждения t зависит от требуемой толщины d эмальизоляции и выбранного значения плотности тока анофореза j в соответствии с формулой (7). После осаждения пленки эмальизоляции провод протягивают на длину L, и вновь останавливают проволоку. При остановленной проволоке на новый участок протяженностью L, следующий за предыдущим, при токе J в течение времени t осаждают пленку эмальизоляции заданной толщины d. Затем всю указанную выше процедуру повторяют вновь до завершения процесса эмалирования провода.

Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройства для изготовления эмалированных проводов, структурная схема которого изображена на фиг.1.

Устройство (фиг.1) содержит отдающее 1 и приемное 12 приспособления. Между ними последовательно по ходу продвижения проволоки расположены: источник постоянного стабилизированного тока 2, амперметр 3, нормально разомкнутый контакт реле времени 4, узел нанесения эмальизоляции на проволоку 5, емкость 6 с электрофоретическим составом, узел 7 подвода тепла к проволоке с нанесенным пленкообразующим веществом, датчик скорости 8, счетчик длины провода 9, реле времени 10 и электродвигатель 11.

Узел нанесения эмальизоляции 5 состоит из корпуса 13, выполненного из электропроводного материала в виде полого тела. Торцы корпуса 13 заглушены электроизоляционными крышками 14. Позицией 15 обозначен электрофоретический состав, который из емкости 6 подается через трубопровод 16 при помощи лаковых насосов 17 в узел нанесения эмальизоляции на проволоку 5. В крышки 14 вмонтированы металлические входной 18 и выходной 19 калибры. Диаметр входного калибра 18 равен диаметру D проволоки, а диаметр выходного калибра 19 равен сумме диаметра проволоки и удвоенной толщины неотвержденной пленки эмальизоляции D+2d_ж. Позицией 20 обозначена проволока. Позицией 21 обозначена проволока с нанесенной на нее эмальизоляцией. Позицией 22 обозначено реле К1. Позицией 23 обозначен магнитный пускатель КМ. Позицией 24 обозначен тумблер. Позицией 25 обозначен нормально замкнутый контакт КТ1.2. Позицией 26 обозначен нормально замкнутый контакт К1.1 реле 22. Позицией 27 обозначен нормально разомкнутый контакт реле, которое смонтировано в счетчике длины провода 9 (не показано). Позицией 28 обозначен контакт КМ1 магнитного пускателя 23. Вход источника постоянного регулируемого тока 2 подключен к сети. Выход источника постоянного стабилизированного тока 2 через нормально разомкнутый контакт 4 реле времени и амперметр 3 положительным полюсом подсоединен к проволоке 20, а отрицательным полюсом - к корпусу 13 узла нанесения эмальизоляции 5. Провод с пленкой эмальизоляции поступает в узел подвода тепла 7, проходит этот узел, после чего сматывается на приемное устройство 12, состоящее из вращающейся катушки, приводимой в движение электродвигателем 11. На выходе провода из узла 7 установлен датчик скорости 8, вход которого соединен с входом счетчика длины провода 9. Обнуляющий вход счетчика длины провода подключен через нормально замкнутый контакт 26 к земле. Вход реле времени 22 через нормально разомкнутый контакт 27 присоединен к источнику питания 12 В. Фаза А трехфазного напряжения питания электродвигателя через нормально замкнутый контакт 25 реле времени и тумблер 24 подсоединена к магнитному пускателю 23 и к реле 22. Магнитный пускатель 23 и реле 22 соединены между собой параллельно. Точка подключения указанной выше цепочки к фазе А расположена до разомкнутого контакта магнитного пускателя 28, подключающего трехфазное питание к электродвигателю после срабатывания магнитного пускателя 23.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии тумблер 24 разомкнут, магнитный пускатель 23 и реле 22 обесточены. Контакт 26 нормально разомкнут, за счет чего счетчик длины провода 9 обнулен. Контакт 4 реле времени 10 нормально разомкнут, а второй контакт 25 этого реле нормально замкнут. После включения тумблера 24 и магнитного включателя 23 на вход электродвигателя через контакты 28 магнитного пускателя 23 поступает трехфазное напряжение. Электродвигатель 11 начинает вращать катушку приемного приспособления 12. Проволока 20 с отдающего устройства 1 поступает в узел нанесения эмальизоляции 5 через входной калибр 18, куда через трубопровод 16 с помощью лаковых насосов 17 подается из емкости 6 электрофоретический состав 15.

Датчик скорости 8 начинает генерировать импульсы тока, длительность каждого из которых соответствует перемещению проволоки на некоторую стабильную элементарную длину l_э. Импульсы тока поступают в счетчик длины провода 9, где осуществляется их счет. После того как проволока продвинулась на заданную длину L, что соответствует поступившему с датчика скорости 8 в счетчик длины провода 9 количеству n импульсов, равному ,

в счетчике 9 срабатывает вмонтированное в него реле и замыкает контакт 27. На вход реле времени 10 через замкнутый контакт 27 поступает напряжение 12 В, и реле времени 10 срабатывает. При срабатывании реле времени 10 размыкается нормально замкнутый контакт 25 и замыкается нормально разомкнутый контакт 4. Нормально замкнутый контакт 25 этого реле размыкается и разрывает цепь питания реле 22 и магнитного пускателя 23. При отключении реле 22 нормально замкнутый контакт 26 размыкается, счетчик длины провода обнуляется и подготавливается к новому счету. Разрыв цепи питания магнитного пускателя 23 приводит к размыканию контактов 28. Электродвигатель 11 обесточивается и останавливается, что приводит к остановке проволоки. Одновременно с остановкой электродвигателя, поскольку нормально разомкнутый контакт 4 замыкается, положительный полюс источника постоянного стабилизированного тока 2 через амперметр 3 подключается к проволоке 20. Величина тока J рассчитана по выражению (4). Так как источник постоянного стабилизированного тока 2 подключен положительным полюсом к проволоке 20, а отрицательным - к корпусу 13 узла нанесения эмальизоляции 5, то на проволоке 20 начинается анофоретическое осаждение пленкообразующего из электрофоретического состава 15, залитого в узел нанесения эмальизоляции 5. Поскольку на провод 20 подан положительный потенциал от источника постоянного стабилизированного тока 2, а на корпус 13 узла нанесения эмальизоляции 5 - отрицательный потенциал, то провод 20 необходимо изолировать от корпуса 13. Эту роль выполняют крышки 14, являющиеся, по сути, проходными изоляторами из воздуха в электрофоретический состав. В крышки 14 вмонтированы входной 18 и выходной 19 калибры. Их основное предназначение - это предотвращение вытекания электрофоретического состава из узла 5 нанесения эмальизоляции. Поэтому диаметр отверстия входного калибра 18 соответствует диаметру D проволоки 20, а диаметр выходного калибра 19 равен сумме диаметра проволоки и сдвоенной толщины неотвержденной пленки эмальизоляции D+2d_ж. Несмотря на то, что в процессе анофореза пленка пленкообразующего ложится равномерно на весь провод, тем не менее при выходе проволоки из узла нанесения пленкообразующего 5 могут образоваться некоторые подтеки. Поэтому выходной калибр 19 служит также для устранения излишков пленкообразующего и дополнительного выравнивания нанесенной на провод электрофоретической пленки. Поскольку нанесенный в процессе анафореза на проволоку сухой остаток пленкообразующего содержит некоторое количество растворителя и не запечен, то толщина этой коллоидной пленки эмали d_ж на (8÷15)% толщины d отвержденной пленки эмальизоляции. Это учитывают при изготовлении отверстия в выходном калибре 19.

Реле времени 10 настроено на время t электрофореза, определяемое из выражения (7). После выдержки в течение времени t реле времени 10 срабатывает, разрывая контакт 4 и замыкая контакт 25. В результате этого срабатывания реле времени 10 положительный полюс источника постоянного стабилизированного тока отключается от проволоки 20 и электрофорез прекращается. Одновременно с этим срабатывает реле 22 и нормально замкнутый контакт 26 замыкается, разрешая осуществление счета импульсов, приходящих в счетчик длины провода 9 с выхода датчика скорости 8.

После замыкания нормально замкнутого контакта 25 срабатывает магнитный пускатель 23 и его контакты 29 подключают к входу электродвигателя 11 трехфазное напряжение. Электродвигатель 11 начинает вращать катушку приемного устройства 12. Проволока начинает перемещаться. Из узла 4 нанесения эмальизоляции проволока с нанесенным на нее слоем пленкообразующего поступает в узел 7 подвода тепла к проволоке с нанесенным на нее пленкообразующим, где происходит процесс термообработки нанесенной пленки эмальизоляции. Проволока с отвержденной пленкой эмальизоляции начинает сматываться на катушку приемного приспособления 12. После того как провод вновь переместился на заданную длину L, вновь срабатывает реле в счетчике длины провода и описанный выше процесс повторяется. За счет того что пленка эмальизоляции наносится на неподвижный провод, исключаются многие нежелательные факторы, в частности влияние на качество получаемой эмальизоляции изменений скорости движения провода. За счет этого толщина осаждаемой электрофоретической пленки стабильно поддерживается на одном и том же уровне.

Датчик скорости 8 состоит из прозрачного диска с затемненными сегментами. Диск посажен на одну ось с ведущим роликом. По обе стороны от диска диаметрально противоположно расположены светодиод и фотодиод. При протягивании провода вращается ведущий ролик, а вместе с ним и диск, попеременно закрывая и открывая световой поток, идущий от светодиода к фотодиоду. С выходов светодиода и фотодиода поступают противофазные прямоугольные импульсы, период следования которых равен времени прохождения элементарного участка провода через датчик.

Регулируемый источник постоянного тока представляет собой схему регулируемого стабилизатора тока, на вход которого с выхода датчика скорости подаются импульсы с длительностью, пропорциональной величине скорости. Нагрузкой служит слой электрофоретического состава между корпусом узла нанесения эмальизоляции и проводом.

В качестве реле времени 10, реле 22 и магнитного пускателя 23 были взяты реле марки FINDER. В качестве реле времени 10 была использована 85 серия (85.0.2.012.0000). В качестве реле 22 была взята серия 40, а в качестве магнитного пускателя - 25 серия.

Пример конкретного выполнения

По заявляемому способу осуществлялось эмалирование медного провода диаметром D=0,67 мм. Эмалирование осуществляли при помощи устройства, изображенного на фиг.1. Корпус 13 узла нанесения эмальизоляции 5 был выполнен из отрезка стальной трубы, внутренний диаметр которой был равен 20 мм, а наружный - 24 мм. Длина стальной трубы L была равна 10 м. Торцы трубы были заглушены крышками 14. Крышки 14 были выполнены из листового капролактама толщиной 20 мм. По центральной оси трубы в крышках 14 были закреплены входной 18 и выходной 19 калибры, выполненные из нержавеющей стали. Диаметр отверстия входного калибра соответствовал диаметру провода D=0,67 мм. Диаметр выходного калибра был равен D+2d_ж. Было установлено, что толщина пленки электрофоретически осажденного пленкообразующего d_ж на 10% толще пленки d отвержденной эмальизоляции провода, т.е. d_ж=1,1d. Исходя из этого, диаметр выходного калибра был равен D+2d_ж=D+2×1,1d=0,67+2×1,1×0,02=0,714 мм. Для настройки режимов анофоретического осаждения пленкообразующего на проволоку предварительно настраивали режимы электроосаждения. Для этого на проволоку 20 подавали положительный потенциал от источника постоянного регулируемого тока, включали эмальагрегат и протягивали проволоку через электрофоретический состав, который состоял из следующих компонентов, мл/л:

лак ПЭ-939 марки В - 333,3;

1% - нашатырный спирт 1% - NH₄OH - 156,7;

диоксан (C₄H₈O₂) - 500.

В процессе протягивания провода через упомянутый состав, залитый в узел нанесения эмальизоляции, положительный потенциал на выходе источника постоянного регулируемого тока изменяли до тех пор, пока значение плотности тока анофореза j достигало величины j=6 мА/см²=6×10^-3×10⁴=60 А/м², лежащей в середине интервала допустимых значений плотностей тока анофореза. Достижение упомянутой величины плотности тока реализовали следующим образом. Предварительно определяли, какую величину будет иметь сила тока J анофореза при плотности тока анофореза j_ср=60 А/м², лежащей в середине интервала допустимых значений плотностей тока анофореза по: J=πDLj_ср=Sj_ср, где D - диаметр провода, м; L - длина участка провода, погруженная в электрофоретический состав, м. Для рассматриваемого случая S=πDL=3,14×67×10^-3×10=0,02038 м², а ток J равнялся величине J=j×S=60×0,02038=1,2228 A≅1,2 А.

Положительный потенциал на проволоке поднимали до тех пор, когда ток анофореза достигал расчетной величины J=1,2 А. Достижение силой тока значения J=1,2 А на то, что плотность тока анофореза была равна j_ср=60 А/м². После достижения силой тока величины J=1,2 А величину положительного потенциала на проволоке изменять прекращали. Такая настройка режимов осуществляется один раз. В дальнейшем при подключении положительного полюса источника постоянного стабилизированного источника тока 2 к проволоке 20 источник тока 2 всегда обеспечивал стабильный ток анофореза величиной J=1,2 A.

Исходя из заданной толщины эмальизоляции d=20×10^-6 м, плотности эмали ρ=2,5×10³ кг/м³, выхода сухого остатка по току k=8,33×10^-5 кг/А·сек и плотности тока анофореза j=6 мА/см²=6×10^-3×10⁴=60 А/м², определяли время t анофореза по формуле

Было изготовлено два эмалированных провода диаметром D=0,67 мм и толщиной d эмальизоляции, равной 20 мкм: один - по способу-прототипу, а другой - по заявляемому способу. Эмальизоляция толщиной 20 мкм по способу-прототипу наносилось в 8 проходов. После каждого прохода нанесенный слой эмали подвергали термообработке. Изготовление эмалированного провода по заявляемому способу осуществлялось на устройстве, схематически изображенном на фиг.1. Слой эмальизоляции толщиной 20 мкм по заявляемому способу осуществлялся за один проход. В обоих случаях исходная (средняя) скорость V протягивания проволоки составляла 8 м/мин≅0,13 м/с.

Эмальизоляцию изготовленных проводов по способу-прототипу и по заявляемому способу подвергали проверке на электрическую прочность. Для определения пробивного напряжения эмалевого слоя испытуемый образец провода длиной 0,5 м выпрямляли, складывали пополам и равномерно скручивали. Петлю в месте сгиба провода разрезали, а концы ее разводили. К концам скрученного образца прикладывали напряжение переменного тока частотой 50 Гц, и в течение 30 с плавно повышали напряжение от нуля до пробоя. Испытания проводили для 20 скруток, как для провода, изготовленного по способу-прототипу, так и для провода, изготовленного по заявляемому способу. Затем по результатам испытаний подсчитывались среднестатистические значения пробивных напряжений. Они оказались равны соответственно 1800 В и 4200 В.

Измерение толщины эмалированного провода по способу-прототипу и по заявляемому способу в 100 произвольных точках образцов провода показало, что разброс толщин эмальизоляции в проводе, изготовленном по способу-прототипу, составлял порядка 10% от толщины изоляции, тогда как по заявляемому способу - всего 0,8%.

Таким образом, преимущества заявляемого способа по сравнению со способом-прототипом следующие:

- энергозатраты при эмалировании провода заявляемым способом почти на порядок ниже, так как пленка эмальизоляции наносится на проволоку за один проход, тогда как в способе-прототипе за 8-10 проходов;

- электрическая прочность эмальизоляции, нанесенной на проволоку по заявляемому способу, в 2,5 раза выше, чем электрическая прочность эмальизоляции, нанесенной на проволоку по способу-прототипу;

- заявляемый способ по сравнению с прототипом позволяет в несколько раз повысить равномерность толщины эмальизоляции.

Используемые источники

1. Производство кабелей и проводов: Учебник для техникумов / Н.И.Белоусов, P.M.Лакерник, Э.Т.Ларина и др.; Под ред. Н.И.Белоусова и И.Б.Пешкова. - М.: Энергоиздат, 1981. - с.314-319.

2. Пешков И.К. Обмоточные провода. - М.: Энергоиздат, 1988, с.113 (прототип).

Использование: в кабельной промышленности при изготовлении эмалированных проводов. На основе пленкообразующего лака ПЭ-933 марки В создают электрофоретический состав, состоящий из следующих компонентов, мл/л: лак ПЭ-939 марки В - (290÷300); 1% - нашатырный спирт 1% - NH₄OH - (110÷120); диоксан (C₄H₈O₂) - остальное. Предварительно выбирают определенную величину плотности тока, погружают участок движущейся проволоки в упомянутый электрофоретический состав, останавливают проволоку, подают на нее относительно заземленного корпуса узла нанесения эмальизоляции положительный потенциал, величина которого обеспечивает определенное значение тока анофореза, осаждают на погруженный в электрофоретический состав участок проволоки пленку эмальизоляции в течение времени, определяемого по приведенному выражению, затем вновь перемещают проволоку, вновь останавливают проволоку, осуществляют электроосаждение пленки эмальизоляции на последующий участок проволоки, такой чередующийся процесс продолжают до окончания процесса эмалирования. Преимущества заявляемого способа заключаются в уменьшении энергозатрат. 1 ил.

Способ изготовления эмалированных проводов, при котором на проволоку наносят слой эмальизоляции с последующим подводом тепла к проволоке с нанесенной эмальизоляцией, отличающийся тем, что процесс нанесения слоя эмальизоляции осуществляют электроосаждением, используя электрофоретический состав, состоящий из следующих компонентов, мл/л:
лак ПЭ-939 марки В 290÷300 1%-ный нашатырный спирт 1% - NH₄OH 110÷120 диоксан (C₄H₈O₂) остальное

при этом предварительно выбирают величину плотность тока j, лежащую в диапазоне допустимых плотностей тока анофореза (2÷10) мА/см², погружают участок движущейся проволоки протяженностью L в упомянутый электрофоретический состав, останавливают проволоку, подают на нее относительно заземленного корпуса узла нанесения эмальизоляции положительный потенциал, величина которого обеспечивает значение тока анофореза J, равное J=πDLj, где D - диаметр проволоки, м; и при указанной величине тока J осаждают на погруженный в электрофоретический состав участок проволоки пленку эмальизоляции в течение времени t, определяемом по выражению , где ρ - плотность эмали, кг/м³, d - толщина эмальизоляции, м, k - выход сухого остатка по току, кг/А·с, затем по истечению времени t перемещают проволоку на длину, равную L, вновь останавливают проволоку и при указанной выше величине тока J анофореза в течение упомянутого времени t осуществляют электроосаждение пленки эмальизоляции на последующий участок проволоки протяженностью L, такой чередующийся процесс продолжают до окончания процесса эмалирования.