КС-3 — кремнийорганический лак и стеклоткань¶

КС-3 — марка кремнийорганического электроизоляционного лака, применяемого для пропитки стеклотканей и изготовления гибких изоляционных материалов. Относится к классу термостойких кремнийорганических (полиорганосилоксановых) материалов, способных длительно работать при температурах до 180–200 °C. Лак КС-3 и продукты на его основе — пропитанные стеклоткани, стеклолакоткани, изоляционные ленты — используются в электротехнике, электронике и приборостроении для изоляции обмоток электрических машин, трансформаторов и кабельных изделий.

¶Общая характеристика

КС-3 представляет собой раствор кремнийорганических смол (полиорганосилоксанов) в органических растворителях, чаще всего в толуоле или ксилоле. После нанесения на подложку и удаления растворителя при нагреве происходит отверждение — образование трёхмерной сетчатой структуры силоксановых связей Si—O—Si. Именно эта связь обеспечивает высокую термическую и химическую стойкость покрытия.

Ключевые свойства лака:

термостойкость — длительная работа при 180 °C, кратковременно до 200–250 °C;
высокие электроизоляционные показатели — удельное объёмное сопротивление, электрическая прочность;
стойкость к влаге, тропическому климату и ряду агрессивных сред;
хорошая адгезия к стекловолокну, металлам и ряду пластмасс;
способность образовывать эластичные плёнки без растрескивания при термоциклировании.

¶Состав и отверждение

Основу лака составляют полиорганосилоксановые смолы. В зависимости от рецептуры в них могут входить метильные, фенильные или комбинированные метилфенильные заместители у атома кремния. Фенильные группы повышают термостойкость, метильные — эластичность и скорость отверждения.

Отверждение протекает в две стадии. Сначала при умеренном нагреве (обычно 100–150 °C) удаляется растворитель. Затем при более высокой температуре (180–250 °C) завершается поликонденсация с образованием неплавкой и нерастворимой сетки. Режим сушки и отверждения подбирается под конкретную подложку и толщину слоя, поскольку слишком быстрый подъём температуры приводит к вспениванию и пористости покрытия.

¶Применение

Главная область применения КС-3 — пропитка стеклотканей с целью получения электроизоляционных материалов. Пропитанная и отверждённая стеклоткань (стеклолакоткань) сочетает механическую прочность армирующего стекловолокна с диэлектрическими свойствами кремнийорганической смолы.

Основные направления использования:

Изоляция обмоток электрических машин — пропитка обмоток двигателей, генераторов, трансформаторов для повышения влагостойкости и теплопроводности.
Гибкие изоляционные материалы — стеклолакоткани, ленты, листы для изоляции в пазах и между слоями обмоток.
Провода и кабели — нанесение на стекловолокнистую оплётку проводов с повышенной термостойкостью.
Связующее для слюдяных и стеклослюдяных материалов — изготовление микалент и изоляционных подложек.
Защитные и антикоррозионные покрытия — в отдельных случаях для изделий, работающих при высоких температурах.

Материалы на основе КС-3 относятся к классу нагревостойкости H (до 180 °C) и выше, что делает их применимыми там, где обычные лаки на основе поливинилацетата, полиэфиров или эпоксидов теряют свойства.

¶Технология получения стеклолакоткани

Процесс производства стеклолакоткани на основе КС-3 включает несколько операций. Стеклоткань (обычно из алюмоборосиликатного стекла) проходит пропитку лаком в ванне, затем отжим валиками для удаления избытка раствора. Далее следует сушка в туннельной печи с постепенным подъёмом температуры, при которой удаляется растворитель и начинается отверждение. На финальной стадии материал может дополнительно нагреваться или выдерживаться для завершения поликонденсации.

Толщина и число слоёв стеклоткани определяют механическую прочность и электрическую прочность готового материала. Содержание связующего (лака) нормируется — обычно 25–40 % от массы материала, поскольку избыток смолы снижает гибкость, а недостаток — электрическую прочность.

¶Показатели и нормирование

Свойства лака КС-3 и материалов на его основе регламентируются техническими условиями и государственными стандартами. К нормируемым показателям относятся:

массовая доля нелетучих веществ (сухого остатка);
условная вязкость раствора;
время высыхания и режим отверждения;
электрическая прочность пропитанной стеклоткани;
удельное объёмное и поверхностное сопротивление;
термостойкость и стойкость к термоциклированию;
прочность при растяжении и относительное удлинение стеклолакоткани.

Готовые материалы маркируются с указанием толщины, класса нагревостойкости и типа связующего.

¶Место среди кремнийорганических материалов

КС-3 входит в семейство кремнийорганических лаков, к которому также относятся марки КС-1, КС-2, КС-5, КО-916 и другие. Различия между ними определяются составом смолы, типом растворителя, соотношением метильных и фенильных групп, а также целевым назначением. Часть марок предназначена для пропитки стеклотканей, часть — для покрытий по металлу, часть — для связующих в композиционных материалах.

По сравнению с органическими лаками (бакелитовыми, эпоксидными, полиэфирными) кремнийорганические лаки уступают им в механической прочности и адгезии к ряду подложек, но существенно превосходят по термостойкости и стойкости к окислению при высоких температурах. Это определяет их нишу — изоляция машин и аппаратов с повышенным нагревом, а также изделий, работающих в условиях тропического климата и перепадов температур.

¶Ограничения и особенности эксплуатации

Кремнийорганические покрытия требуют аккуратного обращения. При отверждении выделяются летучие продукты, поэтому процесс ведут в вентилируемом оборудовании. Неполное отверждение снижает электрические характеристики и термостойкость. Механическая прочность плёнок ниже, чем у эпоксидных, поэтому в конструкциях с высокими механическими нагрузками их применяют в сочетании с армирующими материалами. Кроме того, кремнийорганические лаки чувствительны к загрязнениям и влаге на стадии нанесения.

¶Значение

Лак КС-3 и пропитанные им стеклоткани сыграли заметную роль в развитии отечественной электротехнической промышленности, обеспечив производство термостойкой изоляции для электрических машин, трансформаторов и кабелей. Материалы этого класса позволяют повышать нагрузочную способность оборудования и продлевать срок службы изделий, работающих при высоких температурах, что важно для энергетики, транспорта и промышленности.

Источники: технические условия на кремнийорганические лаки; справочники по электроизоляционным материалам; учебные пособия по электротехническому материаловедению; отраслевые стандарты на стеклолакоткани.