RU2603758C1

RU2603758C1 - Method of enamelled wires making

Info

Publication number: RU2603758C1
Application number: RU2015124592/02A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Васильевич Смирнов; Дмитрий Геннадьевич Смирнов
Priority date: 2015-06-23
Filing date: 2015-06-23
Publication date: 2016-11-27

Abstract

FIELD: manufacturing technology.

SUBSTANCE: invention relates to cable industry, in particular to production of enamelled wires. In method performing application of enamel insulation film on wire by anaphoresis at current density j of 2÷10 mA/cm² with subsequent heat supply to wire coated with enamel insulation. At that, during application of enamel insulation film moving wire section with length of L is immersed into electrophoretic compound, wire is stopped, suppled with positive potential, which value provides anaphoresis current value of I, equal to I=πDLj, where D is wire diameter, m, and with said current value depositing enamel insulation film on wire section immersed into electrophoretic compound for certain period of time. At that, for application of enamel insulation electrophoretic compound is used consisting of following components, pts.wt: polyglyceroethyleneterephtalate resin 46.0-48.0, 45-50 % polybutyltitanate in xylene 1.4-1.7, diethylene glycol 0.1-5.0, xylenol 51.6-53.0, solvent 9.3-19.0, dioxane 64-70, 1 % aqueous ammonia 22-24, boron nitride nanotubes 10-12.

EFFECT: invention enables increasing in heat conductivity and electrical strength of applied enamel insulation.

1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к кабельной промышленности, в частности к производству эмалированных проводов.The invention relates to the cable industry, in particular the production of enameled wires.

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 эмаль-печь [1].A known method of manufacturing enameled wires by immersion. The method consists in the fact that the guide rollers are immersed in the bath with the varnish, and the wire with the varnish captured during the movement enters the enamel furnace [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.The disadvantage of making enameled wires by immersion is that it is applicable only to low-viscosity oil varnishes, which have a high film-forming content and significantly change the viscosity during enameling.

Известен 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].A known method, which consists in supplying heat to the wire, repeatedly applying a film-forming substance to the wire, followed by applying heat to the wire with the film-forming substance applied for its thermal baking, moreover, heat is supplied to the wire in an amount sufficient to gel the film-forming substance, and subsequent heat is supplied after applying each coat [2].

Недостатком способа является то, что пленку эмаль-изоляции на провод наносят послойно в течение многократных проходов провода через калибры. При этом после каждого прохода пленку эмаль-изоляции отверждают путем воздействия на нее тепловой энергией. Это приводит к неоправданно высоким затратам энергии.The disadvantage of this method is that the film of enamel insulation on the wire is applied in layers for multiple passes of the wire through the gauges. Moreover, after each pass, the enamel insulation film is cured by exposing it to thermal energy. This leads to unreasonably high energy costs.

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 эмаль-изоляции, свойств эмалировочного лака и высоты печи. Однако обеспечить постоянство скорости движения провода не всегда удается.They enamel wire in typical units at a certain constant speed, which in the literature is called the permissible enamel speed. This constant permissible enamel speed V _dop in each case is calculated taking into account the time of film formation, the thickness of the enamel insulation, the properties of the enamel varnish and the height of the furnace. However, to ensure the constancy of the speed of the wire is not always possible.

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 эмаль-изоляции.Under the influence of random factors (instability of the supply voltage of the electric network, due to operator errors, etc.), the speed of the wire can vary within certain limits. As a result of this, the application of enamel to the wire surface, its thickness and the time of heat supply during gelation of the film-forming substance are violated, which affects the quality of enamel insulation.

Таким образом, способ-аналог не позволяет получить даже при оптимальных сочетаниях режимов эмалирования высокого качества эмалевой изоляции и характеризуется повышенными энергозатратами.Thus, the analogue method cannot be obtained even with optimal combinations of enameling modes of high quality enamel insulation and is characterized by increased energy consumption.

Наиболее близким к заявляемому является способ, описанный в [3]. Способ-прототип заключается в том, что на проволоку наносят эмаль-изоляцию с последующим подводом тепла к проволоке с нанесенной на нее эмаль-изоляцией, причем процесс нанесения слоя эмаль-изоляции осуществляют электроосаждением, используя электрофоретический состав, состоящий из следующих компонентов, мл/л:Closest to the claimed is the method described in [3]. The prototype method consists in the fact that enamel insulation is applied to the wire, followed by heat supply to the wire with enamel insulation applied to it, and the process of applying the enamel insulation layer is carried out by electrodeposition using an electrophoretic composition consisting of the following components, ml / l :

лак ПЭ-939 марки В - 290÷300,varnish PE-939 grade B - 290 ÷ 300,

1% - нашатырный спирт 1% - NH₄OH - 110÷120,1% - ammonia 1% - NH ₄ OH - 110 ÷ 120,

диоксан (С₄Н₈О₂) - остальное,dioxane (C ₄ H ₈ O ₂ ) - the rest,

при этом предварительно выбирают величину плотность тока j, лежащую в диапазоне допустимых плотностей тока анафореза 2÷10 мА/см², погружают участок движущейся проволоки протяженностью L в упомянутый электрофоретический состав, останавливают проволоку, подают на нее относительно заземленного корпуса узла нанесения эмаль-изоляции положительный потенциал, величина которого обеспечивает значение тока анофореза I, равное I=πDLj, где D - диаметр проволоки, м, и при указанной величине тока I осаждают на погруженный в электрофоретический состав участок проволоки пленку эмаль-изоляции в течение времени t, определяемого по выражению t=ρd/(k·j), где ρ - плотность эмали, кг/м³, d - толщина эмаль-изоляции, м, k - выход сухого остатка по току, кг/(А·с), затем по истечении времени t вновь перемещают проволоку на длину, равную L, вновь останавливают проволоку и при указанной выше величине тока I анофореза в течение упомянутого времени t осуществляют электроосаждение пленки эмаль-изоляции на последующий участок проволоки протяженностью L. Такой чередующийся процесс продолжают до окончания процесса эмалирования проволоки.at the same time, the current density j lying in the range of permissible anaphoresis current densities of 2 ÷ 10 mA / cm ² is preliminarily selected, a portion of a moving wire of length L is immersed in the said electrophoretic composition, the wire is stopped, positive is fed to it relative to the grounded case potential, the value of which provides the value of anophoresis current I equal to I = πDLj, where D is the wire diameter, m, and at the indicated current value I is deposited onto Stock wire film enamel insulation during t time determined by the expression t = ρd / (k · j ), where ρ - enamel density, kg / m ^3, d - the thickness of the enamel insulation, m, k - yield a dried residue of current, kg / (A · s), then after time t the wire is again moved to a length equal to L, the wire is stopped again and at the above current anophoresis current I, during the time t mentioned above, the film of enamel insulation is electrodeposited onto the subsequent section of the wire L. length. This alternating process continues until the end of the ema process. ation wire.

Достоинством способа-прототипа является высокая производительность, равномерность изоляционной эмалевой пленки и ее высокие диэлектрические и механические свойства.The advantage of the prototype method is high performance, uniformity of the insulating enamel film and its high dielectric and mechanical properties.

Недостатком способа-прототипа является низкая теплопроводность эмалевой пленки, а также нестабильность свойств электрофоретического состава, что связано с нестабильностью свойств исходного пленкообразующего состава ПЭ-939 марки В, изменяющихся от одной партии лака к другой.The disadvantage of the prototype method is the low thermal conductivity of the enamel film, as well as the instability of the properties of the electrophoretic composition, which is associated with the instability of the properties of the initial film-forming composition of PE-939 grade B, varying from one batch of varnish to another.

Техническая задача, на которую направлено настоящее изобретение, состоит в повышении теплопроводности эмалевой изоляции провода и ее качества.The technical problem to which the present invention is directed is to increase the thermal conductivity of the enamel insulation of the wire and its quality.

Задача решается тем, что в способе изготовления эмалированных проводов, при котором на проволоку наносят слой эмаль-изоляции анафорезом при плотности тока j, лежащей в диапазоне 2÷10 мА/см², с последующим подводом тепла к проволоке с нанесенной эмаль-изоляцией, причем для нанесения эмалевой пленки погружают участок движущейся проволоки протяженностью L в электрофоретический состав, залитый в эмаль-агрегат, останавливают проволоку, подают на нее относительно заземленного корпуса узла нанесения эмаль-изоляции положительный потенциал, величина которого обеспечивает значение тока анафореза I, равное I=πDLj, где D - диаметр проволоки, м; и при указанной величине тока I осаждают на погруженный в электрофоретический состав участок проволоки пленку эмаль-изоляции в течение времени t, определяемого по выражению t=ρd/(k·j), где ρ - плотность эмали, кг/м³, d - толщина эмаль-изоляции, м, k - выход сухого остатка по току, кг/(А·с), затем по истечении времени t перемещают проволоку на длину, равную L, вновь останавливают проволоку и при указанной выше величине тока I анафореза в течение упомянутого времени t осуществляют электроосаждение пленки эмаль-изоляции на последующий участок проволоки протяженностью L, такой чередующийся процесс продолжают до окончания процесса эмалирования, при этом процесс нанесения слоя эмаль-изоляции осуществляют, используя электрофоретический состав, состоящий из следующих компонентов, в мас.ч.:The problem is solved in that in a method for manufacturing enameled wires, in which an enamel insulation layer is applied to the wire by anaphoresis at a current density j lying in the range of 2 ÷ 10 mA / cm ² , followed by heat supply to the wire with enamel insulation, for applying an enamel film, immerse a section of a moving wire of length L in an electrophoretic composition embedded in an enamel assembly, stop the wire, apply a positive potential to it relative to the grounded casing of the enamel insulation application unit, which provides rank value anaphoresis current I, equal to I = πDLj, where D - diameter of the wire, m; and at the indicated current value I, an enamel-insulation film is deposited onto a section of wire immersed in the electrophoretic composition for a time t determined by the expression t = ρd / (k · j), where ρ is the enamel density, kg / m ³ , d is the thickness enamel insulation, m, k — current solids yield, kg / (A · s), then after time t the wire is moved a length equal to L, the wire is stopped again and at the aforementioned current value I anaphoresis during the mentioned time t carry out electrodeposition of the film of enamel insulation on the subsequent section of the wire rotyazhennostyu L, this alternating process continues until the process of enamelling, the process of applying a layer of enamel insulation is carried out using an electrophoretic composition comprising the following components in parts by weight .:

причем предварительно осуществляют приготовление указанного электрофоретического состава в лаковарочном аппарате, снабженном рубашкой для обогрева и дисковой мешалкой, в который загружают указанную выше смесь растворителей (ксиленол, сольвент), полибутилтитанат, диэтиленгликоль смолу ТС-1 и белые нанотрубки из нитрида бора, разогревают содержимое до 100÷110°С и производят постоянное перемешивание до полного растворения смолы в течение 1÷1,5 ч, остужают приготовленную смесь до 40С÷50°С, добавляют в нее диоксан, 1%-ный нашатырный спирт, продолжая перемешивание полученной смеси в течение 0,5÷1,0 ч, после чего фильтруют полученный электрофоретический состав и переливают в эмаль-агрегат.moreover, the said electrophoretic composition is preliminarily prepared in a lacquer apparatus equipped with a heating jacket and a disk stirrer, into which the above mixture of solvents (xylene, solvent), polybutyl titanate, diethylene glycol TC-1 resin and white boron nitride nanotubes are heated, the contents are heated to 100 ÷ 110 ° С and constantly stirring until the resin is completely dissolved within 1 ÷ 1,5 h, cool the prepared mixture to 40С ÷ 50 ° С, add dioxane, 1% ammonia, longitudinal Single stirring the resulting mixture for 0.5 ÷ 1.0 hours, then filtered and the resulting electrophoretic composition is poured into enamel unit.

Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.

Эмалированные провода используют в основном для намоточных электротехнических изделий: обмоток электрических машин, трансформаторов, дросселей, сельсинов и др. Известно, что самым ненадежным узлом этих изделий является их обмотка [4]. В свою очередь, показатели надежности и долговечности обмоток в большой степени зависят от уровня перегрева обмоток в процессе их эксплуатации, который зависит от теплопроводности входящих в конструкцию обмотки элементов: теплопроводности витковой (эмалевой) изоляции, корпусной и межфазной изоляции, теплопроводности пропиточных составов и т.д. При этом чем выше показатели теплопроводности перечисленных элементов, тем лучше охлаждается обмотка в процессе ее эксплуатации, тем менее интенсивно происходит старение изоляции, снижение ее электрической прочности, влагостойкости и механических свойств. Поэтому повышение теплопроводности изоляционных элементов обмотки в существенной мере повышает срок службы и надежность ее работы.Enameled wires are used mainly for winding electrical products: windings of electrical machines, transformers, chokes, selsyn, etc. It is known that the most unreliable node of these products is their winding [4]. In turn, indicators of the reliability and durability of the windings to a large extent depend on the level of overheating of the windings during their operation, which depends on the thermal conductivity of the elements included in the design of the winding: thermal conductivity of the coil (enamel) insulation, case and interphase insulation, thermal conductivity of the impregnating compositions, etc. d. Moreover, the higher the thermal conductivity of the listed elements, the better the winding cools during its operation, the less intensive is the aging of the insulation, a decrease in its electrical strength, moisture resistance and mechanical properties. Therefore, increasing the thermal conductivity of the insulating elements of the winding significantly increases the service life and reliability of its operation.

В заявляемом способе существенное повышение теплопроводности эмалевой изоляции проводов происходит за счет того, что в электрофоретический состав добавлены нанотрубки из титаната бария, которые в технической литературе называют «белыми нанотрубками».In the claimed method, a significant increase in the thermal conductivity of the enamel insulation of the wires occurs due to the fact that nanotubes from barium titanate, which are referred to as "white nanotubes" in the technical literature, are added to the electrophoretic composition.

Выбор белых нанотрубок из нитрида бора в качестве наполнителя обусловлен тем, что указанный материал обладает уникальными свойствами. С одной стороны, он является диэлектриком с объемным сопротивлением порядка (10¹⁵÷10¹⁶) Ом×м, так как ширина запрещенной зоны у этого материала составляет около 6 эВ. С другой стороны, он обладает высокой теплопроводностью, на 4 порядка превышающей теплопроводность λ=3000 Вт/(м·К) эмалевой пленки, полученной из обычного лака [5, 6].The choice of white boron nitride nanotubes as a filler is due to the fact that this material has unique properties. On the one hand, it is an insulator with a volume resistance of the order of (10 ¹⁵ ÷ 10 ¹⁶ ) Ohm × m, since the band gap of this material is about 6 eV. On the other hand, it has high thermal conductivity, 4 orders of magnitude higher than the thermal conductivity λ = 3000 W / (m · K) of an enamel film obtained from ordinary varnish [5, 6].

Дополнительное введение в электрофоретический состав 10÷12 массовых частей белых нанотрубок из нитрида бора оказывает незначительное влияние на электрофоретические свойства состава, не снижает диэлектрические (электроизоляционные) и механические свойства изоляции, но в значительной мере повышает теплопроводность осажденных на поверхность пазов диэлектрических пленок.An additional introduction to the electrophoretic composition of 10-12 mass parts of white boron nitride nanotubes has a slight effect on the electrophoretic properties of the composition, does not reduce the dielectric (electrical insulation) and mechanical properties of insulation, but significantly increases the thermal conductivity of the dielectric films deposited on the surface of the grooves.

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:Electrodeposition as a method of obtaining coatings found industrial application around the mid-60s. The rapid spread of this method is associated with a number of advantages, of which the most significant are:

а) высокая равномерность получаемых покрытий по толщине и ее относительная независимость от конфигурации и габаритов изделия;a) high uniformity of the resulting coatings in thickness and its relative independence from the configuration and dimensions of the product;

б) более высокая коррозионная стойкость осаждаемых пленок по сравнению с пленками, полученными традиционным способом;b) higher corrosion resistance of the deposited films in comparison with films obtained in the traditional way;

с) высокая экономичность при достаточно большой производительности;c) high efficiency with a sufficiently large productivity;

д) возможность регулирования толщины пленок с помощью изменения плотности тока или потенциала;d) the ability to control the thickness of the films by changing the current density or potential;

е) быстрота роста покрытий;e) the growth rate of coatings;

ж) возможность автоматизации технологического процесса и проведение его при обычных условиях (комнатной температуре и нормальном давлении).g) the ability to automate the process and conduct it under ordinary conditions (room temperature and normal pressure).

Электрохимические полимерные покрытия - одно из направлений современного развития лакокрасочной технологии.Electrochemical polymer coatings are one of the areas of modern development of paint and varnish technology.

Практическое применение электрохимических полимерных покрытий сдерживается недостаточной изученностью процессов формирования пленки на подложке.The practical use of electrochemical polymer coatings is constrained by insufficient knowledge of the processes of film formation on the substrate.

Методика нанесения эмаль-изоляции состоит в следующем. В ванну с электрофоретическим составом погружается изделие (в данном случае провод), 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.The method of applying enamel insulation is as follows. A product (in this case, a wire) is immersed in a bath with an electrophoretic composition, to which one of the poles of a direct current source is connected. Under the influence of a constant electric field in a medium with high dielectric constant, ions or ionized micelles of the film former are transferred in the direction of the applied field (to the product). The deposition of film-forming material begins on the sharp edges and protrusions of the product, the charge density on which is the highest. As the deposited layer increases, the field lines of force are redistributed, and a film of uniform thickness covers the entire product.

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.The precipitate output depends on the duration of electrodeposition and on the amount of absorbed electricity and is limited by the electrical resistance of the resulting layer. As the thickness of the coating increases, it initially increases linearly with the deposition time, then, when a certain critical film thickness is reached, which depends on the composition properties, the current density decreases and the electrodeposition rate decreases. Therefore, electrodeposition can be considered as a process with self-regulating values of the thickness and continuity of coatings.

Полиион пленкообразующего в составе должен нести заряд, противоположный по знаку заряду изделия. В соответствии с этим различают электроосаждение на аноде, или анодное осаждение (анафорез), и электроосаждение на катоде, или катодное осаждение (катафорез).The film-forming polyion in the composition should carry a charge opposite in sign to the charge of the product. Accordingly, electrodeposition at the anode, or anode deposition (anaphoresis), and electrodeposition at the cathode, or cathode deposition (cataphoresis) are distinguished.

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.The main advantage of electrophoretic enameling of wires compared to traditional enameling methods is the possibility of applying uniform insulation of the required thickness in one pass, including at the corners of rectangular wires, without the use of gauges or any other regulating devices, since the thickness of the applied coating is easily controlled by changing the applied voltage electrodes and the speed of pulling the wire through the bath with the composition.

Основными характеристиками электрофоретических систем являются: рассеивающая способность, условный выход по току, удельная электропроводность.The main characteristics of electrophoretic systems are: dissipating ability, conditional current output, electrical conductivity.

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.).By scattering power is understood the property of a paint and varnish material to penetrate into inaccessible places of products and to form coatings uniform in thickness. The scattering ability depends on the electrodeposition mode and on the composition of the material (film-forming, solvent, electrolyte, etc.).

Условный выход по току показывает, сколько лакокрасочного материала осаждается на поверхности изделия при протекании определенного количества электричества. Этот показатель важен для оценки энергозатрат.The conditional current output shows how much paint material is deposited on the surface of the product when a certain amount of electricity flows. This indicator is important for estimating energy costs.

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.Electrical conductivity is a value that shows the ability of a paint and varnish material to conduct electric current. It depends on the nature of the film-forming, pH (acidity) and temperature of the composition. Since there is no unified theory of electrophoresis, the search for compounds with electrophoretic properties and the development of electrophoresis are carried out experimentally.

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.For wires of the PETV brand, in terms of heat resistance, corresponding to class F (155 ° C) or class H (180 ° C), the most common in the domestic cable industry electrical-insulating varnish PE-939 TU 16-504.026-74 is used.

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.In the initial state, PE-939 varnish does not have electrophoretic properties, and it is applied to the surface of a moving wire in successive layers, passing the wire through an enamel and gauge application unit of the appropriate diameter. Each layer of the applied enamel film is subjected to heat, during which the film is cured.

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. Именно из него изготавливают электрофоретический состав в способе-прототипе. Однако лак ПЭ-939 марки В обладает нестабильными свойствами, что зависит от качества исходного сырья, способов и режимов приготовления лака. Это, в свою очередь, приводит к нестабильным характеристикам изготавливаемого из него электрофоретического состава.PE-939 varnish is produced in three grades A, B and C, differing in viscosity, which is determined by the amount of film-forming in it. The most viscous is varnish PE-939 grade B. It is from it that the electrophoretic composition is made in the prototype method. However, varnish PE-939 grade B has unstable properties, which depends on the quality of the feedstock, methods and modes of preparation of varnish. This, in turn, leads to unstable characteristics of the electrophoretic composition made from it.

В заявляемом способе этого не происходит, так как исходное сырье и режимы приготовления электрофоретического состава постоянно контролируются.In the inventive method this does not happen, since the feedstock and the preparation of the electrophoretic composition are constantly monitored.

Выявление оптимального компонентного соотношения в электрофоретическом составе осуществляли экспериментальным путем с применением теории планирования эксперимента. Было выявлено, что процесс электроосаждения эмаль-изоляции можно реализовать при следующих отношениях компонентов электрофоретического состава, мас.ч.:The determination of the optimal component ratio in the electrophoretic composition was carried out experimentally using the theory of experimental design. It was found that the process of electrodeposition of enamel insulation can be implemented with the following relationships of components of the electrophoretic composition, parts by weight:

Электрофоретическое осаждение пленкообразующего происходит при всех указанных соотношениях компонентов. Выход концентрации компонентов электрофоретического состава за указанные диапазоны приводит к снижению качественных показателей эмаль-изоляции (рассеивающей способности лака, равномерности пленки, электрической и механической прочности и др.).The electrophoretic deposition of the film-forming occurs at all the indicated ratios of the components. The output of the concentration of the components of the electrophoretic composition beyond the indicated ranges leads to a decrease in the quality indicators of enamel insulation (dispersing ability of varnish, uniformity of the film, electrical and mechanical strength, etc.).

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 плотности тока от 2 до 10 мА/см². При плотности тока с величиной меньше 2 мА/см² пленка становится рыхлой и качество эмаль-изоляции ухудшается. Увеличение плотности тока за 10 мА/см² приводит к повышенному растворению материала проволоки, к дефектообразованию в осажденной пленке, что также ухудшает качество эмаль-изоляции.With the indicated ratio of the components of the electrophoretic composition, the value of the obtained thickness of the electrophoretic film depends on the current density of the electrophoresis and the time of electrodeposition. It was found that high-quality films are obtained in the current density range from 2 to 10 mA / cm ² . At a current density with a value of less than 2 mA / cm ^{2, the} film becomes loose and the quality of enamel insulation deteriorates. An increase in current density over 10 mA / cm ² leads to increased dissolution of the wire material, to defect formation in the deposited film, which also affects the quality of enamel insulation.

Время проведения электроосаждения пленкообразующего зависит от скорости эмалирования. Эмалирование проволоки в типовых агрегатах стремятся осуществлять при некоторой постоянной допустимой скорости V_доп.The time of the electrodeposition of the film-forming depends on the speed of enameling. Enameling wire in typical units tend to carry out at some constant permissible speed V _add .

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 эмаль-изоляции. Для того чтобы предотвратить отрицательное влияние на качество эмаль-изоляции колебаний скорости провода, наблюдаемых в процессе эмалирования, в способе-прототипе пленку эмаль-изоляции 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 эмаль-изоляции. В момент остановки проволоки на нее подают положительный потенциал от стабилизированного источника тока, рассчитанного на величину I=πDLj, и при указанном токе анафореза после остановки проволоки в течение указанного выше времени t на поверхность погруженного участка проволоки длиной L проводят электроосаждение эмаль-изоляции. 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 эмаль-изоляции 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 I в течение указанного времени t на новый погруженный в электрофоретический состав участок проволоки длиной L производят электроосаждение пленки эмаль-изоляции. 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 эмаль-изоляции более подробно.However, it is not always possible to ensure the constancy of the wire speed during enameling. Therefore, the actual speed of pulling the wire V during the enameling process does not equal the permissible enameling speed V _add , but changes when enameling in a certain range of values near the value of V _add , which affects the quality of enamel insulation. In order to prevent a negative effect on the quality of the enamel insulation of the wire speed fluctuations observed during the enameling process, in the prototype method, the enamel insulation film is applied to a fixed wire. For this, a part of a wire of length L is immersed in an electrophoretic composition, it is stopped for a time t necessary for applying a given thickness of enamel insulation to it. At the moment of stopping the wire, a positive potential is supplied to it from a stabilized current source, calculated for the value I = πDLj, and at the indicated anaphoresis current, after stopping the wire for the above time t, electrodeposition of enamel insulation is carried out on the surface of an immersed wire section of length L. Upon completion of the electrodeposition process during time t, the stabilized current source is turned off. After this, the wire is moved to the length L. This movement allows you to remove from the site of application of enamel insulation a section of wire with an already applied enamel film and introduce the next section of wire of the same length L into the electrophoretic composition. The wire is again stopped at time t. After stopping the wire, the positive potential from the constant stabilized current source is reconnected to the wire, and at current I for a specified time t, an electrodeposition of an enamel-insulation film is deposited onto a new section of wire of length L immersed in an electrophoretic composition. Such a process of periodically stopping the wire, deposition of the film on the immersed section of the wire and drawing the wire to a predetermined value of L is carried out throughout the enameling process. Consider the process of applying enamel insulation in more detail.

Масса m пленкообразующего вещества, осевшая на металлическую основу, прямо пропорциональна прошедшему через электрофоретический состав зарядуThe mass m of the film-forming substance deposited on a metal base is directly proportional to the charge passing through the electrophoretic composition

В свою очередь,In its turn,

где k - выход сухого остатка пленкообразующего по току, кг/(А·с), ток электрофореза I, A; t - время электрофореза, с.where k is the output of the dry residue of the film-forming current, kg / (A · s), electrophoresis current I, A; t is the time of electrophoresis, s.

Подставив в формулу (1) выражение (2) получим:Substituting the expression (2) in the formula (1), we obtain:

Выразим ток I через произведение плотности тока j на площадь S части поверхности проволоки, погруженной в электрофоретический состав:We express the current I through the product of the current density j by the area S of the surface part of the wire immersed in the electrophoretic composition:

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.where S is the surface area of a section of wire of length L, m ² ; L is the length of the wire section immersed in the electrophoretic composition, m; r is the radius of the wire, m; D = 2r is the diameter of the wire.

С другой стороны, массу m эмалевой пленки на участке провода длиной L можно определить по формуле:On the other hand, the mass m of the enamel film on a section of wire of length L can be determined by the formula:

,

где ρ - плотность эмали, кг/м³; d - толщина эмалевой изоляции, м.where ρ is the density of enamel, kg / m ³ ; d is the thickness of the enamel insulation, m

Так как диаметр провода D много меньше толщины эмали d(D<<d), то выражение (5) можно упростить и записатьSince the wire diameter D is much smaller than the enamel thickness d (D << d), expression (5) can be simplified and written

Приравняв правые части выражений (4) и (6) друг к другу и преобразовав полученное выражение относительно времени электрофореза t, получим:Equating the right parts of expressions (4) and (6) to each other and transforming the resulting expression with respect to the time of electrophoresis t, we obtain:

При осуществлении заявляемого способа необходимо предварительно настроить режимы нанесения эмаль-изоляции на проволоку. Для настройки режимов анафореза проволоку протягивают через электрофоретический состав, залитый в узел нанесения эмаль-изоляции, длина которого равна L. Участок провода, погруженный в электрофоретический состав, равен протяженности узла нанесения эмаль-изоляции L. Как было указано выше, анафорез 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 анафореза на заданный режим осуществляют по току анафореза. Эта настройка осуществляется следующим образом. В допустимом для анафореза диапазоне плотностей тока выбирают некоторое конкретное значение плотности тока j. Выбор этого конкретного значения плотности тока определяется прагматическими соображениями: размерами узла нанесения эмаль-изоляции, размерами эмаль-печи, режимами отверждения осажденной пленки и т.д. Основное требование при выборе плотности тока анафореза j заключатся в том, чтобы он не выходил из границ допустимых значений плотностей тока. После выбора плотности тока подсчитывают ток анафореза I по формуле (4). После того как участок проволоки протяженностью L погружен в электрофоретический состав в узле нанесения эмаль-изоляции, проволоку останавливают и на нее подают положительный потенциал с выхода источника постоянного стабилизированного тока. Этот потенциал изменяют до тех пор, пока значение тока анафореза I, который измеряют амперметром в процессе изменения потенциала на проволоке, достигнет величины, равной I=πDL, где D - диаметр провода, м; L - длина узла нанесения эмаль-изоляции, м; j - плотность тока анафореза, лежащая в диапазоне допустимых значений плотностей тока j анафореза (2÷10) мА/см². Время осаждения t зависит от требуемой толщины d эмаль-изоляции и выбранного значения плотности тока анафореза j в соответствии с формулой (7). После осаждения пленки эмаль-изоляции провод протягивают на длину L, и вновь останавливают проволоку. При остановленной проволоке на новый участок протяженностью L, следующий за предыдущим, при токе I в течение времени t осаждают пленку эмаль-изоляции заданной толщины d. Затем всю указанную выше процедуру повторяют вновь до завершения процесса эмалирования провода.When implementing the proposed method, you must first configure the application of enamel insulation on the wire. To set the anaphoresis regimes, the wire is drawn through an electrophoretic composition, filled into an enamel insulation application unit, the length of which is L. A section of wire immersed in an electrophoretic composition is equal to the length of the enamel insulation application unit L. As mentioned above, anaphoresis in the specified electrophoretic composition can be carried out only in a certain range of current densities. Since the current density is difficult to directly measure, since this is an indirect quantity, the process of setting up anaphoresis to a given mode is carried out according to the anaphoresis current. This setting is as follows. In the range of current densities acceptable for anaphoresis, a specific current density j is selected. The choice of this specific value of the current density is determined by pragmatic considerations: the dimensions of the enamel insulation application unit, the dimensions of the enamel furnace, the curing conditions of the deposited film, etc. The main requirement when choosing the current density of anaphoresis j is that it does not go beyond the boundaries of permissible values of current densities. After selecting the current density, the anaphoresis current I is calculated by the formula (4). After a section of wire of length L is immersed in an electrophoretic composition in an enamel insulation application unit, the wire is stopped and a positive potential is supplied to it from the output of a constant stabilized current source. This potential is changed until the value of the anaphoresis current I, which is measured with an ammeter in the process of changing the potential on the wire, reaches a value equal to I = πDL, where D is the diameter of the wire, m; L is the length of the site of application of enamel insulation, m; j is the anaphoresis current density lying in the range of permissible current densities j anaphoresis (2 ÷ 10) mA / cm ² . The deposition time t depends on the required thickness d of the enamel insulation and the selected anaphoresis current density j in accordance with formula (7). After deposition of the enamel insulation film, the wire is pulled to a length L, and the wire is again stopped. When the wire is stopped, a film of enamel insulation of a given thickness d is deposited at a current I over a time t at a current of length L following the previous one. Then, the entire above procedure is repeated again until the wire enameling process is completed.

Пример конкретного выполненияConcrete example

По заявляемому способу осуществлялось эмалирование медного провода диаметром D=0,67 мм. Для этого предварительно осуществляли приготовление указанного электрофоретического состава в лаковарочном аппарате, снабженном рубашкой для обогрева и дисковой мешалкой, в который загружали указанную выше смесь растворителей (ксиленол, сольвент), полибутилтитанат, диэтиленгликоль смолу ТС-1 и белые нанотрубки из нитрида бора, разогревали содержимое до 105°С и производили постоянное перемешивание до полного растворения смолы в течение 1,2 ч.According to the claimed method, enameling of a copper wire with a diameter of D = 0.67 mm was carried out. For this purpose, the indicated electrophoretic composition was preliminarily prepared in a lacquer apparatus equipped with a heating jacket and a disk stirrer, into which the above mixture of solvents (xylene, solvent), polybutyl titanate, diethylene glycol TC-1 resin and white boron nitride nanotubes were loaded, heated to 105 ° C and produced constant stirring until the resin is completely dissolved within 1.2 hours

Выбор диапазона температур 100÷110°С разогрева указанной выше смеси обусловлен следующими соображениями. С одной стороны, чем выше температура, тем более интенсивно и равномерно по объему происходит растворение и разбавление смолы ТС-1 и распределение нанотрубок из титаната бария. С другой стороны, температуру нельзя повышать выше температуры кипения входящих в состав компонентов. Значения температуры кипения входящих в состав компонентов следующие: у ксилола - 138,3÷144,4°С; у сольвента 120÷190°С; у этиленгликоля 245°С. Поэтому диапазон разогрева смеси, равный 100÷110°С, с одной стороны, достаточно высок, а с другой - он ниже температуры кипения входящих в состав компонентов. Непрерывное помешивание состава в течение 1÷1,5 ч установлено эмпирически и необходимо для равномерного распределения компонентов состава по объему.The choice of the temperature range 100 ÷ 110 ° C for heating the above mixture is due to the following considerations. On the one hand, the higher the temperature, the more intensively and uniformly in volume the dissolution and dilution of TS-1 resin and the distribution of barium titanate nanotubes occur. On the other hand, the temperature cannot be raised above the boiling point of the constituent components. The boiling points of the constituent components are as follows: for xylene - 138.3 ÷ 144.4 ° C; solvent 120 ÷ 190 ° C; ethylene glycol has 245 ° C. Therefore, the range of heating the mixture, equal to 100 ÷ 110 ° C, on the one hand, is quite high, and on the other hand, it is lower than the boiling point of the constituents. Continuous stirring of the composition for 1 ÷ 1.5 hours is established empirically and is necessary for the uniform distribution of the components of the composition throughout the volume.

По истечении указанного времени остужали приготовленную смесь до 45°С, добавляли в нее диоксан, 1%-ный нашатырный спирт, продолжая перемешивание полученной смеси в течение 0,5÷1,0 ч, после чего фильтровали полученный электрофоретический состав и переливали в эмаль-агрегат.After this time, the prepared mixture was cooled to 45 ° C, dioxane and 1% ammonia were added to it, while stirring the resulting mixture for 0.5–1.0 h, then the resulting electrophoretic composition was filtered and poured into enamel. unit.

Остужение указанной выше смеси до температуры 40°С÷50°С обусловлено тем, что температура кипения диоксана равна 101,4°С, нашатырного спирта - 78,15-78,39°С. Именно эти два компонента придают составу электрофоретические свойства и от точности их дозировки зависят режимы осаждения пленок и их качество. Поэтому диапазон температур выбран из условия исключения вскипания указанных компонентов и их интенсивного испарения в процессе перемешивания состава. Эмпирически установлено, что диапазон 40÷50°С и время 0,5÷1,0 ч является оптимальным, обеспечивающим получение качественного электрофоретического состава.The above mixture is cooled to a temperature of 40 ° C to 50 ° C due to the fact that the boiling point of dioxane is 101.4 ° C, of ammonia - 78.15-78.39 ° C. It is these two components that give the composition electrophoretic properties and the deposition modes of the films and their quality depend on the accuracy of their dosage. Therefore, the temperature range is selected from the condition of eliminating the boiling of these components and their intensive evaporation during mixing of the composition. It is empirically established that a range of 40 ÷ 50 ° C and a time of 0.5 ÷ 1.0 h is optimal, providing a high-quality electrophoretic composition.

Состав состоял из следующих компонентов, мас.ч.:The composition consisted of the following components, parts by weight:

Выбор диапазона объемного содержания в составе наполнителя из белых нанотрубок нитрида бора был обусловлен следующими соображениями. При концентрации белых нанотрубок нитрида бора ниже, чем 10 мас.ч., снижается теплопроводность электрофоретически осажденных пленок, а при концентрациях выше 12 об.% резко снижается рассеивающая способность электрофоретического состава. Для обоснования выбора указанного диапазона концентрации нанотрубок из нитрида бора были проведены эксперименты. Сущность этих экспериментов заключалась в следующем. Две пластины из меди, которая применяется для изготовления проводов, толщина которых была равна 1 мм, а размеры 15×50 мм, устанавливались плоскостями параллельно друг другу на расстоянии 20 мм и закреплялись в диэлектрической крышке, и к ним подключалось постоянное напряжение. После этого пластины погружались в сосуд, наполненный электрофоретическим составом, указанным выше. Компонентное содержание состава и их количественное содержание в составе оставалось неизменным, а изменялось лишь массовая часть нанотрубок из титаната бария.The choice of the range of volumetric contents in the composition of the filler of white nanotubes of boron nitride was due to the following considerations. When the concentration of white nanotubes of boron nitride is lower than 10 parts by weight, the thermal conductivity of the electrophoretically deposited films decreases, and at concentrations above 12 vol.% The scattering power of the electrophoretic composition sharply decreases. To substantiate the choice of the indicated concentration range of boron nitride nanotubes, experiments were performed. The essence of these experiments was as follows. Two copper plates, which is used to make wires with a thickness of 1 mm and dimensions of 15 × 50 mm, were installed by planes parallel to each other at a distance of 20 mm and fixed in a dielectric cover, and a constant voltage was connected to them. After this, the plates were immersed in a vessel filled with the electrophoretic composition indicated above. The component content of the composition and their quantitative content in the composition remained unchanged, and only the mass part of the barium titanate nanotubes changed.

В состав всыпали порошок нанотрубок из нитрида бора, и от опыта к опыту последовательно увеличивали его концентрацию от 1 до 14 вес.%. После введения в электрофоретический состав белых нанотрубок из нитрида бора состав тщательно перемешивали для равномерного распределения порошка нанотрубок по объему электрофоретического состава. Осаждение пленок на пластину-анод осуществляли при плотности тока j=6 мА/см² в течение одинакового времени, равного t=150 с. При каждой фиксированной концентрации белых нанотрубок в электрофоретическом составе осаждение вели не менее чем на четырех образцах пластин. После электрофоретического осаждения пленок их извлекали из электрофоретического состава и подвергали термообработке: две из четырех пластин сушили как в прототипе в течение 5 минут при температуре 385°С. Исследования теплопроводности электрофоретически осажденных пленок проводили на приборе LFA447 при температуре 25°С. Экспериментально определяемой характеристикой тепловых свойств пленок являлась их температуропроводность, используя которую определяли теплопроводность пленок. Измерение температуропроводности было основано на методе вспышки. Данный метод удовлетворял требованиям ГОСТ 8.140.-82 и ГОСТ 8.141-75. Высохшие пленки подвергались пробою постоянным напряжением при использовании универсальной пробивной установки УПУ-10. Пробой осуществляли путем подвода 5 мм шарика-электрода к пленке и подачи на него напряжения от УПУ-10. При этом пластина, на которую была осаждена пленка, заземлялась. Поскольку электрофоретическая пленка осаждалась на обе стороны анода (со стороны, повернутой к катоду, и с обратной стороны), то определялось среднее пробивное напряжение с каждой стороны анода. Среднее пробивное напряжение определялась по результатам пробоя пленки не менее чем в 5 точках осажденной пленки с каждой стороны анодной пластины. Рассеивающую способность электрофоретического состава оценивали по отношению среднего пробивного напряжения пленки, определенного с обратной стороны пластины, к среднему напряжению пробивного напряжения пленки со стороны, обращенной к катоду. Рассеивающая способность тем лучше, чем ближе к 1 отношение указанных средних значений пробивных напряжений.Powder of boron nitride nanotubes was poured into the composition, and from experiment to experiment, its concentration was successively increased from 1 to 14 wt.%. After the introduction of white nanotubes of boron nitride into the electrophoretic composition, the composition was thoroughly mixed to uniformly distribute the nanotube powder over the volume of the electrophoretic composition. The films were deposited onto the anode plate at a current density of j = 6 mA / cm ² for the same time t = 150 s. For each fixed concentration of white nanotubes in the electrophoretic composition, deposition was carried out on at least four wafer samples. After electrophoretic deposition of the films, they were removed from the electrophoretic composition and subjected to heat treatment: two of the four plates were dried as in the prototype for 5 minutes at a temperature of 385 ° C. Investigations of the thermal conductivity of electrophoretically deposited films were carried out on an LFA447 instrument at a temperature of 25 ° C. The experimentally determined characteristic of the thermal properties of the films was their thermal diffusivity, using which the thermal conductivity of the films was determined. The thermal diffusivity measurement was based on the flash method. This method met the requirements of GOST 8.140.-82 and GOST 8.141-75. The dried films were subjected to constant voltage breakdown using a universal punching unit UPU-10. The breakdown was carried out by supplying a 5 mm ball electrode to the film and applying voltage from UPU-10 to it. In this case, the plate on which the film was deposited was grounded. Since the electrophoretic film was deposited on both sides of the anode (from the side turned to the cathode and from the reverse side), the average breakdown voltage on each side of the anode was determined. The average breakdown voltage was determined by the breakdown of the film at at least 5 points of the deposited film on each side of the anode plate. The dissipation ability of the electrophoretic composition was evaluated by the ratio of the average breakdown voltage of the film, determined from the back side of the plate, to the average voltage of the breakdown voltage of the film from the side facing the cathode. The scattering power is better, the closer to 1 the ratio of the indicated average values of the breakdown voltage.

Исследования показали, что при увеличении объемного содержания в электрофоретическом состава нанотрубок из нитрида бора теплопроводность до концентраций 10 мас.ч. растет практически прямо пропорционально увеличению концентрации нанотрубок. Теплопроводность пленок увеличивается пропорционально концентрации и при превышении последней 10 мас.ч., но угол наклона указанной зависимости становится намного меньше.Studies have shown that with an increase in the volume content in the electrophoretic composition of boron nitride nanotubes, the thermal conductivity is up to concentrations of 10 parts by weight. grows almost directly proportional to the increase in the concentration of nanotubes. The thermal conductivity of the films increases in proportion to the concentration and when the last 10 parts by weight are exceeded, but the angle of inclination of this dependence becomes much smaller.

В таблице 1 приведены некоторые экспериментальные результаты, позволяющие обосновать выбранные в заявляемом способе диапазоны величин и показать преимущества заявляемого способа по сравнению со способом-прототипом.Table 1 shows some experimental results that make it possible to justify the ranges of values selected in the claimed method and show the advantages of the proposed method compared to the prototype method.

Как следует из таблицы 1, теплопроводность пленок при добавлении в них нанотрубок из нитрида бора возрастает при увеличении концентрации трубок в составе. По сравнению с прототипом теплопроводность пленок в заявляемом способе в среднем в 2÷2,6 раза выше. Среднее пробивное напряжение пленок, полученных по способу-прототипу, в среднем на 20% ниже, чем пробивное напряжение пленок аналогичной толщины, но полученных по заявляемому способу. При увеличении концентрации нанотрубок за 12 вес.ч снижается рассеивающая способность состава. В частности, при концентрации в электрофоретическом составе нанотрубок из нитрида бора, равной 14 вес.ч., среднее пробивное напряжение с обратной стороны анода (не повернутой к катоду) становится ниже, чем среднее пробивное напряжение пленки, осажденной на сторону анода, повернутую к катоду, на 30% (рассеивающая способность 0,7). При увеличении массовых частей нанотрубок за 14 рассеивающая способность электрофоретического состава снижается. Снижение рассеивающей способности приводит к тому, что пленка, осажденная в разные участки проводов, будет иметь неоднородные электроизоляционные свойства, что существенно снижает надежность изоляции обмоток.As follows from table 1, the thermal conductivity of the films with the addition of boron nitride nanotubes in them increases with an increase in the concentration of tubes in the composition. Compared with the prototype, the thermal conductivity of the films in the claimed method is on average 2 ÷ 2.6 times higher. The average breakdown voltage of the films obtained by the prototype method is on average 20% lower than the breakdown voltage of films of a similar thickness, but obtained by the claimed method. With an increase in the concentration of nanotubes for 12 parts by weight, the scattering ability of the composition decreases. In particular, when the concentration in the electrophoretic composition of boron nitride nanotubes is 14 parts by weight, the average breakdown voltage on the back of the anode (not turned to the cathode) becomes lower than the average breakdown voltage of the film deposited on the side of the anode turned to the cathode , by 30% (scattering power 0.7). With an increase in the mass parts of nanotubes over 14, the scattering power of the electrophoretic composition decreases. The decrease in scattering power leads to the fact that the film deposited in different sections of the wires will have inhomogeneous electrical insulation properties, which significantly reduces the reliability of the insulation of the windings.

После приготовления электрофоретического состава его фильтровали и заливали в эмаль-агрегат, через который протягивали медную проволоку. На проволоку подавали положительный потенциал от источника постоянного регулируемого тока, включали эмаль-агрегат и осаждали изоляционную эмалевую пленку.After the preparation of the electrophoretic composition, it was filtered and poured into an enamel assembly through which a copper wire was pulled. A positive potential was supplied to the wire from a constant controlled current source, an enamel aggregate was turned on, and an insulating enamel film was deposited.

В процессе протягивания провода через упомянутый состав, залитый в узел нанесения эмаль-изоляции, положительный потенциал на выходе источника постоянного регулируемого тока изменяли до тех пор, пока значение плотности тока анафореза j достигало величины j=6 мА/см²=6×10^-3×10⁴=60 А/м², лежащей в середине интервала допустимых значений плотностей тока анафореза. Достижение упомянутой величины плотности тока реализовали следующим образом. Предварительно определяли, какую величину будет иметь сила тока I анофореза при плотности тока анофореза j_cp=60 А/м², лежащей в середине интервала допустимых значений плотностей тока анофореза по: I=πDLj_cp=Sj_cp, 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 I равнялся величине I=j×S=60×0,02038=1,2228 А≅1,2 А.In the process of pulling the wire through the aforementioned composition, filled into the enamel insulation deposition unit, the positive potential at the output of the constant regulated current source was changed until the anaphoresis current density j reached j = 6 mA / cm ² = 6 × 10 ^-3 × 10 ⁴ = 60 A / m ² lying in the middle of the interval of acceptable values of anaphoresis current densities. The achievement of the aforementioned magnitude of the current density was implemented as follows. Preliminarily, it was determined what magnitude the anophoresis current I will have at the anophoresis current density j _cp = 60 A / m ² lying in the middle of the interval of permissible anophoresis current densities according to: I = πDLj _cp = Sj _cp , where D is the wire diameter, m ; L is the length of the wire section immersed in the electrophoretic composition, m. For the case under consideration, S = πDL = 3.14 × 67 × 10 ^-3 × 10 = 0.02038 m ² , and the current I was equal to I = j × S = 60 × 0.02038 = 1.2228 А≅1.2 A.

Положительный потенциал на проволоке поднимали до тех пор, когда ток анафореза достигал расчетной величины I=1,2 А. Достижение силой тока значения I=1,2 А повлияло на то, что плотность тока анофореза была равна j_cp=60 А/м². После достижения силой тока величины I=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 I=1,2 А.The positive potential on the wire was raised until the anaphoresis current reached the calculated value of I = 1.2 A. The achievement of the current value of I = 1.2 A affected the anophoresis current density was j _cp = 60 A / m ² . After reaching a current strength of I = 1.2 A, the value of the positive potential on the wire stopped changing. This setting of modes is carried out once. Subsequently, when the positive pole of the source of constant stabilized current source 2 was connected to wire 20, current source 2 always provided a stable anophoresis current of I = 1.2 A.

Исходя из заданной толщины эмаль-изоляции 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·с) и плотности тока анофореза j=6 мА/см²=6×10^-3×10⁴=60 А/м², определяли время t анофореза по формулеBased on a given thickness of the enamel insulation d = 20 × 10 ^-6 m, enamel density ρ = 2.5 × 10 ³ kg / m ³ , the output of the dry residue by current k = 8.33 × 10 ^-5 kg / (A · c) and anophoresis current density j = 6 mA / cm ² = 6 × 10 ^-3 × 10 ⁴ = 60 A / m ² , the anophoresis time t was determined by the formula

Было изготовлено два эмалированных провода диаметром D=0,67 мм и толщиной d эмаль-изоляции, равной 20 мкм: один - по способу-прототипу, а другой - по заявляемому способу.Two enameled wires with a diameter of D = 0.67 mm and a thickness d of enamel insulation equal to 20 μm were made: one according to the prototype method, and the other according to the claimed method.

Эмаль-изоляцию изготовленных проводов по способу-прототипу и по заявляемому способу подвергали проверке на электрическую прочность и теплопроводность. 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 3800 В и 4200 В.The enamel insulation of the manufactured wires according to the prototype method and according to the claimed method was tested for electric strength and thermal conductivity. To determine the breakdown voltage of the enamel layer, the test sample of wire 0.5 m long was straightened, folded in half and evenly twisted. The loop at the bend of the wire was cut, and its ends were parted. An alternating current voltage of 50 Hz was applied to the ends of the twisted sample, and the voltage was gradually increased from zero to breakdown for 30 s. The tests were carried out for 20 twists for both the wire made by the prototype method and the wire made by the claimed method. Then, according to the test results, the average breakdown voltages were calculated. They turned out to be equal to 3800 V and 4200 V.

Исследования теплопроводности электрофоретически осажденных пленок проводили на приборе LFA447 при температуре 25°С. Оказалось, что теплопроводность эмаль-изоляции, полученной по способу-прототипу, была равна 0,2 Вт/(м·К), тогда как теплопроводность пленки, полученной по заявляемому способу составляла 0,5 Вт/(м·К).Investigations of the thermal conductivity of electrophoretically deposited films were carried out on an LFA447 instrument at a temperature of 25 ° C. It turned out that the thermal conductivity of the enamel insulation obtained by the prototype method was 0.2 W / (m · K), while the thermal conductivity of the film obtained by the claimed method was 0.5 W / (m · K).

Таким образом, преимущества заявляемого способа по сравнению со способом-прототипом следующие:Thus, the advantages of the proposed method in comparison with the prototype method are as follows:

- электрическая прочность эмаль-изоляции, нанесенной на проволоку по заявляемому способу, на 10% выше, чем электрическая прочность эмаль-изоляции, нанесенной на проволоку по способу-прототипу;- the electric strength of the enamel insulation deposited on the wire by the present method is 10% higher than the electric strength of the enamel insulation deposited on the wire according to the prototype method;

- теплопроводность эмаль-изоляции, нанесенной на проволоку по заявляемому способу, в 2,5 раза выше, чем электрическая прочность эмаль-изоляции, нанесенной на проволоку по способу-прототипу.- the thermal conductivity of the enamel insulation deposited on the wire by the present method is 2.5 times higher than the electrical strength of the enamel insulation deposited on the wire according to the prototype method.

Источники информацииInformation sources

1. Производство кабелей и проводов: Учебник для техникумов / Н.И. Белоусов, Р.М. Лакерник, Э.Т. Ларина и др.; Под ред. Н.И. Белоусова и И.Б. Пешкова. - М.: Энергоиздат, 1981. - С. 314-319.1. Production of cables and wires: Textbook for technical schools / N.I. Belousov, R.M. Lakernik, E.T. Larina et al .; Ed. N.I. Belousova and I.B. Peshkova. - M .: Energoizdat, 1981. - S. 314-319.

2. Пешков И.К. Обмоточные провода. - М.: Энергоиздат, 1988, с. 113.2. Peshkov I.K. Winding wires. - M.: Energoizdat, 1988, p. 113.

3. Патент РФ №2460161 по заявке №2011108150. Способ изготовления эмалированных проводов). Заявл. 02.03.2011. Опубликовано 27.08.2012, Бюл. №24. Г.В. Смирнов, Д.Г. Смирнов (прототип).3. RF patent No. 2460161 for application No. 2011108150. A method of manufacturing enameled wires). Claim 03/02/2011. Posted on 08.27.2012, Bull. Number 24. G.V. Smirnov, D.G. Smirnov (prototype).

4. Смирнов Г.В. Надежность изоляции обмоток электротехнических изделий._ Томск: Изд-во Томского университета, 1990. - 192 с.4. Smirnov G.V. Reliability of insulation of windings of electrical products._ Tomsk: Publishing house of Tomsk University, 1990. - 192 p.

5). http://postnauka.ru/faq/39530.5). http://postnauka.ru/faq/39530.

6). http://scientific.ru/joumal/news/n291101b.html.6). http://scientific.ru/joumal/news/n291101b.html.

Claims

A method of manufacturing enameled wires, including applying an enamel insulation to a wire with anaphoresis at a current density j lying in the range of 2 ÷ 10 mA / cm ² , followed by applying heat to the wire with enamel insulation, and when applying the enamel film, immerse a portion of the moving wire the length of L in the electrophoretic composition, poured into the enamel unit, stop the wire, feed on it a positive potential relative to the grounded casing of the enamel insulation application unit, the value of which provides the anophoresis current I is equal to I = πDLj, where D is the wire diameter, m, and at the indicated current value I, an enamel insulation film is deposited onto a section of wire immersed in the electrophoretic composition for a time t determined by the expression

where p is the density of the enamel, kg / m ³ , d is the thickness of the enamel insulation, m, k is the current output of the dry residue, kg / (A · s), then after time t the wire is moved to a length equal to L, the wire is stopped again and at the aforementioned current value I of anophoresis during the aforementioned time t, an enamel insulation film is electrodeposited onto a subsequent section of wire of length L, this alternating process is continued until the enameling process is completed, characterized in that electrophoretic coating is used when applying enamel insulation AB, consisting of the following components in parts by weight .:
polyglycerol ethylene terephthalate resin (TC-1 resin) 46.0-48.0 45-50% polybutyl titanate in xylene 1.4-1.7 diethylene glycol 0.1-5.0 xylenol 51.6-53.0 solvent 9.3-19.0 dioxane (C ₄ H ₈ O ₂ ) 64-70 1% ammonia (1% NH ₄ OH) 22-24 boron nitride nanotubes 10-12,

moreover, the said electrophoretic composition is preliminarily prepared in a lacquer apparatus equipped with a heating jacket and a disk mixer, into which the above xylene, solvent, polybutyl titanate, diethylene glycol, TC-1 resin and boron nitride nanotubes are loaded, the contents are heated to 100 ÷ 110 ° С and produce constant stirring until the resin is completely dissolved within 1 ÷ 1.5 hours, cool the prepared mixture to 40 ÷ 50 ° C, add dioxane, 1% ammonia in it, continuing mixing obtained the mixture for 0.5 ÷ 1.0 hours, then filtered and the resulting electrophoretic composition is poured into enamel unit.