Вулканизированная фибра

Вулканизированная фибра

ВУЛКАНИЗОВАННАЯ ФИБРА, электро- и теплоизоляционный слоистый материал, применяющийся также в машиностроительной и поделочной промышленности. Вулканизированная фибра выделывается из наращиваемой слоями бумаги, желатинированной с помощью солей, и выпускается в продажу в виде листов (поверхность которых, по Швальбе, может быть увеличиваема почти безгранично), палок и трубок. Вулканизированная фибра заменяет до известной степени кожу, мягкий и твердый каучуки, роговое дерево, а в некоторых применениях и металл. Вулканизированная фибра производится двух родов: твердая (рогоподобная) и мягкая (кожеподобная). Все вулканизированные фибры вырабатываются сходным процессом, но в зависимости от исходного сырья и деталей производства весьма различаются по качеству. На рынок они поступают под названиями: твердая фибра, вулканизованная фибра, вулканфибра, роговая фибра, египетская фибра, вулканизованное папье-маше, летероид, летербумага, электрик-пирлес, диэлектрик-дилевер, диэлектрик даймонд, растительная фибра, красная фибра, ройтероид, конденсит, целорон, дурит, дуратдерматит, пасколин, амалит, дисфико, рыбья бумага, фибероид, виллесденова бумага, гволлева фибра, фибра высшего сорта и т. д.

Официальная английская инструкция 1923 г. для испытания вулканизированной фибры, применяемой в электротехнике (ERA), установила основные сорта вулканизированной фибры (см. табл.).

Сорта вулканизированной фибры

Первоначально вулканизированная фибра вырабатывалась исключительно в США, и лишь значительно позже европейская промышленность научилась производить вулканизированную фибру высшего качества. Причина этой задержки заключается в секретах, касающихся подробностей процесса производства вулканизированной фибры, хотя общие основания его весьма несложны. Эти подробности и теперь в значительной мере скрываются заводами. Сущность процесса состоит в гидролизировании и поверхностной желатинизации (пергаментировании, неправильно называемом «вулканизацией») волокон целлюлозы при помощи раствора хлористого цинка (Т. Тейлор - 1859 год), роданистого кальция (А. Дюбоск - 1905 г., Уильямс - 1921 год), двойной азотнокислой соли меди и аммония (Виллесден), серной кислоты и других соединений, причем целлюлоза переходит в амилоид. Желатинирующую ванну заводчики называют иногда «кислотой», и это название подает мысль о кислотном характере вулканизированной фибры, тогда как он, скорее, основной. Предлагали для желатинизации также растворы хлористого магния, кальция, алюминия, олова, с последующею обработкой азотной кислотой. При нагреве и небольшом давлении набухшие волокна склеиваются, образуя однородную массу волокнистой структуры, и, по весьма тщательном, но осторожном, вымывании солей, дают упругий, чрезвычайно прочный, нерасщепляющийся материал, обладающий электро- и теплоизоляционными свойствами, хорошо обрабатываемый различными приемами, стойкий в отношении жиров, растительных и минеральных масел, растворов нейтральных солей и слабых кислот и не разрушающийся ни холодной, ни кипящей водой. Наилучшим исходным сырьем для производства вулканизированной фибры считается тряпичная бумага, выделанная из старого хлопчатобумажного тряпья, так как новая хлопковая бумага не дает вулканизированную фибру высшего качества.

Для вулканизированной фибры менее ответственного назначения в настоящее время применяется новая хлопковая бумага, и даже древесная масса. Желатинирующая ванна из 76%-ного раствора хлористого цинка д. б. нагрета до 27—100°. Гранмужен рекомендует раствор в 72° Вé (удельный вес 1,85), при 45°. По сообщениям Гофмана, на 1 кг бумаги требуется 4 кг концентрированного раствора хлористого цинка, но часть последнего м. б. регенерирована. Бумага из ванны наматывается на большие барабаны до наращения потребной толщины, затем срезается с барабанов и проходит через ряд ванн, содержащих растворы хлористого цинка уменьшающейся крепости; когда содержание его в бумаге доведено до 0,15%, начинается вымывание дистиллированной водой. Весь процесс промывки длится, в зависимости от толщины листов, от 6 дней до 12 месяцев; при толщине около 6 мм требуется 3—4 недели, а при толщине 5 см - от 6 до 8 мес. По окончании промывки вулканизированная фибра просушивается при 40— 60°, прессуется и каландрируется. Многочисленными опытами установлена важность тщательного и длительного просушивания вулканизированной фибры. Палки вулканизированной фибры вырабатывают навивкой желатинированной бумаги на стержень квадратного сечения, а трубки - навивкой на валы. Окраску обычно делают окисью железа или анилиновыми красками, однако от применения последних ухудшаются электроизоляционные свойства вулканизированной фибры. Усадка вулканизированной фибры при сушке и отделке достигает 50%. В случае применения роданистого кальция вместо хлористого цинка требуются растворы с температурой кипения между 135 и 150°, а желатинизацию целлюлозы ведут при 80—100°; растворы иной концентрации, большей или меньшей, не оказывают желаемого действия. Вулканизированная фибра нуждается после изготовления в тщательном хранении; рекомендуется температура, несколько превосходящая комнатную, и влажность в 60—65%, причем пластины помещают стоймя, на ребро, и отделяют одну от другой. В случае надобности мягкость вулканизированной фибры может быть увеличена пропиткой фибры глицерином. Обработка листов вулканизированной фибры, согласно патенту Томаса Ойе (Оуе), дает гибкий и мягкий материал, напоминающий кожу. Процесс Ойе состоит в пропитке уже готовой вулканизированной фибры, толщиной 1—6 мм, водным раствором хлористого цинка (при подогреве), полной просушке и вторичной пропитке (на холоде) водно-масляной эмульсией, например, из сульфированного касторового масла («турецкое красное масло»), а затем (тоже на холоде) животными или растительными жирами. После этого с поверхности тщательно удаляют избыток масла, и вулканизированную фибру погружают в водный раствор жидкого стекла или же в расплавленный парафин, избыток которого также снимают с поверхности фибры. Существуют и другие многочисленные процессы обработки вулканизированной фибры, например, пропитка бакелитовым лаком для сообщения водонепроницаемости, битуминозными веществами и т. д. Из продуктов обработки вулканизированной фибры замечателен летероид (lеаtheroid), способный во влажном состоянии подвергаться прессовке и формовке, так что отдельные части его спаиваются между собой без постороннего клея. Сорта дерматин и сходные с ним дурит и дурат содержат «перчу гум», фибру, серу, сернистую сурьму, окись железа, асбест, квасцы, окиси цинка и сернистого цинка, углекислый аммоний и представляют стойкий в отношении нагрева, холода, сухости, влаги, жиров и кислот материал. Наконец, следует отметить композицию В. Штрейтцига для распределительных досок и вообще изолирующих пластин, изготовляемую из порошкообразной вулканизированной фибры с цементом. В некоторых случаях поверхность вулканизированной фибры покрывают («облагораживают») лаком. Для склейки вулканизированной фибры рекомендуется клей: 60 ч. асфальта сплавляют с 18 ч. каменноугольного дегтя и затем разбавляют 25 частями бензола: клей в горячем виде наносится на пластины, которые затем выдерживают под сильным давлением.

Свойства вулканизированной фибры. Химический состав вулканизированной фибры характеризуется следующими данными: амилоида 93—85%; воды 6,4—12%; нерастворимых солей (Sn, Si, Fe, Al, Zn, Cu, Mg) 0,6—3%. Удельный вес готового продукта 1,1—1,48, а высших сортов 1,3—1,5. Вулканизированная фибра сильно поглощает воду: за 24 ч. - от 25 до 70%. Красная вулканизированная фибра за 19 дней поглощает 62 объемных % воды, увеличиваясь в объеме на 51%, а за 34 дня поглощает 76 объемных % воды, увеличиваясь в объеме на 61%. Набухание диска вулканизированной фибры, толщиной 10 мм и диаметром 36 мм, в зависимости от времени пребывания в воде, представлено, по Бауману, на фиг. 1, причем кривая (а) относится к возрастанию толщины, а кривые (б) и (в) - к возрастанию продольного и поперечного диаметров (см. ниже).

Набухание диска вулканизированной фибры, толщиной 10 мм и диаметром 36 мм, в зависимости от времени пребывания в воде

Вода при 60° поглощается вулканизированной фиброй гораздо быстрее, чем холодная, но общее количество поглощенной воды и увеличение объема при 60° меньше, чем при обыкновенной температуре. Поглощая воду, вулканизированная фибра размягчается и при высыхании коробится; так же действует и пар. Воспламеняется вулканизированная фибра нелегко; при высокой температуре обугливается и становится хрупкой; активное сгорание начинается при температуре около 343°. Светом вулканизированная фибра не разрушается. Вода, ацетон, алкоголь, водный аммиак, сероуглерод, бензол, эфир, бензин, скипидар и озон не оказывают на вулканизированную фибру остающегося действия; минеральные и растительные масла слегка поглощаются ею; слабые кислоты и щелочи вызывают набухание, а затем разъедание вулканизированной фибры, тогда как крепкие кислоты и щелочи производят быстрое распадение волокон. Характеристики вулканизированной фибры весьма зависят от ее влажности, так что значения их м. б. указываемы лишь примерно.

Пробойное напряжение просушенной твердой фибры, в зависимости от толщины

Так, для красной вулканизированной фибры удельное объемное электрическое сопротивление при 18° около 5х109 Ом∙см; диэлектрический коэффициент 3,5—4,5 (летероид); угол диэлектрических потерь 3°; диэлектрическая крепость красной вулканизированной фибры примерно 5 kV/мм, а летероида – 10 kV/мм, причем пробойное напряжение просушенной твердой фибры, в зависимости от толщины, представлено, по Гендриксу, на фиг. 2, а зависимость диэлектрической крепости на пробой от температуры, для черной вулканизированной фибры различной толщины, представлена кривыми на фиг. 3, по Ивсу (Eves).

Зависимость диэлектрической крепости на пробой от температуры, для черной вулканизированной фибры различной толщины

Наконец, фиг. 4 показывает зависимость пробойной крепости роговой фибры от толщины материала, по Рейнеру (Rayner), причем кривая (а) относится к роговой фибре, обработанной изоляционной эмалью («электроэнемель»), кривая (б) - к фибре, дважды проваренной в льняном масле, а кривая (в) - к фибре необработанной.

Зависимость пробойной крепости роговой фибры от толщины материала, по Рейнеру (Rayner)

Коэффициент термического расширения вулканизированной фибры 27х10–7, а теплопроводность при 50° от 2,1х10–3 до 3,3х10–3 J см–2ск–1, т. е. от 50х10–6 до 79x10–5 cal см–2ск–1. Различные свойства вулканизированной фибры, предназначенной для электротехнического применения, представлены на фиг. 5, по А. Монкгаузу, в виде функций толщины слоя вулканизированной фибры, причем кривая (а) относится к удельному весу; (б) - к прочности на разрез, (в) - к прочности на разрыв в продольном направлении и (г) - к прочности на разрыв в поперечном направлении, в кг/см2; (д) - к насыщению воды (в %) по прошествии 24 часов при 15°; (е) - к электрической крепости при 90° (в V/мм).

Различные свойства вулканизированной фибры, предназначенной для электротехнического применения

В виду различий в способе производства тонкой и толстой вулканизированной фибры кривые для той и другой не смыкаются или имеют различный ход. Пунктиром (на фиг. 5) показаны кривые, соответствующие применению процесса производства тонкой вулканизированной фибры к толстой.

Испытание. Вулканизированная фибра - вещество анизотропное; необходимо при испытаниях вулканизированной фибры различать направления: продольное (параллельное перемещению материала в процессе его производства), поперечное (нормальное к первому и параллельное поверхности материала) и перпендикулярное (нормальное к продольному и поперечному). Испытание вулканизированной фибры для электротехнических применений, согласно упомянутой выше инструкции (ERA), состоит: 1) в изготовлении стандартных образцов, просушиваемых при 75—80° в продолжение 18—24 часов; в последующих измерениях, 2) толщины, 3) плотности, 4) сопротивления растяжению, продольного удлинения и поперечного сжатия при постоянной нагрузке, 5) сопротивления сжатию и сокращения при постоянной нагрузке, 6) сопротивлений на сдвиг и на разрыв, 7) сцепления между листами (испытание на расщеп), 8) сопротивления на изгиб, 9) гибкости (испытание на перегиб) в различные моменты: после изготовления образцов, после прогрева их в течение 48 ч. при 105—110° и после проварки в масле в течение 48 ч. при 115— 120°, 10) диэлектрической крепости, 11) объемного электрического сопротивления в разных условиях влажности, 12) поверхностного электрического сопротивления, 13) внутреннего электрического сопротивления (между гнездами, высверленными в образце); образцы подвергают также испытаниям, 14) на коробление, искривление и вздутие после пребывания в атмосфере влажностью в 75% в течение 18—24 ч., в сушке в течение 48 ч. при 105—110°, после проварки в масле в течение 120 часов при 105—110° и после нахождения в струе пара при 105—110° в течение 6 ч., 15) на обрабатываемость, 16) на химическую нейтральность, 17) на отсутствие проводящих частиц и скважин, 18) на действие масла в течение 7 дней при 105—110°, 19) на поглощение воды в течение суток и 6 суток (поглощение иногда оценивается по разным направлениям) и 20) на пригодность вулканизированной фибры к закреплению обмоток. Указания стандартных образцов, над которыми должны производиться испытания, нормальные способы производства испытаний и испытательные аппараты содержатся в инструкции (ERA).

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 4 - 1928 г.