Обеспечение качественного покрытия эмалированных проводов путём контроля уровня вязкости

Авторы и источники / Правообладателям

Независимо от областей применения обмоточных проводов необходимо очень строго контролировать качество эмалированного покрытия для того, чтобы обеспечить требуемые диэлектрические свойства. В большинстве случаев эмалирование проволоки осуществлялось методом погружения. При использовании этой технологии проволока проходит через ванну с лаком, а затем через металлические оправки для удаления излишков лака.

При этом могут использоваться оправки со специальными калибрующими отверстиями для проволоки различных диаметров или с рядом канавок, высотой которых регулируется количество раствора полимера, наносимого на проволоку. При различных рецептурах эмаль-лака наносится несколько слоёв покрытия за несколько проходов проволоки через ванну с лаком, а между этими проходами проволока поступает в эмаль-печь для сушки или отверждения покрытия.

От правильного выбора технологического режима и параметров процесса эмалирования зависит стабильность толщины изоляции и, следовательно, электрические и механические характеристики готового эмалированного провода. В связи с этим необходимо строго контролировать определённые переменные параметры технологического процесса, такие как температура (не только раствора, но и окружающей среды), влажность окружающей среды, процентное соотношение твёрдых частиц / растворителей в смеси. Например, изменения температуры окружающей среды могут вызвать испарение растворителей в покрытии, что приведёт к увеличению затрат на растворители и окажет влияние на толщину покрытия и период времени, требующийся на его сушку.

Наложение плёночного покрытия соответствующей толщины – самая ответственная часть операции эмалирования. Равномерная толщина плёнки зависит от концентрации находящихся в твёрдом состоянии частиц в рецептуре жидкого лака. Путём измерения сопротивления текучести можно соответствующим образом коррелировать вязкость с молекулярной концентрацией плёночного покрытия. Поскольку многие проблемы при нанесении покрытия связаны со смешиванием или испарением, измерение вязкости не в реальном режиме времени (вне технологической линии) не целесообразно.

Постоянное измерение в режиме реального времени и управление вязкостью помогает производителям эмалированных проводов получать требуемую толщину плёночного покрытия. Специалисты компании Cambridge Viscosity Inc. (г. Медфорд, штат Массачусетс, США) рассмотрели различные подходы к этой проблеме и обсудили различные методы контроля вязкости покрытия эмаль проводов.

1.    Один из основных подходов к управлению вязкостью изоляционного покрытия заключается в проведении испытаний off-line. Покрытие изымается из процесса и направляется в лабораторию, где вязкость измеряется при помощи вискозиметра. В связи с тем, что результаты измерения вязкости во многом зависят от температуры, такая лаборатория часто представляет собой помещение с контролируемой окружающей средой. Тем не менее, некоторые клиенты компании  Cambridge Viscosity, пользовавшие тестирование в  off-line режиме, считают этот метод не эффективным, приводящим к большим уровням отходов из-за несоответствия требованиям качества в период между проведением лабораторных анализов, а также к вынужденным остановкам технологической линии.

2.    Второй подход к проверке вязкости изоляционного покрытия предусматривает измерение вязкости покрытия путём помещения определённого объёма жидкого лака в воронку, через отверстие в которой он вытекает, а время вытекания фиксируется, и в зависимости от этого времени определяется степень вязкости. Многие компании считают, что этот метод имеет ряд недостатков (это не постоянный процесс измерения, существует зависимость от состояния воронки, температура не измеряется и поэтому не учитывается влияние температуры на степень вязкости, результаты измерения также получаются различными у разных лаборантов).

3.    Следующий метод, проверенный одним из крупнейших производителей обмоточных проводов в Азии, основан на использовании лопастного датчика для мониторинга вязкости эмалевого покрытия. В системе с перемещением лопасти скорость поворота лопасти используется в качестве меры вязкости жидкого лака. К сожалению, лопастной датчик оказался не очень точным. Скорость лопасти может зависеть от вязкости жидкости, но она также находится под влиянием других факторов, например, уровень жидкости может иметь значение. При падении уровня жидкости датчик указывал на снижение степени вязкости даже, когда она не изменялась. Если, с другой стороны, происходило испарение растворителя, и уровень жидкого лака снижался, датчик мог показывать, что с вязкостью всё в порядке даже, когда всё было не так. Неправильные результаты могут приводить к проблемам качества или отбраковке качественного изделия.

4.    Более точный, стабильный и надёжный подход к управлению вязкостью изоляционного покрытия предусматривает установку встроенного в линию вискозиметра. На рынке имеется большой ассортимент вискозиметров, отличающихся друг от друга по нескольким важным аспектам:

• TCV-Temperature Compensated Viscosity - многие приборы не рассчитаны на выполнение измерений температуры, и поэтому не пригодны для определения вязкости с компенсацией температурного воздействия (TCV). 
• Надёжность – некоторые приборы не самоочищающиеся и требуют регулярного и внепланового техобслуживания
• Размер – небольшой размер является преимуществом и упрощает установку и обслуживание.

Одной из самых сложных проблем при выполнении операций по наложению покрытий на проволоку является контроль температуры раствора лака. На производственном предприятии достаточно трудно точно контролировать окружающие условия, поэтому отклонения температурного режима встречаются довольно часто. При этом даже самые незначительные отклонения температуры могут вызвать изменения вязкости, даже если состав жидкого материала остался постоянным. TCV- это математическое представление вязкости, которой мог бы обладать раствор, если бы его температура была на заданном уровне. Применение вискозиметров с функцией TCV даёт возможность устранить старую проблему, связанную с влиянием отклонений температуры на вязкость (все вискозиметры компании Cambridge Viscosity оснащены функцией TCV). Например, вискозиметры серии VISCOpro имеют встроенную в датчик систему мониторинга температуры покрытия в постоянном режиме. Информация выводится с датчика на процессор  VISCOproб который использует уникальный профиль температуры относительно вязкости жидкости для расчёта вязкости при фиксированной контрольной температуре. Этот метод измерения и контроля обеспечивает отражение в данных по вязкости только изменений в составе жидкости, в результате на конечный продукт наносится плёнка постоянной величины.

В приборе VISCOpro 2000, выпускаемом компанией Cambridge Viscosity, TCV используется как управляющая переменная. Это устройство может хранить в памяти до 1000 точек данных и выдавать готовые контрольные данные для сопоставления вязкости и температуры покрытия. Это очень простая модель с только одной движущейся частью, поршнем из нержавеющей стали, который движется вперёд-назад в концевой части датчика под действием электромагнитного усилия от обмоток в корпусе датчика. Движению поршня препятствует вязкое сопротивление жидкости вокруг поршня. Чем более вязкая жидкость, или покрытие, тем медленнее перемещается поршень. Наличие одного поршня с электромагнитным приводом также важно для поддержания измерительной камеры в чистоте. В результате простая конструкция прибора обеспечивает значительное сокращение расходов на техническое обслуживание и повышение точности результатов измерения.

Вискозиметры VISCOpro 1600/SPL 311™ можно устанавливать непосредственно на линиях нанесения покрытий на проволоку. Сигналы от 4 до 20 мА для определения вязкости и температуры от каждого прибора можно посылать на контроллер, который, используя эти данные в качестве основы, поддерживает соответствующий уровень раствора в покрытии, при этом нейтрализуется эффект испарения и другие рабочие условия, которые могут вызвать отклонения в толщине покрытия. Вискозиметр может быть установлен между резервуаром с эмалью и аппликатором.

Не во всех существующих вискозиметрах используется один и тот же механизм действия. Приборы компании Cambridge Viscosity основаны на инновационной технологии датчика с качающимся поршнем и электромагнитными датчиками. Технологии вискозиметров – конкурентов включают конструкции с падающим поршнем, падающим шаром, стеклянной капиллярной трубкой, сифонной трубкой и конструкцией с вибратором. Преимущества измерения вязкости приборами компании Cambridge Viscosity на линии эмалирования:

• Небольшой размер – легко устанавливать даже в самые малые контуры технологической линии
• Самоочищающийся датчик – использование растворителя в жидкости покрытия обеспечивает очистку датчика во время процесса измерения, благодаря чему сокращаются незапланированные операции техобслуживания
• Встроенное определение температуры – датчик должен показывать температуру в аналоговой форме
• Компактная конструкция подходит для большинства существующих линий
• Приборы сертифицированы для применения в опасных зонах
• Калибровка не изменится со временем
• Интегрированная функция контроля TCV – важно для регулирования нормальных изменений температуры в режиме эксплуатации
• Многократные выходные сигналы – датчик должен показать температуру и TCV
• Точность, надёжность, повторяемость результатов.