تاریخچه پیدایش سیم لاکی:
یک افسانه مشهور آلمانی حکایت می کند که دختری آلمانی توانست با رشته های حصیر طلا ببافد و از این طریق به مال و مکنت فراوان دست یابد. این حکایت بعضاً در مورد سیم لاکی نیز صادق است. در برخی موارد سیم لاکی از طلا هم گرانتر و با اهمیت تر است. تقریباً در اکثر موارد، کاربرد سیم لاکی در تولید میدان مغناطیسی است.
در سال 1831 فارادی- فیزیکدان انگلیسی- کشف کرد که با حرکت یک آهنربا در داخل سیم پیچ، جریانی در آن ایجاد یا القا میشود. وی در یادداشت های روزانه خود در تاریخ 29 اوت 1831 نوشت که لایه های سیم پیچ را با نوارهای پارچه ای از یکدیگر جدا کرده است. این هادی های با دست پیچیده شده و حجیم، برای آزمایش کفایت می نمودند ولی برای مقاصد تجاری غیر قابل قبول بودند.
در واقع از ابتدای گسترش الکتروتکنیک در اواخر قرن گذشته، سیم های قابل استفاده در سیم پیچی یا همان «سیم مگنت» از اهمیت زیادی برخوردار بوده اند. بر همین اساس واژه «مگنت وایر» (اصطلاح آمریکایی) رساتر از «وایندینگ وایر» (اصطلاح انگلیسی) به نظر می رسد. در آن زمان هادی ها را فقط با بافتن پنبه، کاغذ یا ابریشم طبیعی عایق می کردند. به دلیل جذب رطوبت زیاد این مواد عایق، می بایست بوبین تهیه شده را ابتدا کاملاً خشک نموده و بعد چندین بار با مواد ضد رطوبت تلقیح می کردند. تا سال 1900 سیم های سیم پیچی ها تماماً به همین ترتیب تهیه می شدند. بعدها جهت کاهش حجم بوبین ها و ایجاد مقاومت بیشتر در برابر رطوبت، سیم ها را در موادی بر پایه لاک های طبیعی فرو می بردند. تا سال 1915 این لاک های طبیعی عمدتاً بر پایه “بیتومن” و “روغن های خشک کن” تولید می شدند. معرفی روغن چوب، تحول مهمی در لاک های تلقیحی ایجاد کرد چرا که پیوندهای دوگانه، یک در میان موجود در ساختمان شیمیایی آن، باعث پلیمریزاسیون سریع لاک در اثر جذب اکسیژن در برابر گرما می شد.
با پیشرفت علم و بمنظور کاهش حجم بوبین ها و ایجاد مقاومت در برابر رطوبت، عایق سیم ها بر پایه پلی آمیدهای خطی که دارای استحکام و انعطاف پذیری بالایی بودند، تولید شدند. در اثر اینکار عایق سیم ها در اثر پیچیده شدن، پوسته پوسته نمی شدند. امروزه عمل لاک زنی با استفاده از روش حلالی انجام می گیرد. در این روش، پلیمرهای محلی در حلال های آلی روی سیم لخت با ضخامت مورد نظر کشیده شده و پس از تبخیر حلال، فیلم تشکیل شده روی سیم، پلیمریزه، سخت و تثبیت می شود. هم اینک می دانیم که از کوچک ترین موتورهای الکتریکی گرفته تا پیچیده ترین ابزارها و ادوات صنعتی، وابستگی اجتناب ناپذیر و گسترده ای به سیم لاکی دارند و اصولاً هرگونه تبدیل نیروی الکتریکی به مکانیکی و برعکس آن بدون استفاده از سیم لاکی که عنصر اصلی ایجاد میدان مغناطیسی است مشکل به نظر می رسد. از این منظر می توان این محصول را یک محصول استراتژیک نامید.
مهمترین فلزی که از آن در ساخت هادی سیم لاکی استفاده می شود مس است. امروزه سایر فلزات مانند آلومینیوم، نقره و … را نیز با لاک عایق الکتریسته پوشش داده و از آن ها در صنایع خاص مانند صنایع نظامی، تجهیزات پزشکی و غیره استفاده می کنند. مقطع سیم لاکی نیز می تواند گرد و تخت باشد. اما متداول ترین نوع مقطع سیم لاکی، گرد است. عایق های الکتریکی به کار رفته در ساخت سیم لاکی نیز انواع مختلفی دارند که بر اساس کلاس حرارتی دسته بندی می شوند. کلاس حرارتی نشان می دهد که در طول مدت استفاده از سیم، درجه حرارت آن از چه مقداری بالاتر نرود. لاک های عایق معمولاً به صورت مایع هستند که پس از پوشش دهی بر روی سیم با روشهای خاص به وسیله حرارت در کوره های لاک زنی پلیمریزه شده و به صورت روکشی جامد، صیقلی و یکنواخت بر روی سطح سیم می چسبند. روشهای پوشش دهی لاک بر روی سیم نیز یا به وسیله قالبهای خاص انجام می شود و یا به وسیله نمد که مورد اخیر برای سیم لاکی با قطرهای کمتر از 20.0 استفاده می شود.
مشخصات عمومی و تخصصی سیم لاکی:
فرآیند تولید سیم لاکی شامل مراحل زیر است:
- رساندن قطر سیم به اندازه مورد نیاز
- پوشاندن سیم به وسیله لاک با ضخامت مورد نظر
- تثبیت لاک به نحوی که خواص مورد نیاز را در طول زمان سرویس دهی حفظ کند
- کنترل فرآیند و کیفیت تولید
- مرحله اول تولید سیم لاکی در ماشین های کشش انجام می گیرد. به این ترتیب که مفتول با قطر اولیه پس از عبور از حدیده های ماشین کشش، طی چند مرحله به قطر مورد نیاز می رسد.
مرحله نهایی کشش می تواند به صورت “در خط” با مرحله لاک زنی انجام شود که مزیت اصلی آن بالا بردن کیفیت سیم و مزایای جنبی آن به حداقل رساندن ذخیره سیم های مختلف و کاهش قیمت تمام شده می باشد. لاکی زنی با استفاده از روشهای مختلف امکان پذیر است. روش اصلی و کاملاً معمول لاک زنی، روش پوشش حلالی است. در این روش پلیمرهای محلی در حلال های آلی روی سیم لخت با ضخامت مورد نظر کشیده شده و پس از تبخیر حلال، فیلم تشکیل شده روی سیم پخته، سخت و تثبیت می گردند. از آنجا که عمل تبخیر حلال می بایست در حین عبور سیم در سرعت های معمول فرآیند صورت گیرد، لذا ضخامت مورد نیاز را طی یک مرحله اعمال نمی کنند بلکه هر بار یک لایه نازک روی سیم می کشند و بعد از پخت و تثبیت شدن آن، لایه بعدی را روی آن می کشند. این عمل ممکن است چند بار تکرار شود تا ضخامت مورد نظر حاصل گردد.
بسته به قطر سیم، از ماشین های افقی یا عمودی لاک زنی استقاده می شود. ماشین های عمودی برای سیم های با ضخامت بیشتر و ماشین های افقی، برای سیم های با ضخامت کمتر مورد استفاده قرار می گیرند. پس از این مرحله، سیم وارد “آنیلر” می شود. در این قسمت با ایجاد دمای مناسب، کریستالیزاسیون مجدد دانه های مس صورت می گیرد و از سختی و مقامت الکتریکی مس کاسته می شود. ضمناً با ایجاد شرایط محیطی لازم، مثلاً با استفاده از بخار آب، از اکسیداسیون مس جلوگیری بعمل می آید. سپس سیم نرم شده وارد قسمت لاک زنی می شود. دراین بخش، ضخامت روکش لاک در ماشین های افقی به وسیله نمد یا حدیده و در ماشین های عمودی به وسیله حدیده کنترل می گردد. پس از این مرحله، سیم آغشته به لاک وارد کوره بادمای 450 درجه سانتی گراد و بالاتر می گردد. شکل زیر شمای درون کوره را نشان می دهد.
ساختار یک ماشین سیم لاکی
در ناحیه اول، حلال پلیمر تبخیر می شود. با عبور بخار حلال از قسمت کاتالیزور، گازهای سمی ناشی از تبخیر حلال، اکسید می شوند. ضمن اینکه بخشی از حرارت ناشی از اکسیداسیون حلال، دوباره از روی سیم عبور داده می شود تا قسمتی از انرژی مورد نیاز برای تشکیل شبکه پلیمری در ناحیه دوم را تأمین کند. سیم های لاکی از نظر ساختمان می توانند تک لایه از یک نوع لاک با درجه بندی مختلف ضخامت یا دو لایه از دو نوع لاک مختلف و یا سه لایه از سه نوع لاک تشکیل شوند.
لایه های مختلف یک سیم لاکی
سیم های لاکی با پوشش خود چسب در واقع نوعی از همان سیم های لاکی دو لایه و سه لایه هستند. لیکن بمنظور ثابت نگه داشتن فرم سیم پیچی و جلوگیری از تکان خوردن سیم ها و نیز افزایش مقاومت آنها در برابر رطوبت و غیره، معمولاً آنها را با لاک های تلقیحی می پوشانند. در مورد سیم پیچ هایی که شکل خاصی دارند و در معرض لرزش قرار دارند، از لاک هایی با روکش خود چسب که نیازی به تلقیح ماده دیگری ندارند، استفاده می شود. این چسبندگی می تواند به وسیله :
- حرارت دادن سیم پیچ (حرارت ناشی از عبور جریان برق) Resistance bonding
- قرار دادن سیم پیچ در کوره Heat bonding
- چسبندگی به وسیله حلال Solvent bonding
به دست آید.