CC BY
37
УДК 517.925
Гарнова А.В, Машкова С.С., Костромина Н.В.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ТЕКСТОЛИТА НА ОСНОВЕ ФЕНОЛФОРМАЛЬДЕГИДНЫХ СМОЛ
Гарнова Анна Валерьевна, студентка 1 курса магистратуры кафедры технологии переработки пластмасс, e-mail: annagarnova777@mail.ru;
Машкова Сабина Сабировна, студентка 3 курса бакалавриата кафедры технологии переработки пластмасс, e-mail: sabinamarieee@gmail.com;
Костромина Наталья Васильевна, к.т.н., доцент, доцент кафедры технологии переработки пластмасс, e-mail: nkostromina@muctr.ru;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева; Россия, 125047, г. Москва, Миусская пл., д. 9.
Среди пластических масс особое место занимают слоистые пластики. Широкий ассортимент используемых в их производстве связующих и наполнителей позволяет благодаря различным сочетаниям этих основных компонентов получать разнообразные материалы с весьма ценными техническими характеристиками. В исследовании рассмотрены технологические особенности производства текстолита на основе фенолформальдегидных, смол влияние технологических параметров на свойства изделий.
Ключевые слова: слоистые пластики, текстолит, фенолформальдегидные смолы, технические характеристики.
TECHNOLOGICAL FEATURES OF TEXTOLITE PRODUCTION ON THE BASIS OF PHENOLFORMALDEHYDE RESINS
Garnova A.V., Mashkova S.S., Kostromina N.V.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Among plastics, layered plastics occupy a special place. The wide range of binders and fillers used in their production makes it possible, through various combinations of these basic components, to obtain various materials with very valuable technical characteristics. The study examined the technological features of the production of PCB based on phenolformaldehyde resins, the influence of technological parameters on the properties ofproducts.
Keywords: laminates, textolite, phenol-formaldehyde resins, technical characteristics.
Слоистые пластики эффективно используются в различных отраслях народного хозяйства. Их производство и области применения постоянно расширяются. В то же время, несмотря на разнообразие свойств и областей применения, все эти материалы объединены общим технологическим процессом. Слоистые пластики - это материалы, изготовленные методом горячего прессования предварительно пропитанных синтетическими смолами и уложенных правильными слоями полотен ткани, бумаги, шпона. Они предназначены для получения изделий с применением механической обработки и выпускаются в виде листов толщиной до 8 мм, плит от 8 мм, трубок, цилиндров и т.д. Слоистые пластики выпускаются промышленностью в виде листовых или рулонных, цилиндрических и профильных материалов, из которых затем, главным образом механической обработкой, изготавливают детали электрических машин и аппаратов. Слоистые полимерные материалы можно структурировать следующим образом (таблица 1).
Таблица 1. Классификация слоистых пластиков
Вид слоистого пластика Примененный наполнитель
Гетинакс Пропиточная бумага
Бумажно-бакелитовые изделия Намоточная бумага
Древесно -слоистый пластик Древесный шпон
Текстолит Х/б ткань или ткань из синтетич.волокон
Асбогетинакс Асбестовая бумага
Асботекстолит Асбестовая ткань
Стеклогетинакс Стеклянная бумага или стекл.войлок
Стеклотекстолит Стекл.ткань или стекловолокнистый материал
Слоистые пластики отличаются тем, что применяемый в них наполнитель расположен параллельными слоями. Такая структура обусловливает высокие механические
характеристики материала, а использование в производстве слоистых пластиков различных полимерных связующих позволяет получить
материалы с высокими эксплуатационными показателями.
В качестве связующих для слоистых пластиков используются различные высокомолекулярные соединения, главным образом термореактивные, т. е. такие, которые под влиянием нагревания или соответствующих добавок, отверждаются, теряя растворимость и способность к текучести и пластической деформации при повышенных температурах. В подавляющем большинстве случаев для изготовления традиционных слоистых пластиков электроизоляционного, конструкционного и декоративного назначения применяются фенолальдегидные и аминоальдегидные,
эпоксидные и полиэфирные смолы,
кремнийорганические полимеры, а также различные модификации перечисленных соединений или композиции на их основе. Фенолоальдегидные смолы применяются в основном в производстве «классических» видов слоистых пластиков на основе бумаги и хлопчатобумажной ткани - гетинакса и текстолита [1].
Следует указать на ряд недостатков спиртового метода пропитки и лакировки наполнителей. Важнейшие из которых заключаются в следующем.
- Весь спирт, затрачиваемый на растворение бакелитовой смолы до рабочей концентрации, в процессе сушки пропитанных наполнителей в шахтной части машины при испарении безвозвратно теряется. Потери эти составляют до 2000 литров спирта на тонну готовых изделий.
- Увеличение скорости пропитки и, следовательно, повышение производительности машин связаны с повышением расхода спирта и себестоимости продукции.
- На испарение спирта расходуется значительное количество тепла. Кроме того, пары растворителя, находясь непосредственно в зонах сушки наполнителя, ухудшают условия сушки, в результате чего при изготовлении некоторых сортов изделий повышенного качества часто вызывается необходимость дополнительной термообработки пропитанных основ перед их прессованием.
- После сушки пропитанных основ в последних (в ряде случаев) остается некоторое количество спирта и его тяжелых частей (сивушные масла), которые помимо ухудшения качества продукции иногда приводят к слипанию слоев пропитанных основ в рулонах при их хранении.
- Применение легколетучего растворителя (этилового спирта) создает огне- и взрывоопасность производства и вызывает необходимость сооружения отдельных зданий для пропиточных цехов со взрывобезопасным электрооборудованием.
Слоистые пластики цилиндрической формы могут быть изготовлены из предварительно лакированного или пропитанного и высушенного наполнителя (сухой способ), или пропитка наполнителя может производиться в процессе изготовления изделия (мокрый способ).
Намоткой можно изготовлять изделия разных диаметров с разными толщинами стенок и длинами,
а также изделия прямоугольного сечения. Однако, в последнем случае получаются изделия с ухудшенными свойствами в углах. К тому же не представляется возможным не только сделать углы острыми, но и требуются довольно большие радиусы закругления.
В производстве слоистых электроизоляционных материалов участки бакелизации (пропитки) -наполнителей обычно выделяются в самостоятельные цеха с оснащением их установками, действующими по принципу непрерывного процесса. Эти процессы имеют весьма большое значение; свойства бакелизированных наполнителей определяют качество готовых изделий
[2, 3].
Для пропитки наполнителей был использован способ, основанный на использовании различных бакелитовых смол (марок ИФ и ИК), предварительно растворенных в этиловом спирте до требуемой концентрации. Пропитка наполнителей такими растворами производится на сдвоенных вертикальных пропиточных машинах.
Рулоны ткани перед пропиткой подвергаются подсушке путем выдержки их в специальных камерах при температуре 30 - 40 °С в течение 4 - 6 суток. Полотно ткани поступает с установленной скоростью в ванну с лаком и далее поднимается вверх в сушильную шахту. Излишек лака, нанесенный в ванне на ткань, под влиянием собственного веса стекает обратно в ванну. Пропитанное полотно, проходя через сушильную шахту, поступает на верхний перевальный валик и затем опускается вниз, переходя через ведущий валик на приемный механизм машины, где сматывается в рулон.
Каждая сторона пропиточной машины может действовать самостоятельно путем включения или отключения приводных механизмов. Все летучие продукты, которые выделяются в процессе сушки (пары спирта, свободный фенол), удаляются через верхнюю часть шахты в атмосферу. Чтобы нанести на полотно заданное количество твердой бакелитовой смолы, спиртовый лак подготавливали такой концентрации, которая обеспечивала после испарения растворителя в сушильной части машины требуемое количество твердой смолы в пропитанном наполнителе. Обычно концентрация лакового раствора колебалась в пределах 28 - 35% для пропитки различных основ.
Если ранее при пользовании спиртовыми бакелитовыми лаками, имеющими весьма жидкую консистенцию, процесс пропитки основ проходил относительно просто путем пропускания бумаги или ткани через ванны с лаком, после чего пропитанные основы поступали в сушильную часть шахтной машины, то бесспиртовые жидкие смолы, обладающие значительно большей вязкостью, без применения специальных дополнительных приспособлений не могли обеспечить равномерности пропитки и требуемого процентного содержания смолы в бумаге или ткани.
Кратковременные испытания механических свойств слоистых пластиков не отражают условий их эксплуатации и не дают достаточной информации о работоспособности этих материалов. Гораздо более полной характеристикой в данном случае является долговременная прочность или долговечность слоистых пластиков - время, в течение которого образец выдерживает длительную нагрузку, а затем разрушается. При длительном нагружении материала происходит значительное понижение его прочности, которое зависит от типа наполнителя и связующего. Долговременная прочность зависит также от условий испытания -температуры, среды и других факторов. С увеличением температуры испытания она уменьшается. Увлажнение материала или погружение его в воду также снижает его долговременную прочность.
Работоспособность материала может выражаться также числом циклов при статическом и динамическом нагружении, которое материал выдерживает до его разрушения (выносливость материала). Разрушение слоистых пластиков при приложении повторно-переменных напряжений связано, по-видимому, с тем, что в результате внутреннего трения в материале возникают и постепенно расширяются трещины, ослабляющие его вплоть до разрушения. При этом высокая исходная прочность материала не всегда является обязательным условием высокой стойкости его к повторному нагружению.
При приложении повторно-переменных напряжений к слоистым пластикам наблюдается несовпадение линий разгрузки и нагружения по диаграмме напряжение-относительная деформация и кривая деформации приобретает вид петли, называемой «петлей гистерезиса». Площадь этой петли характеризует количество энергии, поглощаемой материалом за каждый цикл нагружения и разгрузки.
В результате многократных деформаций происходит значительный разогрев образца. Особенно сильно (на 50-75 °С выше температуры окружающей среды) образец разогревается при симметричной изгибающей нагрузке.
Весьма важный вопрос - стабильность свойств материала в условиях эксплуатации и хранения. От этого зависит надежная работоспособность конструкционных, электроизоляционных и теплоизоляционных деталей, изготовленных из слоистых пластиков. Результаты исследований свойств текстолитов марок ПТК и Ав процессе длительного хранения до 10 лет в условиях отапливаемого склада, а также при температуре до 50 X показали хорошую стабильность их физико-механических и диэлектрических свойств. Аналогичные результаты были получены для текстолита ПТК, предварительно пропитанного
веретенным маслом. Длительное пребывание текстолита в атмосфере с 95±3% относительной влажности воздуха при температурах 20, 50, 80°С приводит к некоторому ухудшению свойств и набуханию, которое, достигая максимума (до 4,7%), далее стабилизируется. При подсушивании (48 часов при 60°С) первоначальные свойства текстолита восстанавливаются. На этом основании сделан вывод о возможности эксплуатации деталей из текстолитов на воздухе с периодическим увеличением влажности до 98%, что в настоящее время является одним из очень часто предъявляемых требований. Предварительная пропитка веретенным маслом приблизительно в 1,5-2 раза уменьшает набухание образцов текстолита марки ПТК на воздухе с относительной влажностью до 95±3%, не ухудшая при этом физико-механических свойств материала. Износостойкость деталей, пропитанных веретенным маслом, значительно улучшается.
Физико-механические и диэлектрические показатели текстолита А практически не изменяются при выдерживании его в компрессорном масле при 20±5°С в течение 3 лет и при 100^ в течение 180 суток. Применение этого текстолита в качестве электроизоляционных втулок и прокладок обеспечивает надежную работоспособность холодильных компрессоров в течение 30000 ч.
Проведенные исследования свойств текстолитов и деталей из них устанавливают возможность эксплуатации деталей из текстолита марок А и ПТК в течение длительного периода времени как на воздухе с повышенной относительной влажностью, так и в компрессорном масле без заметного изменения физико-механических и диэлектрических свойств деталей. При применении текстолитов для деталей с трущимися поверхностями необходимо рекомендовать предварительную пропитку их индустриальными маслами.
Список литературы
1. Грищенкова В.А., Бухаров С.В., Лебедев А.К., Шаповалова Е.И. Разработка термопластичных текстолитов многофункционального назначения и технологии их производства // Физика волокнистых материалов: структура, свойства, наукоемкие технологии и материалы (SMARTEX). - 2016. - № 11. - С. 76-81.
2. Воронин М.Ф., Алов В.А. Текстолит: настоящее и будущее / В сборнике: Шестьдесят девятая всероссийская научно-техническая конференция студентов, магистрантов и аспирантов высших учебных заведений с международным участием. -Ярославль: Ярославский государственный технический университет. - 2016. - С. 825-828.
3. Аракелян А.Г. Получение и применение текстолита // Тенденции развития науки и образования. - 2018. - № 38-4. - С. 32-33.
