Способы получения слоистых пластмасс

Слоистые пластики: свойства и применение

В системах изоляции сложных устройств и конструкций, к которым предъявляются повышенные эксплуатационные требования, используют специальные композитные материалы. Как правило, это не универсальные, а узкоспециализированные изделия, ориентированные на работу в экстремальных тепловых и влажностных условиях. К таким изоляторам относят следующие слоистые пластики: гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, а также их модификации. Благодаря сочетанию прочностных и теплоизоляционных качеств такие композиты могут применяться в ответственных по назначению конструкциях, устройствах и приборах.

Применение слоистых пластиков

Спектр областей использования таких полимеров весьма разнообразен. Это и станкостроение, и авиационная техника, и производственные отрасли, а также строительство и химическая промышленность. Всюду, где требуется использование электротехнической изоляции, применяют материалы такого рода. При этом нельзя говорить об их универсальности. Отмечается широкий диапазон модификаций, в которых представлены слоистые пластики. Применение каждой версии состава ориентируется на конкретную сферу. Например, гетинакс подходит для изготовления недорогих компонентов в электротехнических приборах, а древесно-слоистые материалы благодаря жесткой структуре используются в технических механизмах. Довольно обширна область применения текстолита, которая охватывает и электротехническую промышленность, и нефтехимические комплексы, а также мелкое приборостроение.

Из чего производят слоистые пластики?

Слоистый пластик представляет собой композиционный материал, в основе которого — полимерное связующее вещество. Для укрепления функциональной базы также применяют послойно расположенное армирующее наполнение. Иными словами, слоистые пластики – это комбинация из двух основных компонентов, представленных связующим и наполнителем. В качестве первого ингредиента используются смолы синтетического происхождения. Это могут быть полиэфирные, эпоксидные, феноло-формальдегидные и другие вещества. Также распространено применение полимеров, среди которых — кремнийорганические и фторопластовые материалы. Что касается наполнения, то эту задачу может выполнять традиционное сырье в виде асбестовых и целлюлозных бумажных волокон.

Характеристики слоистых пластиков

В классическом исполнении слоистый пластик представляет собой листовой материал, который укладывается по типу обычных облицовочных панелей. Реже встречаются тканевые разновидности. По толщине листы могут составлять от 0,4 до 50 мм, в зависимости от разновидности и состава изолятора. Также разнообразны размеры по длине и ширине. Стандартная панель стеклотекстолита, к примеру, в среднем имеет параметры 1200х1000 мм. Рабочие качества, которыми обладают слоистые пластики, выражаются способностью выдерживать разные температурные режимы. Опять же, средний коридор для типового пластика такого рода варьируется от -60°С до 120°С. При условии включения дополнительных модификаторов этот диапазон может расширяться.

Свойства стеклотекстолита

Эксплуатационные качества данного пластика определяются его составом, в который входит несколько пластов стеклоткани, склеивающихся по технологии горячего прессования. Связующим в данном случае выступает термореактивный эпоксифенольный компонент. К базовым свойствам, которыми наделяются слоистые пластики этого типа, можно отнести высокую теплостойкость, защищенность от негативных воздействий влажности и механическую прочность. Кроме того, в отличие от многих композитов, стеклотекстолит является экологически безвредным материалом, что расширяет область его применения. Также его привлекательности на рынке способствуют повышенные диэлектрические качества и долговечность.

Свойства гетинакса

Еще одна распространенная вариация слоистого пластика, которая используется в качестве электроизоляционного материала. Рабочие свойства этого композита определяет бумажная основа, обработанная смесью из фенольных или эпоксидных смол.

Данный пластик не может похвастаться сочетанием таких качеств, как механическая стойкость и способность справляться с экстремальными температурами. Тем не менее податливая в плане обработки основа позволяет формировать печатные платы любых размеров. Кроме того, это самые дешевые слоистые пластики, что и обусловило их широкое распространение в приборостроении. Из такого материала, в частности, выпускают штампованные компоненты для технического обеспечения низковольтной бытовой аппаратуры.

Свойства текстолита

Материал формируется из хлопчатобумажных тканей посредством горячего прессования с добавлением термореактивных связующих фенолформальдегидной группы. Именно применение тканевой основы обеспечило текстолиту высокую прочность при сжатии, а также ударную вязкость. Основа легко поддается обработке путем сверления, резке и штамповке. Это качество материала обусловило его применение в производстве технологических элементов, которые пребывают под действием электрических и механических нагрузок.

При этом существует несколько категорий, на которые разделяются товарные слоистые пластики. Свойства первой категории выражаются в виде повышенной электрической изоляции, что позволяет применять материал и в воздушной среде, и в трансформаторном масле. Вторая категория отличается повышенными механическими качествами, поэтому из пластика этой группы чаще изготавливают детали, на которые оказываются физические нагрузки. Существуют и специальные модификации текстолита, рассчитанные на применение в условиях повышенных температур.

Свойства древесно-слоистых пластиков

Главным конструкционным отличием изоляционных материалов этого типа является использование в качестве наполнителя древесной основы. В частности, композит дополняется листами лущеного шпона толщиной порядка 0,3-0,6 мм. С полимерами природный материал связывается посредством резольных синтетических смол. В итоге комбинированный материал обретает улучшенные антифрикционные свойства, устойчивость к агрессивным средам и даже абразивам, которым не могут противостоять другие слоистые пластики.

Свойства, применение и эксплуатационные требования в данном случае обуславливаются сочетанием целого комплекса характеристик. Выражаются рабочие качества материала не только физической защищенностью, но и влагостойкостью, диэлектрическими качествами, а также сохранением стабильности при сверхнизкой температуре на уровне -250 °С. Что касается использования, то древесно-слоистые материалы успешно интегрируются в механизмы узлов трения, подшипники скольжения, гидротехнические затворы и другие технические системы.

Заключение

Современные композиты изначально разрабатывались с целью получения высокопрочных материалов, которые могли бы заменить некоторые металлические сплавы. В итоге строительная сфера смогла обрести альтернативу традиционной арматуре в виде стеклопластиковых стержней. В свою очередь, слоистые пластики стали неплохой заменой традиционным изоляторам. Они не используются там, где принято укладывать минеральную вату или пробковые панели, но специализированные ниши, в которых недостаточно характеристик обычных средств такого типа, активно осваивают новые слоистые полимеры. Впрочем, не исключено и будущее вхождение таких изоляторов в сегмент бытового использования. Во всяком случае, экологическая безвредность стеклотекстолита этому может поспособствовать.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Получение — слоистый пластик

Получение слоистых пластиков на основе акриловых смол, как и на основе полиэфирных, возможно двумя методами: контактным без давления и отверждением под давлением. [1]

Для получения слоистых пластиков на основе стеклоткани пользуются как обычными методами пропитки на пропиточно-сушильных агрегатах, так и нанесением смолы на стеклоткань путем распыления водных растворов смол или другими методами поверхностной обработки. [2]

Для получения слоистых пластиков листовые заготовки, состоящие из ряда слоев ткани или др. материалов, пропитанных смолами, подвергают полимеризации на этажных прессах, снабженных обогреваемыми плитами. [3]

Для получения слоистых пластиков на основе стеклоткани пользуются как обычными методами пропитки на пропиточно-сушильных агрегатах, так и нанесением смолы на стеклоткань путем распыления водных растворов смол или другими методами поверхностной обработки. [4]

Для получения слоистых пластиков метилметакрилат подвергается сополимеризации с ненасыщенными полиэфирами. [5]

Для получения прозрачных слоистых пластиков формование следует проводить при давлениях, указанных выше. Все обогреваемые лабораторные гидравлические прессы пригодны для этой цели. Если пресса в лаборатории нет, можно использовать тиски ( см. раздел 2.4.2.1) с парой стальных пластин ( никелированных), которые нагревают до 140 С. [6]

Для получения намоточных слоистых пластиков было сконструировано простое намоточное оборудование. [8]

Технология получения слоистых пластиков на основе мелами-ноформальдегидной смолы более проста. Однако у таких смол много недостатков, затрудняющих их применение. Раствор обычной меламиновой смолы, полученной путем конденсации меламина с формалином в щелочной среде при мольном соотношении 1: 2 — 1: 3, имеет ограниченную стойкость и должен быть использован тотчас после приготовления. Из-за этого его нельзя перевозить на большие расстояния и лучше всего производить на ( месте, где изготавливаются слоистые пластики. Способ получения этих смол аналогичен способу получения смол для пресс-материалов. Немодифицированные меламиновые смолы поставляют обычно в виде сухого порошка, который перед употреблением следует растворить в воде. [9]

Технологический процесс получения слоистого пластика складывается из операций: 1) пропитка основы на специальных пропиточных машинах; 2) последующая сушка пропитанного материала при повышенной температуре; 3) прессование высушенного и сложенного в многослойные пакеты пропитанного листового материала при определенном температурном режиме и при различных давлениях. [10]

Непременным условием получения слоистых пластиков высокого качества является применение исходных материалов, полностью соответствующих требованиям ГОСТов и ТУ. [11]

Важным условием получения слоистых пластиков высокого качества является соблюдение всех норм технологического процесса. [12]

Полиэфиры используются для получения слоистых пластиков , в то время как такие мономеры, как стирол или метилметакрилат, быть использованы в этих целях. [13]

Описан сухой метод получения слоистых пластиков . Этот метод, основанный на прессовании предварительно пропитанных и высушенных тканей в прессах низкого давления при повышенной температуре, используется главным образом для изготовления труб и плит. В промышленном масштабе пропитка и сушка ткани осуществляются непрерывным способом на пропиточных машинах с сушильными камерами. При этом в качестве связующего используется эпоксидная смола ( твердого типа) с отвердителем, действующим только при повышенной температуре, и летучим растворителем. [14]

Фенолформальдегидные смолы применяют для получения слоистых пластиков . [15]

Источник

Оборудование для производства пенопласта

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЛОИСТЫХ ПЛАСТИКОВ

Слоистые пластики выпускаются в форме листов (толщиной 0,5—2 мм), пластин (толщиной 2—8 мм), плит (толщиной более 8 мм), которые используются самостоятельно и для изго­товления из них изделий методом механической обработки. Про­цесс производства слоистых пластиков состоит нз следующих стадий: подготовка сырья; пропитка и сушка наполнителя; сбор­ка и прессование пакетов; обрезка кромок.

Подготовка сырья заключается в приготовлении раст­воров связующего определенной концентрации, а также сшива­нии ткани и сматывании ее в рулоны.

Рис 11.14. Схему 4)луч1Ч1нк hi еи’к.’шилаггиков плоских ,uicти»:

t — рулон vп*кл*эналй«1-и1’Гогм наполнится: -—пропиточная iuiNitu. •* ^иимн’.л* пали.■»■; •/’ обогревательная кямера — i — нож -,кики стеклопластиком

Различные виды обработки ткани, применяемые в текстиль­ном промышленности, отрицательно влияю; на свойства слоис­тых пластиков. Например, отбеливание снижает прочность, шлихтовка затрудняет пропитку тканей связующим, что также снижает их прочность. Поэтому предпочтительно использовать необработанные ткани, а шлихтованные ткани подвергать рас­шлихтовке, т. е. удалять из них клеящие вещества.

Для производства текстаитов применяют растворы феноль­ных смол резол ьного типа при содержании их не ниже 55%. а для производства стеклотекстолита — клеи БФ и БФТ при со­держании их 26—35%

Пропитка и сушка наполнители осуществляются в пропиточно-сушильных агрегатах вертикального или горизон­тального типа. Для пропитки тканей применяют обычно верти­кальные машины, которые состоят из пропиточной ванны и су­шильной шахты. Вспомогательными устройствами в этой маши­не являются тяговые приспособления и воздушно-вентиляцион­ное устройство. Обычно применяют сдвоенные машины с одно­временной пропиткой и сушкой двух полотнищ ткани.

Раствор связующего заливают в ванну, снабженную обогре­вающей рубашкой для регулирования вязкости связующего п шестеренчатым насосом для циркуляции связующего между наипой и напорной емкостью.

Ткань с рулонов подается в ванну, где пропускается через пару направляющих валиков, погруженных в раствор связую­щего. Пройдя слой пропиточного раствора, ткань через систему отжимных валиков, регулирующих содержание связующего, по­ступает в сушильную камеру. Сушильная шахта прямоугольного сечения площадью 4 мг и высотой 12 м изготовлена нз листовой стали, покрытой теплоизоляцией. Внутри шахты расположены вертикальные трубы, обогреваемые паром. Кроме того,’имеется наружный калорифер, через который в шахту подается горячий воздух. Для равномерного высушивания пропитанной ткани тем­пература в сушильной камере повышается ступенчато (снизу вверх). Обычно в камере создается три зоны, в каждой нз ко­торых поддерживается свой температурный режим. Для тексто — литов: нижняя зона — около 80 °С, средняя—от 100 до 110ЯС. верхняя—от 130 до 140°С; для стеклопластиков — соответст­венно 60—90, 80—125 и 80—130 °С. Скорость воздуха составляет примерно 4 м/с. С цслыо экономии энергозатрат и создания более мягкого режима сушки осуществляют рециркуляцию воз — духа.

Скорость движения ткани регулируется с помощью коробки скоростей. При изготовлении текстолита она должна быть равна около 30 м/мин. Пропитка стеклянных тканей осуществляется без отжимной системы, а сушка их происходит при меньших скоростях движения. Это объясняется тем, что для пропитки стеклянных тканей используются клен, которые применяются в более низких концентрациях, чем фенольные смолы, и которые значительно медленнее переходят в стадию резитола. В процес­се сушки не только идет удаление летучих веществ (спирта, воды, фенола, формальдегида и др.), но и протекает реакции поликонденсации.

Контроль процесса пропитки можно осуществлять по содер­жанию в ткани летучих веществ и содержанию в спирте экстра­гируемых продуктов. Содержание летучих веществ в ткани в конце сушки должно составлять 2—4% (в зависимости от типа ткани н ее назначения). Летучие вещества в процессе сушки улавливаются и поступают на рекуперацию, что дает возмож­ность повторно использовать ценное сырье.

По выходе из шахты пропитанная и высушенная ткань оги­бает верхние валики, проходит натяжные валики и либо нама­тывается в рулоны, либо разрезается ножом па листы нужных размеров.

Сборка и прессование пакетов. Па специаль­ном столе листы пропитанной ткани укладываются в пакеты. Число листов в пакете определяет толщину готовой плиты. На­бор пакетов производится по наборным коэффициентам. Набор­ный коэффициент равен числу слоев ткани, необходимому для образования 1 мм толщины отпрессованного слоистого пластика.

Значение наборного коэффициента зависит от типа пропитанной ткани и содержания связующего. Для хлопчатобумажных тка­ней этот коэффициент имеет следующие значения: панка — от 3 до 4 листов, бязь — от 4 до б, миткаль —от 6 до 8 листов.

Пакеты укладываются с помощью подъемного стола и толка­теля па плиты этажного гидравлического пресса, нагретые до температуры не выше 40 °С. После окончания загрузки внутрь плит пресса подают обогревающий пар и смыкают их, созда­вая давление на пакеты 7—10 МПа. При нагревании связую­щее, которым пропитана ткань, размягчается, склеивает отдель­ные листы между собой и в конце процесса прессования пере ходит в резит. Оптимальная температура при прессовании тек­столита составляет около 160°С, стеклотекстолита—140- !50СС. При более высоких температурах может происходит вытекание смолы, а при более низких—удлиняется процесс прессования.

Необходимо также поддерживать оптимальное давление прессования, повышая его постепенно, так как при высоких дав­лениях может происходить разрыв ткани и потери связующего за счет выжима, а при пониженных давлениях ослабляется прочность склеивания листов и, следовательно, ухудшаются фи­зико-механические показатели слоистого пластика. Максималь­ное давление прессования определяется прочностью наполните­ля. Так, для слоистых пластиков па основе хлопчатобумажных тканей оно составляет 10—12 МПа, а для стеклотекстолита вследствие хрупкости стеклянных волокон — 4,5—6,0 МПа.

Выдержка иод давлением в прессе определяется из расчета 3—5 мин на 1 мм толщины пластика для текстолита и около 10 мин — для стеклотекстолита. В производстве стеклотексто­лита в^лроцессс прессования применяют подпрессовки. После окончания выдержки под давлением материал охлаждают н прессе, не снимая давления, до 40″С и ниже, после чего давле­ние уменьшается до атмосферного и отпрессованные плиты вы­гружаются.

Прессование слоистых пластиков производят на этажных прессах. Для повышения производительности пресса целесооб­разно увеличение площади прессуемого материала. Поэтому прессы для листовых материалов выполняют с большим числом плит, расположенных одна над другой. Каждый промежуток между плитами образует один рабочий этаж. На рис. 11.15 представлен 13-этажный пресс-автомат. На прессе установлены два гидроцилиндра / с плунжерами 2 и подвижными поперечи­нами 3. Над каждой поперечиной укреплены этажные плиты •/. В стальных плитах имеются каналы для обогрева и охлажде­ния, к которым подводят теплоноситель (пар. горячую или хо­лодную воду). Пресс обслуживается камерами-этажерками для загрузки прессуемых пакетов и выгрузки листовых изделий.

Рнс. 11.15, Этажный пресс-автомат;

I — гндроиилннлр; 2 — плуижс. р; 3 — л од ли ж кая мст^чина •/ — ъгамньп* плиты

Обрезка кромок листов толщиной до 6 мм производится гильотинными ножницами, а более толстых (плит)—на фрезер­ных станках.

Описанная технологическая схема производства слоистых пластиков представлена на рнс. 11.16.

Рис. 11.16. Технологическая схема производства слоистых пластиков;

I — напорный бак дли связующего; 2 — напорный баи дли растворители; 3 рулоны исходной ткани. У —пропиточная нянин; — сушильная шахта: ; 8. У- направляющие аалккн; 7 — отжимные валики; 10 — рудой прочитанной ткани; И — стол для набора ■лп — кетов; 12 — этажный Пресс: 13 — станок для обрезки плит

11.4. СВОЙСТВА И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АРМИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Свойства армированных пластиков зависят от свойств компо­нентов, их соотношения характера взаимодействия на границе раздела наполнитель — связующее. Прн текстильной переработ­ке элементарных волокон и нитей, а также при изготовлении бумаги, матов, холстов прочность их снижается в результате частичного разрушения. Высокопрочные композиты получаются в том случае, если относительное удлинение при разрыве связу­ющего больше пли равно относительному удлинению при раз­рыве наполнителя, что обеспечивает прочность пластиков и. рн работе изделий Это условие соблюдается для стекло — и асбо­пластиков. пластиков на основе борного волокна, углепластиков н не выдерживается в случае использования хлопчатобумажных и синтетических волокон в качестве наполнителя и связующих имеющих жесткую трехмерную структуру. Кроме того, для до­стижения максимальной прочности армированных пластиков наполнитель должен иметь такую форму сечения, прн которой обеспечивается наилучшее заполнение объема пластика напол­нителем при полном смачивании его полимером. Отвержденное связующее должно обладать также максимальной прочностью При отверждении связующего вблизи поверхности раздела волокно — полимер развиваются напряжения вследствие разно­сти температурных коэффициентов расширения наполнителя и связующего, а также за счет усадки при отверждении полимера. Эти напряжения в отдельных случаях могут достигать значи­тельных величин, и в результате сдвига возможно появление расслоений, трещин н даже разрушение волокна. Чем меньше модуль упругости полимера при прочих равных условиях, тех: ниже напряжения. Г1рн использовании коротковолокнистых на­полнителей напряжения сравнительно невелики, а следователь­но, увеличивается прочность связи волокно — связующее. По­вышению прочности связи способствует также специальная под­готовка поверхности волокна, удаление замасливателя, воска п жира, термохимическая обработка и т. д

Наличие армирующего наполнителя обусловливает структур­ную анизотропию композиционных материалов, которая наибо­лее четко выражена у слоистых пластиков и изделий из них, я также у материалов, полученных методом намотки элементар­ного волокна, пряжи, жгуга или нити. В результате у армиро­ванных материалов наблюдается слабое сопротивление попереч­ному отрыву и невысокая прочность при сдвиге, а также раз­личие в значениях показателей свойств вдоль и поперек расположения волокон. (Это особенно характерно для показа­телен прочности при сжатии и растяжении текстолитов.) У во

окинутых пластиков, армированных дискретными волокнами, анизотропия свойств практически отсутствует.

Наибольшую прочность при статическом изгибе имеют стек — ло — и асбопластики. Усталостная прочность армированных поли­мерных материалов несколько ниже, чем металлов, что объяс­няется гетерогенной структурой пластиков, в которой возможно наличие дефектов. На механические свойства армированных материалов влияют также условия эксплуатации. Высокой тер­мостойкостью и способностью длительно работать при повышен­ных температурах обладают пластики на основе кварцевых, кремнеземных, асбестовых и угольных волокон, а также ните­видных кристаллов — оксидов, нитридов, карбидов некоторых металлов

Хорошие электроизоляционные и радиотехнические свойства имеют гетииаксы и стеклопластики. Наиболее стабильны эти свойства у стеклопластиков на основе кремнийоргаиических оли­гомеров и лолиимидов. Наибольшей стойкостью к абляции об­ладают армированные пластики па основе фенольных смол н гетероцнклических пол и меров.

Некоторые композиты имеют хорошие антифрикционные свойства (например, текстолит, древесно-слоистые пластики) пли, наоборот, хорошие фрикционные свойства (например, ас­бопластики. у которых коэффициент трения без смазки состав.’нет 0,3—0,4).

Широкий диапазон свойств армированных полимерных мате­риалов и разнообразные технологические возможности перера-

Тиб. шца I 1.И. Прочностные свойства некоторых армированных пластиков* и металлов

Источник