Физико-механические показатели изделий из стекловолокнитов

Стекловолокниты с улучшенными механическими показателями [разрушающее напряжение при растяжении до 700 МН/м² (700 кгс/см²), ударная вязкость свыше 300 кДж/м² (кгс·см/см²)] могут быть получены при использовании в качестве связующих феноло-фурфуроло-формальдегид­ных олигомеров. Высокие физико-механические показатели имеют стекловолокниты, в которых связующим являются феноло-формальдегидные резолы, совмещенные с поливинилбутиралем. Улучшенными диэлектрическими свойствами отличаются стекловолокниты на основе феноло-анили­но-формальдегидных связующих.

Стекловолокниты перерабатывают в изделия методами компрессионного и литьевого прессования. Выбор метода определяется габаритами и конфигурацией изделия. Так, механические свойства стекловолокнитов в изделиях вследствии ориентации волокон при заполнении формы материалом могут существенно отличаться от данных, полученных при испытании стандартных образцов, изготовленных методом прямого прессования. При литьевом прессовании, кроме того, присходит разрушение стекловолокон, что приводит к снижению прочностных характеристик стекловолокон в изделиях (иногда до 50%).

С целью удаления летучих продуктов из изделия, стабилизации размеров, физико-механических и электрических свойств, более полного отверждения связующего изделия подвергают дополнительной термообработке при 90 – 250˚С в течение 3 – 18 ч в зависимости от типа связующего.

Применение стекловолокнитов. Стекловолокниты широко применяют в различных отраслях промышленности для изготовления корпусов, приборов, крышек, силовых элементов конструкций, плат, катушек, щитков, колодок, изоляторов штепсельных разъемов, обтекателей антенн и т.д. Изделия конструкционного и электротехнического назначения, эксплуатируемые при температурах от –60 до 200˚С, изготавливают преимущественно из стекловолокнитов на основе «бесщелочных» алюмоборосиликатных стекловолокон и анилино-феноло-формальдегидного связующего. Для деталей теплозащитного назначения применяют стекловолокниты на основе кремнеземного волокна и феноло-формальдегидного связующего.

Волокнистые Ф. выпускают под следующими торговыми названиями: волокнит, АГ-4В, ДСВ, фаолит, ретинакс (Россия), хэйвег, индьюр (США), пресскотон, резиформ (Германия), эло, фарболит (Великобритания), фенопласт (Италия), геделит (Франция) и др.

Пресс-материалы с листовым наполнителем

Пресс-материалы с листовым наполнителем имеют обычно слоистую структуру, поэтому эти материалы называют слоистыми пластиками. В качестве связующего в производстве слоистых пластиков используют твердые ФФО резольного типа, водные эмульсии и водно-спиртовые растворы олигомеров. Наряду с феноло-формальдегидными олигомерами в производстве слоистых пластиков находят применение феноло-крезоло-формальдегидные, крезоло-формальдегидные и феноло-анилино-формальдегидные олигомеры, особенно в тех случаях, когда предъявляются повышенные требования к диэлектрическим свойствам. Для пропитки стеклянной ткани часто используют феноло-формальдегидные олигомеры, совмещенные с поливинилбутиралем. Такие полимеры обладают высокой адгезией к стеклянному волокну.

В зависимости от вида наполнителя различают следующие типы слоистых Ф.: на основе тканых и нетканых волокнистых полотен – текстолиты, асботекстолиты, стеклотекстолиты; на основе бумаги – гетинаксы; на основе шпона из волокон различной природы, в том числе древесного шпона – древесно-слоистые пластики (ДСП), а также стекловолокнистые анизотропные материалы (СВАМ).

Процессы производства слоистых пластиков с различными листовыми наполнителями имеют много общего и складываются, по существу, из одних и тех же (с некоторыми изменениями) технологических операций: подготовки исходных материалов, пропитки и сушки наполнителя и прессования пропитанного наполнителя или намотки с последующим прессованием. Метод прессования применяется для изготовления преимущественно плоских изделий: плит, блоков, брусков. Стержни, цилиндры, трубы и т. п. изготовляют методом намотки с последующим прессованием.

Слоистые пластики имеют высокие физико-механические показатели, а по механической прочности значительно превосходят все рассмотренные ранее пресс-материалы. Благодаря этому они широко применяются в самых различных отраслях техники, и особенно в радио- и электротехнике, машиностроении, химической промышленности и строительстве. Механическая прочность и другие физико-механические показатели слоистых пластиков зависят от вида связующего и его содержания, типа и толщины листов наполнителя, от его удельной прочности в обоих направлениях, способа нанесения связующего и метода переработки пропитанного листового материала.

Текстолиты – слоистые материалы, получаемые путем прессования уложенных правильными слоями тканых или нетканых полотен, пропитанных резольными олигомерами или их смесью.

Технология производстватекстолита. Процесс состоит из стадий подготовки, пропитки и сушки ткани, сборки и прессования пакетов. Пропитка и сушка осуществляются обычно в вертикальных пропиточно-сушильных машинах. В ванну машины заливают водно-спиртовой раствор олигомера с концентрацией не ниже 55%. Для равномерного высушивания пропитанной ткани температуру в сушильной камере повышают ступенчато от 60 до 140ºС. В ходе сушки помимо удаления летучих продуктов (спирт, вода, фенол, формальдегид и др.) происходит дальнейшая поликонденсация ФФО с частичным переходом их на последних ступенях сушки в резитол. Этот процесс обычно контролируют либо по содержанию летучих, либо по содержанию продуктов, экстрагируемых спиртом.

После сушки ткань разрезается на листы нужных размеров, длина и ширина которых определяются в соответствии с габаритами плит пресса. Из нарезанных листов ткани производят набор заготовок (пакетов) по наборным коэффициентам, определяющим число слоев ткани, необходимое для образования 1 мм толщины отпрессованного текстолита (например, для бязи – 4 – 6, а для шифона – 6 – 8).

Пакеты пропитанной ткани загружают между плитами гидравлического пресса, нагретыми до температуры не выше 40˚С. По окончании загрузки создается давление 3 – 7 МН/м2(30 – 70 кгс/см2) и материал прогревается до температуры прессования. Максимальное давление прессования определяется прочностью наполнителя. Для хлопчатобумажных тканей оно составляет около 10 МН/м2(100 кгс/см²). Дальнейшее увеличение давления может привести к разрушению структуры ткани и резкому снижению прочности текстолита.

Прогрев до температуры прессования не должен быть слишком быстрым, чтобы обеспечить равномерное нагревание материала по толщине. Время, необходимое для прогрева, определяется из расчета 1 мин на 1 мм толщины прессуемого материала. Поддерживаемая во время выдержки температура 150 – 165ºС обеспечивает оптимальную скорость отверждения резольных олигомеров. После окончания выдержки материал охлаждают в прессе под давлением до 40ºС и ниже, после чего давление уменьшают до атмосферного и готовый текстолит выгружают из пресса. Листы толщиной до 6 мм обрезают гильотинными ножницами, а более толстые - на фрезерных станках.

Свойства и применение текстолитов. Свойства текстолитов зависят от соотношения олигомера и наполнителя. При одном и том же содержании связующего прочность материала тем больше, чем тоньше ткань (см. табл 3.22). По мере увеличения содержания олигомера сверх определенного предела, необходимого для склеивания листов ткани в монолит, прочность текстолита снижается. Для большинства слоистых пластиков максимальная прочность соответствует содержанию связующего около 30%. Однако в текстолитах содержание связующего, как уже указывалось, значительно выше. Это объясняется тем, что при низком содержании связующего возникает необходимость в увеличении давления при прессовании, ухудшаются водостойкость и химическая стойкость материала. Кроме того, высокое содержание ткани в текстолите приводит к удорожанию материала.

Благодаря высоким физико-механическим показателям, масло-бензостойкости и относительно высокой водостойкости текстолиты широко применяются в машиностроении для изготовления деталей узлов трения, а также крупных конструционных деталей (шкивы, ступицы, зубчатые калеса, прокладочные кольца, шестерни, вкладыши подшипников и др.) Текстолитовые вкладыши подшипников для металлургических прокатных станов успешно заменяют бронзовые и служат в несколько раз дольше. Текстолитовые шестерни бесшумны в работе, для них не требуется специальной смазки (в качестве смазки можно использовать воду или водную эмульсию). При работе в паре с металлическими шестерни из текстолита меньше изнашиваются.

Для снижения коэффициента трения и истираемости текстолита, а также для повышения его теплопроводности в состав раствора олигомера, используемого для пропитки ткани, вводят графит.

Из фенольных графитопластов изготовляют антифрикционные детали, а также аппараты и детали, работающие в агрессивных средах.

Наряду с поделочными текстолитами большое значение имеют конструкционные текстолиты электротехнического назначения.

Таблица 3.22.