2.5.3. Пресс-порошки

Пресс-порошки изготавливают в основном на основе фенолоальдегидных смол. Наибольшее практическое применение находят пресс-порошки с использованием ФФС. Кроме наполнителя и связующего в состав пресс-порошков входят отвердители, ускорители отверждения олигомера, смазывающие вещества, красители и различные специальные добавки.

Типичные рецептуры пресс-порошков [15]:

- перерабатываемых методом прессования, масс.ч.:

связующее – 42,8; древесная мука – 43,2; уротропин – 6,5; каолин, мумия или умбра – 4,4; нигразин спирторастворимый – 1,5; оксид кальция или магния – 0,9; стеарин или стеарат кальция – 0,7;

- перерабатываемых методом литья под давлением, масс.ч.:

связующее – 50,3; древесная мука – 29,0; уротропин – 7,5; каолин -5,0; мумия – 4,4; оксид кальция – 2,2; стеарин – 1,7.

Повышенное содержание связующего обеспечивает лучшую текучесть композиции. Кроме того, для повышения текучести композиции в процессе вальцевания в нее вводят фурфурол (3 масс.ч. на 100 масс.ч.).

Состав композиций, в зависимости от назначения, изменяется в широких пределах. Так, содержание связующего колеблется от 35 до 50%, оксидов кальция или магния - от 0,7 до 2,5%.

Связующее обеспечивает пропитку и соединение всех компонентов с созданием монолитного формоустойчивого материала при определенном давлении и температуре, а также определяет основные свойства материала.

Наполнители. Применяют минеральные и органические наполнители. Минеральные наполнители - это каолин, слюда, кварцевая мука, плавиковый гипат и другие, органические – древесная мука и ограниченно используют лигнин.

Наполнители, наряду со связующими, определяют механическую прочность, водо- и теплостойкость, диэлектрические свойства, химическую стойкость изделий.

Изделия, полученные из композиций, содержащих минеральные наполнители, имеют меньшие показатели физико-механических свойств, чем из наполненных органическими наполнителями пресс-порошков. Они могут перерабатываться при больших температурах, так как древесная му- ка при температуре 200^оС разлагается. Материалы с нужным комплексом свойств получают сочетанием наполнителей и связующих (термо- и реактопластов). Некоторые наполнители придают изделиям специфические свойства. Так, слюда обеспечивает изделиям дугостойкость, плавиковый шпат – теплостойкость; графит – полупроводниковые свойства.

Отвердители и ускорители отверждения. В производстве новолачных пресс-порошков в качестве отвердителя применяется гексаметилентетраамин (уротропин). Иногда его добавляют в небольших количествах для ускорения процесса отверждения резольных олигомеров. Оксиды кальция и магния также ускоряют процесс отверждения и, кроме того, повышают теплостойкость.

Смазывающие вещества. Улучшают текучесть и таблетируемость пресс-порошков и предотвращают прилипание изделий к форме в процессе переработки. В этом качестве используют стеараты металлов, например, стеараты кальция или цинка.

Красители. Используют оксиды металлов (NiO, СаS и PbCrO₄ – желтый цвет; Fe2O₃, CdSe, PbCrO₄ – красный; СоO – синий, Сr₂О₃, СоО – зеленый; TiO₂, ZnO, ВаО, ZnS – белый, сажа – черный); оксиды металлов характеризуются термо-, свето-, хемостойкостью, что обеспечивает устойчивость их в условиях переработки полимеров. Однако их сложно распределить в полимере. Кроме того, в качестве красителей применяют органические красители, в основном азо- или антрахиноновые красители. Вследствие хорошей их совместимости с полимерами окрашенные изделия имеют хороший внешний вид, блестящую поверхность, равномерно интенсивную окраску, сохраняют прозрачность. Однако велика их миграционная способность и окраски нестойки к действию растворителей. Используются также нерастворимые (фталоцианиновые, диоксазиновые) органические пигменты, а также лаки, получаемые осаждением красителей из их водных растворов. Они лучше распределяются в полимерах, чем неорганические пигменты (соли металлов), но они менее термостойки и выше их миграционная способность.

Способ получения пресс-порошков:

Применяют вальцовый или экструзионный способы [14]. Технологический процесс включает стадии: подготовки сырья, смешения компонентов и пластикации массы на вальцах или в экструдере; размола и стандартизации пресс-порошков, рис. 3.

В процессе пластикации наряду с гомогенизацией происходит поликонденсация олигомеров с частичным переходом их в стадию резитола. Температура в конце пластикации массы должна быть 130⁰С.

Пресс-порошки на основе крезолоформальдегидных олигомеров получают периодическим вальцеванием.

Экструзионный способ обеспечивает более высокое качество получаемых пресс-материалов за счет лучшей пропитки; улучшаются условия труда и облегчается переход с одной марки пресс-материала на другую.

Применяются также эмульсионный и лаковый способы получения пресс-порошков. При эмульсионном способе наполнитель пропитывается водоэмульсионными олигомерами, при лаковом – растворами олигомеров в спирте или смеси растворителей с последующей сушкой в вакууме при 60-75^оС.

Рис. 3. Схема производства пресс-порошков непрерывным способом:

1-циклон; 2-бункер древесной муки; 3,6,10,16-бункеры-дозаторы;

4-барабанный смеситель (лопастной); 5-бункер олигомера; 7-молотковая дробилка с воздушной сепарацией (мельница тонкого помола); 8,14-циклоны; 9,15-рукавные фильтры; 11-вальцы; 12-зубчатая дробилка; 13-молотковая дробилка; 17-барабанный смеситель (стандартизатор); 18-автомат для расфасовки готового продукта

Существенным недостатком эмульсионного способа является применение нестандартных по вязкости олигомеров; способ малопроизводителен, его трудно проводить непрерывно, поэтому он практически утратил свое значение.

При лаковом способе требуются большой расход растворителей, их регенерация, и, кроме того, при этом способе низкое качество пропитки и неравномерность сушки, поэтому и этот способ находит лишь ограниченное применение.

Классификация пресс-порошков:

В зависимости от состава (тип связующего, наполнителя, отвердителя, наличие смазок, стабилизаторов) пресс-порошки подразделяются на общетехнического и специального назначения (табл. 3).

Пресс-порошки общетехнического назначения. Применяются для изготовления ненагруженных деталей, к которым также не предъявляется высоких требований по электротехническим, химическим и теплофизическим показателям. Связующим в таких материалах служит новолачная ФФС, а наполнителем – древесная мука. Изготавливают из этих составов штепсели, розетки, вилки, патроны, корпуса различных приборов и техники, рукоятки и т.п.

Электроизоляционные пресс-порошки - это пресс-порошки на основе резольных ФФ олигомеров, наполненных древесной мукой. Изготавливают из этих материалов детали электротехнического назначения и детали автотракторного оборудования, эксплуатируемые в среде бензина и масла.

Высокочастотные пресс-порошки - это резольные пресс-порошки на основе фенолоальдегидных олигомеров, наполненных слюдой, кварцевой мукой, плавиковым шпатом. Изделия из этих пресс-порошков (резинотехнические) сохраняют высокие диэлектрические свойства при повышенной влажности и могут эксплуатироваться в тропиках.

Безаммиачные пресс-порошки – это резольные пресс-порошки на основе фенолоанилиноформальдегидных олигомеров и древесной муки. Не содержат уротропина. Предназначены для деталей слаботочной или радиотехнической аппаратуры, контактирующей с элементами, содержащими серебро.

Влагохимстойкие пресс-порошки – пресс-порошки на основе новолаков, совмещенных с ПВХ, наполненных каолином, коксом, графитом, древесной мукой. Используются при изготовлении водо- и кислотостойких изделий (крышки и пробки аккумуляторных баков, детали стиральных машин, антифрикционные изделия и т.п.).

Жаростойкие пресс-порошки – новолачные пресс-порошки на основе ФФО, наполненных слюдой или асбестом. Предназначены для изготовления деталей электро- и радиоаппаратуры, работающих при высоких температурах.

Ударопрочные пресс-порошки - это пресс-порошки на основе новолаков, совмещенных с каучуком, наполненных древесной мукой. Применяются для изготовления деталей общетехнического назначения (радиодеталей, электроустановочных изделий), армированных деталей сложной конфигурации.

Антегмит - пресс-порошок на основе искусственного графита и новолачного ФФО. Стоек к тепловым ударам, вплоть до температуры те-

плостойкости. Он легко обрабатывается режущими и абразивными инструментами. Основными недостатками являются низкая механическая прочность и хрупкость. Выпускают марок АТМ-1; АТМ-10 и АТМ-1Г. Антегмит применяют как антикоррозионный тепло- и токопроводный материал для изготовления теплообменников, химической и другой аппаратуры, трубопроводов, уплотнителей, электродов и др. Плитки из антегмита используют для футеровки химической аппаратуры.

Таблица 2

Свойства пресс-порошков на основе новолачных ФФО

с различными наполнителями

Свойства	Древесная мука с добавкой каолина		Асбест с добав-кой древес-ной муки	Дре-весная мука с добав-кой асбеста		Слюда и асбест		АТМ-1
1	2		3	4		5		6
Плотность, кг/м3	1400		1750	1400		1850		1800
Разрушающее напряжение, МПа, не менее: при сжатии статическом изгибе	160 60		160 45	160 60		100 50		100-120 40-50
Ударная вязкость, кДж/м2	5,0		3,0	5,0		3,5		2,7-3,5
Теплостойкость по Мартенсу, 0С	125		145	135		140		-
Удельное электрическое сопротивление: поверхностное, Ом объемное , Ом.м Электрическая прочность, кВ/мм	1012 1014 11		1011 1012 -	1012 1014 11		1011 2,5-3,01013 11		0,5-0,6 -
Водопоглощение за 24 ч, %	0,06		0,02	0,06		0,01		-
Таблица 3
Свойства резольных пресс-порошков с различными наполнителями
Свойства		Слюда и плавиковый шпат			Древесная мука		Древесная мука
1		2			3		4
Плотность, кг/м3		1950			1400		1400
Ударная вязкость, кДж/м2		3,5			4,5		4,5
Водопоглощение за 24 ч., %		0,01			0,055		0,055
Разрушающее напряжение, МПа: при сжатии при статическом изгибе		110 55			150 60		150 55
Теплостойкость по Мартенсу, оС		150			120		120
Удельное электрическое сопротивление: поверхностное, Ом		11014			51013		51013
объемное, Ом.м		11016			51014		51014

Резольные пресс-порошки превосходят новолачные по электрическим показателям. Введение минеральных наполнителей увеличивает теплостойкость. Усадка всех пресс-порошков не превышает 1%.

Пресс-порошки перерабатывают в изделия методами прямого или литьевого прессования при температуре 160-200оС и давлении 20-120 МПа. Для получения профильных изделий (труб, стержней, уголков и т.п.) пресс-порошки перерабатывают методом профильного прессования. Некоторые пресс-порошки перерабатывают литьем под давлением.