3. Фенопласты, получение полимерных материалов из новолачных и резольных пресс-порошков.

Фенопластами называют разнообразные пластические массы, получаемые на основе фенолоальдегидных олигомеров. Наи­большее практическое значение имеют прессовочные материа­лы на основе фенолоформальдегидных олигомеров. В зависи­мости от применяемого наполнителя и степени его измельчения все пресс-материалы можно разделить на три типа: с порошкообразным наполнителем (пресс-порошки), волокнистым напол­нителем (волокниты, фаолиты, асбомассы и др.) и листовым наполнителем (слоистые пластики).

Пресс-материалы с порошкообразным наполнителем (пресс-порошки).

Пресс-порошки применяются для изготовления различных быто­вых и технических изделий. В зависимости от назначения изде­лий к ним предъявляются разные требования. Технология изго­товления пресс-порошков различных «марок во многом сходна, хотя и имеются существенные различия.

Компоненты пресс-порошков.

Пресс-порошки представляют собой композиции, в состав кото­рых входят олигомер, наполнитель, отвердитель и ускоритель отверждения олигомера, смазывающее вещество, краситель и различные специальные добавки.

Связующие. Олигомер является связующим в пресс-материа­ле, обеспечивающим пропитку и соединение остальных компо­нентов в гомогенную массу при определенных давлении и тем­пературе. За счет отвержденного олигомера достигается моно­литность и сохранение заданной формы готового изделия.

Наполнители. Наполнители влияют прежде всего на меха­ническую прочность, водостойкость, теплостойкость, диэлектри­ческие свойства и химическую стойкость пресс-порошков. В про­изводстве пресс-порошков используют как минеральные, так и органические наполнители. Из органических наполнителей наиболее важное значение имеет древесная мука — тонко из­мельченная древесина хвойных и лиственных пород (обеспечи­вает получение пресс-масс с улучшенными диэлектрическими свойствами), и ограниченно используют лигнин: Минеральные наполнители — каолин, литопон, слюда, кварцевая мука, пла­виковый шпат и другие применяются реже.

Отвердители и ускорители отверждения. В качестве отвердителя в производстве новолачных пресс-порошков применяют гексаметилентетрамин (уротропин).

Ускорители отверждения: оксиды кальция или магния.

Смазывающие вещества улучшают таблетируемость пресс-порошков, предотвращают прилипание изделий к форме в про­цессе переработки и облегчают извлечение их из формы после прессования (олеиновая и стеариновая к-ты и их соли).

Способы изготовления пресс-порошков.

Для получения пресс-порошков на основе твердых фенолоформальдегидных олигомеров применяют вальцовый или экструзионный способ (сухие способы), а на основе жидких эмульсий и растворов олигомеров — эмульсионный или лаковый способ (мокрые способы).

В промышленности наибольшее распространение получил вальцовый способ, однако весьма перспективным является и энструзионный метод.

Вальцовый способ. Производство новолачных и некоторых быстро вальцующихся резольных пресс-порошков осуществляют по непрерывному способу (рис. 25 с.28). В случае экструзионного способа в качестве основного агрегата вместо вальцов приме­няют экструдер. Технологический процесс производства вальцо­вым или экструзионным. способом включает стадии подготовки сырья, смешения компонентов, пластикации массы, размола и стандартизации материала. Пластикацию проводят на вальцах или в экструдере.

Некоторые марки новолачных и резольных порошков, тре­бующие длительного вальцевания, готовят периодическим валь­цовым способом. Этот способ включает те же стадии, что и не­прерывный. Отличие состоит в том, что композиция на вальцы подается вручную. Кроме того, продолжительность вальцева­ния, которая контролируется по текучести и внешнему виду из­делий, отпрессованных из провальцованной массы, может из­меняться в широких пределах. Периодическим вальцеванием готовят порошки на основе термореактивных крезолоформаль- дегидных олигомеров, совмещенных с термопластичными поли­мерами, особенно с поливинилхлоридом, или при использова­нии плохо пропитывающихся наполнителей (слюда, асбест, виброизмельченный кокс и др.).

Экструзионный способ. Этот способ в отличие от вальцового обеспечивает более высокое качество получаемых пресс-мате­риалов за счет однородности порошка и хорошей пропитки на­полнителей. Хорошая герметизация оборудования обеспечивает и лучшие санитарно-гигиенические условия труда. Достоинство этого способа заключается также в возможности легкого пере­хода с производства пресс-материала одной марки, на другую. Поэтому экструзионный метод изготовления пресс-порошков является более перспективным, чем вальцовый.

Эмульсионный способ основан на пропитке наполнителя водоэмульсионными олигомерами. Существенным недостатком этого способа является применение нестандартных по вязкости олигомеров, содержащих значительное количество свободного фенола и низкомолекулярных соединений. Способ малопроиз­водителен, его трудно оформить в виде непрерывного процесса, поэтому практически он утратил свое значение.

Лаковый способ заключается в пропитке наполнителя и дру­гих компонентов в смесителе растворами новолачных или ре­зольных олигомеров в спирте или его смесях с другими раство­рителями. Пропитанную массу высушивают в вакууме при 60— 75°С. Вследствие больших расходов растворителя, относитель­но низкого качества пропитки и неравномерности сушки полу­чаемого материала этот способ в настоящее время находит лишь ограниченное применение.

Пресс-материалы с волокнистым наполнителем

В ряде областей пресс-порошки не могут применяться из-за не­достаточно высоких прочностных показателей. Поэтому возник­ла необходимость в пресс-материалах с другим типом наполни­телей, в частности с волокнистым. Выбор волокнистого напол­нителя определяется заданными физико-механическими и элект­рическими свойствами изделий. Наибольшее значение из волок­нистых наполнителей имеют хлопковая целлюлоза, длинново­локнистый асбест и стеклянное волокно.

Волокниты

Пресс-материалы с хлопковой целлюлозой в качестве наполни­теля называют волокнитами.

В качестве связующего в волокнитах применяют фенолоформальдегидные олигомеры резольного типа в виде эмульсий и вод­но-спиртовых растворов. Использование водных эмульсий и растворов вместо твердых резольных олигомеров связано с тем, что волокнистые наполнители пропитываются гораздо хуже, чем порошкообразные. Применение подсушенных водоэмульсионных олигомеров дает возможность механизировать процесс произ­водства волокнита и улучшить санитарно-гигиенические условия труда в цехах, в которых изготовляется этот материал.

В состав волокнитов кроме связующего и наполнителя вхо­дят различные добавки: ускорители отверждения, смазывающие вещества и др. Поскольку волокниты используют в основном для изготовления деталей технического назначения (не декора­тивного), их выпускают обычно натурального светло-коричневого цвета (неокрашенными).

Асбомассы

Асбомассы, или асборезольные пресс-материалы, .представляют собой композиции на основе резольных олигомеров и минераль­ного наполнителя — асбеста. В качестве связующих в произ­водстве асбомасс используют водоэмульсионные и водно-спирто­вые фенолоформальдегидные, фенолокрезолоформальдегидные, а также фенолоформальдегидные олигомеры, модифицирован­ные канифолью. В качестве смазки для асбомасс применяют сульфированную ворвань, олеиновую кислоту или мыла жирных кислот в виде 50—60%-ного водного раствора.

В рецептуру асбомассы могут входить также графит, латун­ная стружка (для улучшения теплопроводности), молотый ба­рит (для повышения водостойкости) или молотый барит в со­четании с латунной стружкой.

Процесс производства асбомассы состоит из стадий подго­товки сырья, смешения компонентов, обработки сырого пресс-материала на прессе и на вальцах, сушки и усреднения.

Подготовка сырья заключается в разбавлении олигомера спиртом в стандартизаторе до получения раствора вязкостью 0,4—0,5 Па-с и очистке асбеста от металлических примесей пу­тем пропускания его через магнитные сепараторы. Полученный раствор олигомера подают через весовой мерник в лопастный смеситель, в который загружают все остальные компоненты, за исключением асбеста. После перемешивания в течение 10 мин вводят асбест и продолжают перемешивание еще 50—70 мин.

Асбомассы применяют для изготовления изделий, обладаю­щих хорошими фрикционными свойствами, высокими теплостой­костью и механической прочностью. Из асбомассы изготовляют тормозные колодки экскаваторов, подъемных кранов, вагонов, накладки и диски сцепления, используемые в различных видах транспортных средств.

Фаолиты

Фаолиты представляют собой кислотоупорные пластмассы на основе водоэмульсионных резольных фенолоформальдегидных олигомеров и кислотостойкого наполнителя. В зависимости от применяемого наполнителя различают три марки фаолита: фаолит марки А — с антофиллитовым и хризотиловым асбе­стом; фаолит марки Т — с графитом и хризотиловым асбестом (в отличие от фаолита его называют графолитом); фаолит мар­ки П—с речным песком и хризотиловым асбестом. Выпускают фаолиты как в виде полуфабрикатов — сырых листов, прессо­вочной массы и замазок, так и в виде готовых изделий из отвержденного фаолита.

Процесс производства фаолитов состоит из стадий синтеза жидкого резольного олигомера, смешения его с наполнителем, вальцевания массы, переработки ее © изделия и термообработ­ки (отверждения) изделий из фаолита.

Синтез резольного олигомера проводят в реакторе, в кото­ром резольный фенолоформальдегидный олигомер нагревается до 50—70°С, после чего он сливается в мерник. Смешение ком­понентов композиции осуществляется в лопастном смесителе при 60—65 °С.

смешения дальнейшие стадии процесса определяются целевым назначением получаемых продуктов. Для изготовления фаолитовой замазки масса после вальцов подается на упаковку. Для получения сырых листов масса из смесителя подается на вальцы, где вальцуется с фрикцией при температуре горячего валка 70—90°С и холодного валка 25—30 °С, и пропускается через каландр. Для получения труб и профильных изделий пресс-масса после вальцевания подается в пресс или экструдер. Температура обогреваемого цилиндра экструдера 60—70 °С. Затем трубы и другие изделия направляются в камеру на от­верждение. Отверждение проводится при 60—120 °С в течение суток. После отверждения изделия поступают на механическую обработку (токарный станок или пила), покрываются резольным лаком и сушатся.

Стекловолокно

Фенопласты, содержащие в качестве наполнителя стеклянное волокно, называются стекловолокнитами.

Стеклянное волокно обусловливает в основном высокие фи­зико-механические показатели стекловолокнитов. Диэлектриче­ские свойства и химическая стойкость определяются главным образом природой полимерного связующего. В качестве связу­ющих в стекловолокнитах применяют фенолоформальдегидные олигомеры резольного типа, которые могут быть совмещены с другими полимерами.

Технологический процесс производства стекловолокнитов со­стоит из пропитки и сушки стеклянного волокна. Содержание связующего в готовом стекловолокните 28—32%, содержание ле­тучих 2—5%.

Пресс-материалы с листовым наполнителем

Пресс-материалы с листовым наполнителем имеют обычно сло­истую структуру, поэтому материалы этого типа называют так­же слоистыми пластиками. В качестве связующего в производ­стве слоистых пластиков используют твердые фенолоформаль­дегидные олигомеры резольного типа, водные эмульсии и вод­но-спиртовые растворы олигомеров.

Наряду с фенолоформальдегидными олигомерами в произ­водстве слоистых пластиков применяют фенолокрезолоформальдегидные олигомеры, особенно в тех случаях, когда к материа­лам предъявляются повышенный требования в отношении ди­электрических свойств. Для пропитки стеклянной ткани часто используют фенолоформальдегидные олигомеры, совмещенные с поливинилбутиралем. Такие полимеры имеют высокую адге­зию к стеклянному волокну.

В качестве наполнителей в слоистых пластиках используют хлопчатобумажные ткани, бумагу, асбестовую, стеклянную ткань, стеклянный и древесный шпон. При этом соответственно получают текстолиты, гетинаксы, асботекстолцты, стеклотекстолиты, стекловолокнистые анизотропные материалы (СВАМ) и древесно-слоистые пластики (ДСП).

Процессы получения 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.

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 промышленное и строительстве. Механиче­ская прочность и другие физико-механические показатели сло­истых пластиков зависят от вид4 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

Текстолиты — слоистые материалы, получаемые путем прессования уложенной правильными слоями хлопчатобумажной тка­ни, пропитанной резольными олигомерами или их смесью.

Процесс получения текстолита состоит из ста­дии подготовки, пропитки и сушку ткани, сборки и прессования пакетов. Подготовка ткани заключается в сшивании отдельных кусков в непрерывное полотно и наматывании рулонов на оправ­ки. Пропитка и сушка проводятся обычно в вертикальных пропиточно-сушильных машинах.

Пройдя слой пропиточного раствора, ткань через систему отжимных валков, регулирующих содержание связующего, по­ступает в сушильную камеру машины. Для равномерного вы­сушивания пропитанной ткани температуру в сушильной каме­ре повышают ступенчато от 60 до 140 °С. Количество олигоме­ра и летучих, содержащихся в пропитанных тканях после суш­ки, составляет соответственно 47—57 и 0,8—2,5% в зависимости от типа ткани и ее назначения.

Свойства текстолитов зависят от соотношения олигомера и наполнителя. При одном и том же содержании связующего прочность материала тем больше, чем тоньше ткань. 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.

Гетинаксы

Гетинаксы представляют собой пресс-материалы, изготавливае­мые из бумаги, пропитанной феноло-, крезоло- или ксиленолоформальдегидными олигомерами или их смесями.

Для пропитки бумаги используют те же связующие, что и для текстолитов, но пропитку проводят на горизонтальных пропиточно-сушильных машинах, что связано с низкой прочностью бумаги во влажном состоянии. По той же причине в процессе сушки устанавливают повышенную начальную температуру (70—80 °С). Вследствие чувствительности бумаги к нагреванию температура в конце сушки не превышает 120 °С (по сравнению с 140°С для текстолитов). Содержание связующего и летучих е пропитанной бумаге в зависимости от ее назначения может изменяться в широких пределах: 38—68 и 0,5—12% соответст­венно. Прессование пропитанной бумаги не отличается от прес­сования пропитанной ткани, но, поскольку бумага обладает меньшей хрупкостью, допускаются более высокие давления — до 15 МПа.

Гетинаксы хорошо противостоят действию жиров и мине­ральных масел, но нестойки к действию сильных кислот и осо­бенно щелочей. Уксусная, соляная и фосфорная кислоты ока­зывают на них слабое действие. Гетинаксы хорошо поддаются механической обработке.

Гетинаксы находят широкое применение в электро- и радио­технической промышленности. Особенно большое значение эти материалы приобретают в производстве печатных схем для ра­диоприемников и телевизоров, в конструкциях переключателей, для изготовления деталей программных и счетно-решающих устройств и т. п.

Билет № 5