Текстолит, СТ, СВАМ

Текстолит

Текстолиты- это слоистые пластики, изготовляемые в виде листов из хлопчатобумажной ткани, пропитанной резольной фенолоформальдегидной смолой.

Наполнителем служат ткани технического назначения: бязь, миткаль, шифон, бельтинг, нанка и др.

Текстолит на основе стеклоткани называется стеклотекстолитом или стеклопластиком.

Стеклотекстолит имеет значительные преимущества перед текстолитом. Термостойкость этого слоистого пластика выше в среднем на 60°C (140-180 °C в отличие от 105—125 °C для текстолита), также гораздо выше удельное сопротивление - 1011 Ом•м против 107 Ом•м, и тангенс угла потерь — 0,02 и 0,07 соответственно.

Листовой стеклотекстолит покрыт медной фольгой и благодаря этому служит основой для изготовления печатных плат.

Стекловолокнистый анизотропный материал (СВАМ) - стеклопластик группы слоистых пластиков, изготовляемый горячим прессованием стеклошпона.

Марки текстолита

Для текстолита выделяют такие основные марки:

ПТ – поделочный текстолит из хлопка, который не подходит для деталей, используемых при повышенных нагрузках (например, из стержневого ПТ изготавливают рукоятки для ножей);

ПТК – конструкционный из хлопчатобумажной материи, который подходит для изготовления подшипников, втулок, шестеренок, характеризующихся бесшумной работой и длительным сроком службы;

ПТМ – поделочный материал, стойкий к трансформаторному маслу, из которого делают втулки и шестерни, он способен выдерживать большие нагрузки при сжатии и изгибе;

А, Б – электротехнический, применяющийся для изготовления деталей, на которые приходятся знакопеременные электрические и высокие механические нагрузки (А подходит для производства печатных плат и может применяться как изоляционный материал, Б разработан в качестве конструкционного);

ПТН – делают из нетканого полотна и применяют для создания прокладок, монтажных панелей, деталей общего назначения;

ПТГ – состоит из графита и термореактивных смол, из него изготавливают шайбы для водяных насосов;

ЛЧ – производят из полиэфирной материи для изделий, которые могут эксплуатироваться в температурном диапазоне -65°C до +120°C и относительной влажности 95%;

ВЧ – электротехнический, который способен выдерживать воздействие частоты 106 Гц.

Помимо указанных марок, существует великое множество более специализированных марок текстолитов под различное применение и условия использования.

На сегодняшний день запатентовано более 20 видов стеклотекстолита. Наиболее распространёнными и пользующимися спросом являются следующие типы:

СТЭФ, обладает средними показателями прочности и плотности, при производстве материала этой марки применяется эпоксидная смола. Толщина готовых плит стеклотекстолита этой марки составляет 0,1-0,5 см. Материал успешно применяется в электротехнической отрасли;

СТЭФ-У, является разновидностью марки СТЭФ, но обладает лучшими диэлектрическими характеристиками. Толщина листов — 0,35-1,0 см;

СТЭФ-1, ещё одна разновидность СТЭФ, только обладающая большей пластичностью и эластичность, что делает эту марки более лёгкой в обработке;

СТ-ЭТФ, эта марка стеклотекстолита имеет высокие показатели теплостойкости и способна длительное время эксплуатироваться при температуре 160-180°С, также этот материал имеет низкую стоимость за счёт использования при выпуске листов инновационных технологий. Толщина составляет 0,1-10 см;

ВФТ-С, при производстве этой марки добавляются специальные стабилизирующие добавки, которые делают стеклотекстолит сверхпрочным и устойчивым к температурам свыше +300°С;

СТЭД, эта марка была создана для работы в трансформаторном масле и обладает высокими параметрами прочности и диэлектрики. Материал способен выдерживать экстремально низкие температуры до -70°С;

СТЭБ, этот вид стеклотекстолита обладает пониженной горючестью в сравнении с другими марками;

СТК, разработан специально для применения в условиях повышенной влажности, стеклотекстолит этой марки выпускается ограниченно в связи с высокой стоимостью;

КАСТ-В, при производстве стеклотекстолита этой марки используется фенольная смола, которая делает материал особенно прочным. Этот вид используется как теплоизоляционный, пожароустойчивый конструкционный материал. Толщина листов — 0,1-3 см.

Производство текстолита

Производство текстолита и его производных фундаментально схоже, и включает в себя 6 основных технологических стадий:

1 - приготовление раствора олигомера,

2- подготовка ткани (сшивание отдельных кусков в непрерывное полотно и наматывание рулонов на оправку),

3 - пропитка ткани,

4 - сушка пропитанной ткани,

5 - раскрой и набор пакетов,

6 - прессование пакетов.

Феноло(крезоло)формальдегидный олигомер из хранилища 1 насосом через напорную емкость 2 и фильтр 3 , спирт из напорной емкости 5 через мерник 6 и фильтр 7, полотно ткани с намоточного устройства 8 подают в пропиточную ванну (джиггер) вертикальной пропиточно-сушильной машины 4.

Для пропитки применяют спиртовые растворы твёрдых феноло- и крезолоформальдегидных олигомеров, водные растворы фенолоспиртов или эмульсионные резольные олигомеры с содержанием свободных фенолов не выше 18%. На выходе из ванны пропитанная ткань проходит систему отжимных валков 8 и поступает в сушильную камеру машины, где при посекционном повышении температуры от 60 до 140-150 °C (максимальная температура в 3-й секции) протекают процессы сушки (удаления летучих, в том числе растворителя и продуктов поликонденсации - воды, формальдегида) и частичной поликонденсации (переход на 10-20% в резитольное состояние). На выходе из 4-й секции высушенная ткань (конечное содержание летучих 0,8-2,5% и олигомера 47-57%) охлаждается до 40 °C. На станке 9 ткань подвергают раскрою, на столе 10 пакетируют по наборным коэффициентам (число слоев ткани на 1 мм толщины отпрессованного текстолита). Пакеты укладывают между полированными листами из нержавеющей стали, на поверхность которых наносят смазку (олеиновую кислоту, стеарин). Пакеты подают на стадию прессования (на полки вертикального этажного гидравлического пресса 11). При этом преследуется цель соединения отдельных листов просушенной ткани в монолитный материал с одновременным переводом связующего в состояние "резит". Процесс прессования проводят ступенчато: на первой ступени при повышении температуры от 40 до 150 °C и давлении прессования от 3 до 7 МПа протекает "зарезинивание", т.е. переход линейного резольного олигомера в редкосетчатое состояние резитол, а на второй ступени при температуре 150-165 °C и давлении 7-10 МПа завершается прессование материала с переходом резитола в густосетчатый резит. Общее время выдержки прессуемого материала под давлением составляет 3-5 минут на 1 мм толщины материала. После выдержки под давлением материал охлаждают в прессе под давлением до 40°C, снимают давление, текстолит выгружают и направляют на обрезку, осуществляемую на гильотинных ножницах или фрезерных станках, и складируют.

Свойства текстолита

Свойства текстолита зависят от трех факторов: 1) соотношения олигомера и наполнителя, 2) толщины и вида применяемой ткани, 3) условий прессования и сушки.

Максимальная прочность текстолита соответствует 30%-ному содержанию связующего, но обычно промышленные марки материала содержат связующего более 30%, так как высокое содержание ткани в пластмассе приводит к ее удорожанию. Чем тоньше ткань, тем выше прочность текстолита.

Пластмассу отличают маслобензостойкость, химическая стойкость в условиях низкой и средней кислотности, относительно высокая водостойкость и высокая износостойкость. При введении в рецептуру композиции дисперсного графита снижаются коэффициент трения и истираемость, повышается теплопроводность текстолита.

Применение текстолита

Текстолит нашел широкое применение в машиностроении (вкладыши подшипников металлургических станов, шестерни, прокладочные кольца), электротехнике (панели радиоаппаратуры, шкивы, электроизоляционные детали и др.).

Промышленностью текстолит выпускается в виде листов толщиной от 0,2 до 1,5 мм и плит толщиной от 1,5 до 100 мм. По назначению различают три вида текстолитов: 1) поделочный (марки ПТ, ПТК и др.) толщиной 0,5-70 мм, 2) металлургический (марка Б) толщиной 20-70 мм, 3) электротехнический (марка А-трансформаторный, марка Вч - электроизоляционный, марка Г — панельный).

Стеклотекстолит

Стеклотекстолит - слоистый пластик, содержащий в качестве наполнителя стеклянную ткань.

Производство стеклотекстолита

Связующее в производстве стеклотекстолита должно обладать высокой адгезией к стекловолокну. Этому требованию в наибольшей степени удовлетворяет клеи БФ-3 и БФ-5, представляющие собой спиртовые растворы продуктов совмещения резольного фенолоформальдегидного олигомера с поливинилбутиралем (бутваром).

а также клеи ВФТ-продукты совмещения фенолоформальдегидных олигомеров с поливинилформальэтилалем и этиловым эфиром ортокремниевой кислоты (тетраэтоксисиланом)

Наполнителем служат стеклянные ткани трех типов переплетения: сатинового, гарнитурового и саржевого. Сатиновые ткани обладают наибольшей гибкостью и рыхлостью, лучше других тканей пропитываются связующим, легче укладываются в формы различных конфигураций в процессе переработки. На свойства пластиков оказывает влияние толщина нитей стеклоткани. С увеличением толщины нити уменьшаются пределы прочности на растяжение, сжатие, статический изгиб, но увеличивается ударная вязкость. Лучшие показатели у стеклотекстолита на основе тонких стеклянных нитей .

Технологический процесс производства стеклотекстолита аналогичен производству текстолита. Вместе с тем имеется ряд особенностей технологии стеклотекстолита:

1) необходимость предварительной обработки поверхности стеклоткани (удаление замасливателя, аппретирование),

2) пропитка стеклоткани проводится в вертикальных машинах, но без отжимных валков, так как стеклоткань не пропитывается, а только лакируется с поверхности,

3) содержание связующего не превышает 33% (у текстолита 54%), что обеспечивает оптимальные физико-механические показатели,

4) сушка протекает в более мягких температурных условиях (1-я зона - 60-90 °C, 2-я зона - 60-125 °C, 3-я зона - 60-110 °C) при пониженной скорости движения стеклоткани, так как клеи БФ и ВФТ как продукты совмещения с термопластичными полимерами медленнее резолов переходят в резитольное состояние,

5) подготовка пропитанной ткани к прессованию отличается тем, что с целью предотвращения приклеивания набранные пакеты отделяют от металлических прокладок (стальных, алюминиевых) слоем целлофана,

6) давление прессования вследствие хрупкости стекловолокна вдвое ниже и колеблется в пределах 4,5 - 5,5 МПа; время выдержки под давлением в 2-3 раза выше и должно быть не менее 10 минут на мм толщины изделия; в связи с повышенной вязкостью связующего (клей БФ - продукт совмещения реактопласта резола с термопластом бутваром) для удаления летучих в процессе выдержки необходимо выполнить одну - две подпрессовки длительностью не более одной минуты.

Свойства стеклотекстолита

Физико-механические показатели стеклотекстолита зависят от природы, формы переплетения и толщины ткани, состава связующего. Наиболее высокие прочностные показатели у стеклотекстолита на основе ткани из бесщелочного стекла сатинового переплетения, пропитанной продуктами совмещения резольного фенолоформальдегидного олигомера с поливинилформальэтилалем и тетраэтоксисиланом. Пластик отличается наибольшей плотностью (1600-1900 кг/м3), малой гигроскопичностью (водопоглощение за 24 ч не превышает одного процента), высокой теплостойкостью (максимальная температура длительной эксплуатации 200 °C, кратковременно выдерживает до 300 °C).

Применение стеклотекстолита

Стеклотекстолит применяется в качестве конструкционного материала в самолето- и судостроении, радиотехнике, электроизоляционного материала в приборо- и электромашиностроении, в производстве теплоизоляционных прокладок.

Стекловолокнистый анизотропный материал (СВАМ)

Стекловолокнистый анизотропный материал (СВАМ) - стеклопластик группы слоистых пластиков, изготовляемый горячим прессованием стеклошпона.

Связующим служат клеи БФ, продукты совмещения резольных фенолоформальдегидных олигомеров с эпоксидными олигомерами и другие модифицированные реактопласты. В качестве наполнителя применяют ориентированные в момент формования стеклянные волокна толщиной 3-16 мкм.

Производство СВАМ

Производство СВАМ включает четыре основные технологические стадии:

I-изготовление стеклошпона,

II-компоновка (сборка) пакетов,

III-прессование пакетов,

IV-обрезка кромок, разбраковка и складирование.

Стадии II-IV аналогичны технологии текстолита и стеклотекстолита. Оригинальна стадия изготовления стеклошпона.

Стеклошпон получают на установке, состоящей из электропечи с днищем из платино-родиевого сплава, служащего одновременно фильерой (диск с перфорацией, обеспечивающий формование тонких стеклянных волокон), и наматывающего барабана. Электропечь смонтирована на подвижной каретке, совершающей возвратно-поступательные движения параллельно оси барабана. Скорость вращения барабана и каретки регулируют. Стеклянные шарики из бункера поступают в печь, где при температуре 1400 °C плавятся. Расплав стекла продавливается через фильеры печи. При этом формуются волокна и со скоростью порядка 30-35 м/с вытягиваются (ориентируются) и наматываются на барабан, покрывая всю его поверхность параллельными витками. Наматываемое на барабан волокно одновременно смачивается подаваемым из пульверизатора связующим.

При образовании на барабане проклеенного связующим листа однонаправленного стеклошпона заданной толщины барабан останавливают, лист обрезают по образующей барабана, снимают во влажном состоянии и направляют на сушку. Для получения стеклошпона с менее выраженными анизотропными свойствами (с перекрестной структурой или под углом) на барабане укрепляют лист квадратной формы. При этом после намотки на лист определенного числа витков в одном направлении его поворачивают на 90° и продолжают намотку в перпендикулярном направлении. Скорость вращения барабана регулируют в пределах 150-200 об/мин, подачи каретки - 0,1-0,2 м/мин. Съем за один цикл составляет 9-10 м2 стеклошпона. Содержание связующего в стеклошпоне ниже, чем в стеклотекстолите, и лежит в пределах 18-50%, содержание летучих 1-1,5%. Материал хорошо высыхает и легко снимается с барабана (связующее БФ позволяет прессовать стеклошпон без предварительной горячей сушки).

Снятые с барабана листы направляют на прессование. Предварительно собранный в пакеты стеклошпон прессуют в многоэтажных прессах. Режим прессования зависит от природы связующего. При использовании в качестве последнего клея БФ температуру поддерживают в пределах 150-160 °C, давление 4-13 МПа, время выдержки под давлением 6 минут на один мм толщины изделия. Для более полного отверждения и, следовательно, улучшения физико-механических показателей стеклопластика иногда проводят дополнительную термообработку при температуре 160-180 °С в течение 12-20 ч.

Свойства стеклошпона и стеклопластика на его основе зависят от соотношения стекловолокна и связующего (максимальная прочность достигается при 65% содержания волокна), направления волокон и расположения отдельных листов шпона в пакете до прессования. По мере увеличения числа продольных слоев прочность материала в этом направлении возрастает пропорционально отношению числа продольных слоев к общему числу слоев.

Свойства СВАМ

СВАМ обладает комплексом выдающихся свойств, определяемых его технологией и обуславливающих его преимущества по сравнению с остальными стеклопластиками:

1) максимальная прочность и возможность управления ею в заданных направлениях в процессе изготовления (СВАМ самый прочный материал, его предел прочности на растяжение достигает 950 МПа),

2) высокая однородность материала в связи с равномерным распределением наполнителя и связующего,

3) надежная поверхностная защита стекловолокна от разрушающего действия окружающей среды в момент его вытягивания,

4) отсутствие замасливателя на стекловолокне повышает адгезию связующего к стекловолокну,

5) возможность получения материала любой заданной толщины (от 10 мкм и выше).

Пластик характеризуется низким водопоглощением (0,3-0,4% в условиях 95%-ной относительной влажности воздуха и 1% во время пребывания в воде) и высокими диэлектрическими показателями (Uпроб=35 кV/мм).

Промышленность выпускает стеклошпон СВАМ двух основных назначений: конструкционный и электроизоляционный.