ФЕНОПЛАСТЫ: СВОЙСТВА И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
ФЕНОПЛАСТЫ - реактопласты на основе феноло-формальдегидных смол. По типу смолы различают новолачные и резольные фенопласты.
Получаются отверждением при повышенных температурах смол, содержащих наполнители, отвердители (для новолачных фенопластов), катализаторы отверждения (для резольных фенопластов), пластификаторы, смазывающие вещества (олеиновая или стеариновая кислота, стеараты Ca, Ba или Cd, стеарин), аппретирующие добавки, красители. По типу наполнителя подразделяются на дисперсно-наполненные и армированные фенопласты. Физико-механические и другие эксплуатационные свойства фенопластов колеблются в широких пределах в зависимости от типа связующего и наполнителя; например, ударная вязкость изменяется от 2-6 кДж/м2 (для дисперсно-наполненных) до 50-100 кДж/м2 (для армированных). Плотность 1,1-3 г/см3, теплостойкость по Мартенсу 100-300 0C.
Дисперсно-наполненные фенопласты в качестве наполнителей содержат древесную, кварцевую или слюдяную муку, микроасбест, измельченный графит, кокс, каолин, стекловолокно, металлические порошки, стеклянные и металлические микросферы и другое. Новолачные фенопласты чаще всего имеют следующий состав (% по массе): смола 42-50, наполнитель 35-45 (в т. ч. каолин 4-5), отвердитель (гл. обр. гексаметилентетрамин) 6-9, CaO или MgO 1,0, стеарин или стеарат кальция 1-2, краситель 1-2.
В состав резольных фенопластов обычно входят: смола 35-50, наполнитель 40-60, отвердитель гексаметилентетрамин 1-2,5, катализатор отверждения [NaOH, Ba(OH)2, MgO], олеиновая кислота, краситель по 1-2. Безаммиачные фенопласты гексаметилентетрамин не содержат. Высоконаполненные фенопласты содержат свыше 80% наполнителя, направленного графита (так называемый антегмит), кварцевого песка, зернистого абразива (электрокорунд, алмаз и другие). Получают дисперсно-наполненные фенопласты совмещением связующего с наполнителем в различных смесителях с последующим отверждением. Наиболее распространены суховальцовый, шнековый и эмульсионный методы получения.
Если расплав смолы хорошо смачивает наполнитель и совмещается с остальными компонентами, то применяют суховальцовый и шнековый методы. В этом случае все компоненты предварительно смешивают в шаровых мельницах, лопастных или шнековых смесителях; полученную смесь вальцуют или обрабатывают на шнековых машинах при повышенных температурах. При эмульсионном методе получения фенопластов связующее применяют в виде раствора или эмульсии, что обеспечивает лучшую пропитку наполнителя. Компоненты смешивают в двухлопастных вакуумных смесителях, смесь сушат в полочных вакуумных сушилках или в ленточных сушилках непрерывного действия; после охлаждения массу измельчают в пресспорошок.
Армированные фенопласты в качестве наполнителей содержат волокна растительного, происхождения, асбестовое волокно, стекловолокно, синтетические (главным образом полиамидные и полиэфирные) и углеродные волокна, бумагу, тканые и нетканые волокнистые полотна, древесный шпон. Получают армированные фенопласты главным образом путем пропитки связующим волокнистых наполнителей. Так называемые спутанно-волокнистые фенопласты (волокнит, стекловолокнит, органоволокнит) получают пропиткой отрезков волокон длиной 40-70 мм размером связующего в лопастных смесителях; распушивают их на раздирочной машине до получения однородного материала и сушат для удаления растворителя.
Армированные фенопласты могут быть получены и в так называемом гранулированном виде; основные стадии процесса - пропитка непрерывных волокон или жгутов растворами связующих, сушка и разрезка на гранулы длиной приблизительно 5-6, 10, 20 и 30 мм; диаметр гранул в зависимости от числа в них нитей 0,5-8,0 мм. Такие фенопласты отличаются хорошей сыпучестью; полученные из них изделия характеризуются большей стабильностью механических свойств, чем из спутанно-волокнистых фенопластов. Получение гетинакса, текстолита, стеклотекстолита и асботекстолита обычно совмещают с прессованием изделий в виде слоистых пластиков. Процесс получения включает пропитку бумаги, тканей или нетканых волокнистых полотен раствором или эмульсией связующего, удаление растворителя (сушка полотна), разрезку пропитанного полотна на заготовки, сборку пакета из нескольких, слоев материала и прессование.
Пропитку наполнителя и удаление растворителя обычно производят в пропиточной машине, соединенной с вертикальной сушильной шахтой. Прессование листов производят на гидравлических. этажных прессах под давлением 8-15 МПа при 150-160 0C. Основные методы переработки фенопластов - прессование и литье под давлением, другие способы - контактный метод, намотка, напыление и т. п. с последующим, отверждением изделий при постепенном повышении температуры. Дисперсно-наполненные фенопласты выпускают под торговыми названиями: антегмит и фенопласт (СНГ), кемопласт (США), баскодур, тролитан и пластодур (Германия), бакелит и флуосит (Италия), формолит и моудденсит (Великобритания); армированные - под торговыми названиями: волокнит, АГ-4В, АГ-4С, ДСВ, ГСП, гетинакс, текстолит, асботекстолит и стеклотекстолит (СНГ), хейвег, фэбрикон и текстолит (США), пресскотон, тролитакс и дуротон (Германия), фарболит и пэксолин (Великобритания), геделит и турнерон (Франция), кобелит и ришелит (Япония) и др.
Применяют фенопласты во всех отраслях промышленности в качестве материалов конструкции, электротехнике, фрикционного и антифрикционного назначения. В соответствии с ГОСТ 5689-79 определяются следующие марки фенопластов, которые приведены в таблице:
Таблица
Описание разлицных марок фенопластов.
Тип | Группа | Марка | Основной наполнитель | Метод обработки |
| Общего назначения (О) | Новолачная без электрических показателей (02) | 02-010-02 | Органический | Компрессионное и литьевое прессование |
| Специальный безаммиачный (Сп) | Резольная с электрическими показателями (Сп1) | Сп1-342-02 | Органический | Компрессионное и литьевое прессование |
| Резольная с повышенными механическими показателями | Сп3-342-02 | Органический | Компрессионное и литьевое прессование | |
| Электроизоляционный (Э) | Резольная эмульсионная с повышенными механическими показателями (Э2) | Э2-330-02 | Органический | Компрессионное и литьевое прессование |
| Резольная безаммиачная с повышенными электрическими показателями и водостойкостью (Э9) | Э9-342-73 | Органический и минеральный | Компрессионное и литьевое прессование | |
| Резольная безаммиачная с высокой водостойкостью и повышенными электрическими показателями (Э10) | Э10-342-63 | Органический и минеральный | Компрессионное и литьевое прессование | |
| Влагохимостойкий (Вх) | Новолачная водостойкая с повышенными показателями термостойкости и электрической прочности (Вх5) | Вх5-010-73 | Органический и минеральный | Компрессионное прессование |
| Ударопрочный (У) | Резольная с электрическими показателями (У1) | У1-301-07 | Органический | Компрессионное и литьевое прессование |
| Резольная без электрических показателей (У2) | У2-301-07 | Органический | Компрессионное и литьевое прессование | |
| Новолачная с высокими электрическими показателями (У4) | У4-080-02 | Органический | Компрессионноепрессование | |
| Жаростойкий (Ж) | Новолачная с повышенной ударной вязкостью (Ж2) | Ж2-010-60 | Органический и минеральный | Компрессионноепрессование |
| Новолачная с высокими показателями текучести и водостойкости (Ж3) | Ж3-010-62 | Минеральный | Компрессионное и литьевое прессование | |
| Новолачная с высокой теплостойкостью и стойкостью к действию накала (Ж7) | Ж7-010-83 | Минеральный | Компрессионноепрессование |
Таблица
Физические свойства основных марок фенопластов
Наименование показателя | 02-010-02 | 03-010-02 | Сп1-342-02 | Сп3-342-02 | Э2-330-02 | Э9-342-73 | Э10-342-63 |
| Коэффициент уплотнения | 2,8 | 2,8 | 2,6 | 2,6 | 4,0 | 2,3 | 2,1 |
| Удельный объём, мл/г, не более | 2,2 | 2,2 | 2,2 | 2,2 | 2,8 | 2,2 | 2,2 |
| Ударная вязкость на образцах с надрезом, кДж/м2 | 1,9-2,3 | 2,1-2,8 | 1,86 | 2,5-3,0 | 2,0-2,2 | 2,41 | 1,96 |
| Разрушающее напряжение при сжатии, Мпа | 150-160 | 150-170 | 137 | 145-165 | 145-170 | 147 | 147 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | 0,6-0,8 | 0,6-0,8 | - | 1,4-2,1 | 0,6-0,7 | 2,2-2,5 | 2,0-2,7 |
| Модуль упругости при изгибе, Мпа | (6,9-7,8)*103 | (7,4-7,8) *103 | (6,9-8,8) *103 | (5,9-7,4) *103 | (8,1-8,6) *103 | (8,8-9,8) *103 | (7,8-8,8) *103 |
| Твёрдость, Мпа | 245-294 | 245/294 | 196 | 304-343 | 294-243 | 363-392 | 294 |
| Коэффициент трения | - | 0,410-0,420 | 0,495-0,500 | 0,300-0,325 | 0,450-0,460 | 0,340-0,365 | 0,340-0,370 |
| Износ (по стали), мг/ч | - | 5-6 | 9-10 | 26-27 | 60-65 | 4-5 | 2-3 |
| Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом, не менее | 1*1012 | 1*1012 | 1*1013 | 5*1013 | 5*1013 | 1*1013 | 1*1013 |
| Удельное объёмное электрическое сопротивление Ом, не менее | 1*1011 | - | - | - | - | - | |
| Электрическая прочность, кВ/мм, не менее | 10 | 14 | - | - | - | - | - |
| Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 106Гц | 0,03-0,05 | 0,20-0,30 | 0,06 | 0,04-0,05 | Не более 0,04 | 0,02-0,03 | 0,02-0,03 |
| Диэлектрическая проницаемость при частоте 50Гц | 6,0-9,0 | 6,0-9,0 | 10,2-10,8 | 5,0-6,0 | 7,5-9,6 | 8,2-8,9 | 8,0-8,9 |
| Диэлектрическая проницаемость при частоте 106Гц | 5,0-6,0 | 4,5-8,0 | 5,0-6,0 | 4,0-5,0 | 5,0-6,0 | 5,4-5,5 | 5,4-5,5 |
| Маслостойкость за 24ч, % | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 |
| Бензиностойкость за 24 ч, % | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,04 | 0,04 |
| Температура хрупкости при изгибе, ºС | -60 | -60 | - | - | - | - | - |
| Удельная теплоёмкость, Дж/кг, при 20-30ºС | 1340-1382 | 1340-1382 | 2345 | 1160 | 1465-1507 | 12885 | - |
| Теплопроводность, Вт/м. К, при 20-30ºС | 0,21-0,23 | 0,21-0,23 | 0,16 | 0,21 | 0,21-0,23 | 0,42 | 0,41 |
| Коэффициент линейного теплового расширения, 1/град, при 30-150ºС | (4,5-5,3)*10-3 | (4,6-5,3)*10-5 | (3,5-4,0) *10-5 | - | (4,6-5,3)*10-5 | (5,0-7,0) *10-5 | 2,5*10-5 |
| Температуропроводность при 20-25ºС, м/с | - | 0,20*10-6 | 0,18*10-6 | 0,13*10-6 | 0,18*10-6 | 0,19*10-6 | - |
| Рабочая температура, ºС | - | От –50 до +110 | От –60 до +115 | От –50 до +110 | От –60 до +115 | От –50 до +125 | От –50 до +125 |
| Коэффициент вязкости при 120ºС, Па*с | - | (8-20)*106 | (14-20) *106 | 14*106 | (20-40) *106 | (10-15) *106 | (4-8) *106 |
| Время отверждения при 170ºС и напряжение сдвига 5,9 Мпа, с | - | 50-80 | 120-150 | 115 | 120-140 | 120-140 | 110-140 |
| Время выдержки, с, не более | 80 | 70 | - | - | - | - | - |
| Теплостойкость по Мартенсу, ºС, не менее | - | - | 130 | 130 | - | - | - |
| Водопоглощение, мг, не более | - | - | 55 | 55 | - | - | - |
| Плотность, г/см3, не более | 1,45 | 1,40 | 1,40 | 1,40 | 1,37-1,42 | 1,85 | 1,85 |
| Насыпная плотность, г/см3, не менее | 0,50 | 0,45-0,75 | 0,50 | 0,50 | 0,30 | 0,80 | 0,80 |
| Ударная вязкость по Изоду, кДж/м2 | - | 3,3-6,0 | - | - | 2,6-3,2 | - | - |
| Температура деформации под нагрузкой в воздушной среде при напряжении 1,8 Мпа*с | - | 140-170 | - | 130-140 | 135-140 | - | - |
| Усадка, % | 0,4-0,8 | 0,4-0,8 | 0,4-0,8 | 0,4-0,8 | 0,4-0,8 | 0,4-0,8 | 0,4-0,8 |
C текущей ситуаций и прогнозом развития российского фенопластов можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок фенопластов и текстолитов в России».