Гетинакс

Введение

Неметаллические материалы  находят все возрастающее применение в различных отраслях техники. Достаточная  прочность, жесткость, эластичность при  низкой плотности, химическая стойкость  во многих агрессивных средах, уровень  диэлектрических свойств при их технологичности делают неметаллические материалы незаменимыми. По происхождению неметаллические материалы различают природные, искусственные синтетические искусственные органические материалы получает с природных полимерных продуктов

Полимерами называют вещества, макромолекулы которых состоят из многочисленных повторяющихся элементарных звеньев, представляющих собой одинаковую группу атомов. Молекулярная масса таких молекул составляет от 500 до 1000000.

Пластическими массами, или пластмассами, называют материалы, изготовленные на основе полимеров и обладающие на некоторой стадии переработки свойством пластичности. Пластичностью называется способность тела к пластической деформации, которая заключается в изменении формы тела под влиянием внешних механических усилий без нарушения связи между частицами, причем новая форма сохраняется после прекращения внешнего воздействия. Как правило полимер, входящий в состав пласмассы, в период формования изделия находится в вязкотекучем или высокоэластичном состоянии, а при эксплуатации – в стеклообразном (аморфном) или кристаллическом.

Состав композиций разнообразен: простые пластмассы – это полимеры без добавок, сложные пластмассы – это смеси полимеров с  различными добавками (наполнители, стабилизаторы  и т.д.).

Технические наименования пластмасс (формирование названий):

Пластмассы без наполнителя  или с порошковым наполнителем получают название от связующего полимера с  окончание «пласт». Например, фторопласт, ферропласт.

Пластмассы с волокнистым  наполнителем получают названия от наполнителя с окончанием «волокнит»: х/б – волокнит; асбест – асбоволокнит; стекло – стекловолокнит.

Пластмассы со слоистыми  наполнителями получают название от наполнителя с добавлением окончания  «лит»: х/б – текстолит; асбест –  асботекстолит; стекло – стеклотекстолит; шпон – древолит.

Пластмассы пористые малой плотности: поропласты (g > 0,3 г/см), пенопласты (g > 0,3 г/см ).

Пластмассы толщиной менее 0,5 мм называют пленками.

Классификация пластмасс

1. По способу синтеза  полимеров пластмассы делятся на следующие классы:

~ на основе полимеров,  получаемых цепной полимеризацией, т.е. когда полимер состоит из структурных звеньев, соответствующих элементарному составу мономеров;

~ на основе полимеров, получаемых ступенчатой полимеризацией или поликонденсацией, т.е. когда полимер имеет структурные звенья, отличные от элементарного состава мономеров;

~ на основе химически модифицированных природных продуктов.

2. Все пластические массы по поведению при нагревании делятся на:

~ термопластические (термопласты), допускающие многократное размягчение при нагревании и становящиеся твердыми при нормальных условиях;

~ термореактивные (реактопласты), необратимо переходящие при нагревании  в твердое состояние, т.е. отверждающиеся.

3. По степени пластичности и эластичности: пластомеры (пластики) и эластомеры (эластики).

4. В зависимости от  структуры: гомогенные (однофазные) и гетерогенные (многофазные).

5. По виду наполнителя:  с твердым (например слоистые) и с газообразным наполнителями.

6. По применению пластмассы можно подразделить на конструкционные, прокладочные, фрикционные и антифрикционные, электроизоляционные, теплоизоляционные, облицовочно-декоративные.

Наполнители – это  органические и неорганические вещества в виде порошков, волокон, листов. Их добавляют в количестве 40 – 70 % для повышения механических свойств, снижения стоимости, изменения других параметров.

Слоистые пластики – это материалы, изготовленные горячим отвержением предварительно пропитанных синтетическими смолами и уложенных слоями полотен ткани, бумаги, древесного шпона и т.д. Представляют собой группу самых прочных и универсальных по применению конструкционных пластмасс. Листовые наполнители, уложенные слоями, придают материалам анизотропность.

Слоистые пластики играют большую роль при изготовлении различного вида машин и оборудования, особенно электротехнического назначения. Рост электротехнической промышленности и совершенствование электрических машин и аппаратов, выпускаемых ею, требует как неуклонного увеличения  объемов производства, усовершенствования самих слоистых пластиков, так и рационального их применения. 
Общие характеристики гетинакса

Гетинакс представляет собой слоистый пластик, получаемый на основе модифицированных фенольных, анилиноформальдегидных и карбамидных смол и различных сортов бумаги. Гетинакс устойчив к действию химикатов, растворителей, пищевых продуктов. Обладает высокими электроизолирующими свойствами, особенно хорош в условиях повышенной влажности атмосферы.

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Зависимость предела прочности для гетинакса

 

По назначению гетинакс подразделяют на электротехнический и  декоративный. Гетинакс электротехнический листовой ГОСТ 2718-74 представляет собой  слоистый материал, полученный методом  горячего прессования бумаги, пропитанной  термореактивным связующим на основе фенолформальдегидных или эпоксидных смол. Длительно допустимая рабочая температура гетинакса от -65 °С до +120 °С. Электротехнический листовой гетинакс бывает различных марок: гетинакс марки I, гетинакс марки V, гетинакс марки X, гетинакс марки ЛГ.

Таблица 1. Общие физико-механические свойства гетинакса

Плотность		кг/м	1300 – 1400
Предел прочности	при растяжении	МПа	80 – 100
	при сжатии		160 – 290
	при изгибе		80 – 100
Относительное удлинение  при разрыве		%	1 – 3
Твердость по Бринеллю		кгс/мм	25
Ударная вязкость		кДж/м	12 – 25
Модуль упругости		МПа	10000
Теплостойкость по Мартенсу		°С	150
Теплопроводность		кал/(см ·с·°С)	(5 – 8)·10

 

Гетинакс, как и все слоистые пластики, является анизотропным материалом. Его свойства неодинаковы в различных направлениях. Поэтому при описании этих свойств указывают, к какому направлению относится упомянутый показатель. Анизотропия у наблюдается как в механических, так и электрических свойствах. Анизотропия электрических свойств может быть иллюстрирована примером, когда электрическая прочность высоковольтного гетинакса в направлении, перпендикулярном слоям, составляет 25 – 30 МВ/м, в то время как вдоль слоев (параллельно слоям) она всего 1 – 2 МВ/м.

Некоторые виды электротехнического  гетинакса с одной стороны  облицовываются электролитической  медной фольгой толщиной 35 мкм. Такое  покрытие придает материалу дополнительную нагревостойкость и способностью к  самозатуханию.

Гетинакс, как и все  слоистые пластики, поддается обычным  способам механической обработки: обточке, сверлению, фрезерованию, распиловке и  штамповке. 
Сырье для производства гетинакса

Связующие

В качестве связующих  для производства гетинакса в  основном применяют феноло- и крезолоформальдегидные, эпоксидные, эпоксиднофенольные и меламиноформальдегидные водно-спиртовые смолы, иногда феноланилинформальдегидные.

Фенолоформальдегидные и крезолоформальдегидные связующие.

Для изготовления этих смол применяют главным образом различные фенолы и формальдегид в виде формалина. Если для изготовления смолы применен фенол то смолу называют фенолформальдегидной или фенольной. Если применяют смесь резолов, то смолу называют крезолоформальдегидной или крезольной. Наибольшее применение находят фенол и трикрезол.

Фенол в чистом виде – бесцветные игольчатые кристаллы с характерным запахом, на воздухе и под действием света окрашивается в розоватый, а потом в красноватый цвет. Плотность 1,06 г/см , температура кристаллизации 41 °С, температура кипения 182,1 °С, содержание фенола в техническом продукте 98 – 99,9 %. При температуре выше 65,3 °С фенол растворяется в воде в любых соотношениях. Он хорошо растворяется в спирте, эфире, бензоле. Фенол, а также его растворы ядовиты и оказывают сильное обжигающее действие на кожу. Различают синтетический фенол, который получают из бензола, и фенол, извлекаемый из продуктов термической переработки топлива.

Крезол выпускается в виде три-, ди- и ортокрезола. По внешнему виду крезолы представляют собой темные маслянистые жидкостисо специфическим запахом; плотность 1,03 – 1,05 г/см . В воде растворяются хуже, чем фенол. Хорошо растворяются в водных растворах щелочей, эфире и спирте. По токсичности сходны с фенолом. Получают крезолы выделением из фракции среднего масла каменноугольных смол, перегоняющейся между 205 – 220 °С.

Формальдегид  – бесцветный газ с резким специфическим запахом. Получают его окислением синтетического метилового спирта (метанола) или метана. Формальдегид хорошо растворяется в воде, и в промышленности обычно используют 37%-ный водный раствор формальдегида – формалин.

Эпоксидные связующие.

Эпоксидные смолы характеризуются наличием в составе молекул исходной смолы эпоксидных групп, обладающих высокой реакционной способностью по отношению к веществам, содержащим подвижный водород (амины, кислоты, спирты). Благодаря этому эпоксидные смолы можно переводить с помощью соответствующих отвердителей в высокополимеры трехмерной структуры и получать с их применением необходимую жесткость. Смолы отличаются высокими механическими и электрическими свойствами, а также нагрево- и влагостойкостью. Для изготовления листового гетинакса электротехнического назначения применяются эпоксидные смолы с эпоксидным числом от 14 до 25.

В настоящее время наиболее широко применяются эпоксидные смолы на основе продуктов реакции дифенилолпропана и эпихлоргидрина (диановые эпоксидные смолы).

Дифенилопропан (диан) представляет собой бесцветные кристаллы, температура плавления 156 – 157 °С, температура кипения 250 – 252 °С. Растворяется в метиловом, этиловом и бутиловом спиртах, ацетоне, уксусной кислоте; в углеводородах и воде растворяется плохо. В промышленности получается конденсацией фенола с ацетоном в присутствии кислот или ионообменных смол в качестве катализаторов.

Эпихлоргидрин – бесцветная прозрачная жидкость с температурой кипения 117-118 °С и плотностью 1,172 – 1,185 г/см . В воде не растворяется, но смешивается со многими растворителями (бензолом, толуолом, спиртом, ацетоном). Получается из пропилена под действием хлора и хлорноватистой кислоты.

Меламиноформальдегидные связующие.

Меламин – белый кристаллический порошок с плотностью около 1,6 г/см и температурой плавления около 350 °С. В воде он растворяется плохо (до 5 – 6 % при 100 °С), однако хорошо растворяется в формалине.

Меламиноформальдегидные смолы получаются из меламина и водного раствора формальдегида. Меламиноформальдегидная смола для слоистых пластиков электротехнического назначения изготовляется при соотношении: 1 моль меламина на 3 моля формальдегида (на 100 массовых частей меламина 250 частей 37%-ного формалина). Смесь меламина и формалина в присутствии катализатора (до 20 % триэтаноламина к массе меламина) нагревают до 40 – 60 °С, так чтобы получился 50%-ный водный раствор смолы с рН среды 8,0 – 8,5. Реакцию практически заканчивают тогда, когда весь меламин растворится и вязкость продуктов реакции достигнет такого уровня, что при добавлении воды происходит легкое их высаживание из раствора.

При изготовлении меламиноформальдегидных смол не получается надсмольных вод, в чем состоит одно из преимуществ этих смол перед фенолформальдегидными. Вторым преимуществом этих смол является их повышенная дугостойкость. Наряду с этим механические и диэлектрические свойства слоистых пластиков, изготовляемых на основе этих смол, не уступают тем, которые получаются на основе фенолформальдегидных смол.

Однако сравнительно высокая стоимость меламина сдерживала до сих пор их широкое применение. Дороговизна меламина объяснялась тем, что он получался через дициандиамид. Однако в последнее время разработан промышленный способ получения меламина из мочевины и аммиака. В связи с этим стоимость меламина может оказаться даже ниже стоимости фенола и меламиноформальдегидные смолы могут оказаться серьезным конкурентом фенолформальдегидных смол.