Гетинакс

Феноланилинформальдегидные  связующие.

Связующее на основе фенола, анилина и формальдегида находит сравнительно ограниченное применение вследствие того, что слоистые пластики на основе такого связующего обладают меньшими монолитностью и теплостойкостью по Мартенсу. Однако этот вид смол по своим электрическим свойствам превосходит даже крезолоформальдегидные.

Анилин – маслянистая жидкость от светло-желтого до красновато-коричневого цвета. Плотность 1,023 г/см , температура кипения 184 °С, застывает при -8 °С. Сильно ядовит. В воде растворяется слабо. В промышленности анилин получают в большинстве случаев восстановлением нитробензола железом в присутствии электролитов.

Наполнители

Для гетинакса электротехнических марок  в качестве наполнителя  применяют бумагу из сульфатной целлюлозы, так как она механически более прочная, более термостабильная и имеет меньшую кислотность, чем например сульфитная бумага. Для декоративных сортов гетинакса используют бумагу на основе сульфитной целлюлозы или смеси сульфитной и хлопковой целлюлоз. Для толстых листов гетинакса применяют пропиточную бумагу, лучше впитывающую смолу, а для намоточных изделий (цилиндров, стержней, труб) – намоточную, хуже впитывающую.

Бумаги из целлюлозы  относятся к органическим наполнителям, они изготавливаются из целлюлозных волокон следующим способом. Сначала волокна подвергают размолу в массных роллах с избытком воды. После размола длина целлюлозных волокон находится на уровне от 0,1 до 2,5 мм и не превышает 4 мм. Толщина волокон при этом колеблется в пределах 0,01 мм. К полученным таким образом волокнам добавляют избыток воды и взвесь их в воде подается на движущуюся сетку бумажной машины, где волокна, перепутываясь друг с другом, формируют бумагу, содержащую еще значительное количество воды. При этом волокна располагаются главным образом вдоль движения сетки машины (продольное направление бумаги). В дальнейшем из мокрой бумаги избыточное количество воды удаляется сначала вакуумным отсосом, затем отжимом между валами, и наконец, сушкой на горячих барабанах бумажной машины. Полученная бумага разрезается на нужную ширину и сматывается в рулоны.

Целлюлоза – наиболее распространенный природный полимер, главная составная часть клеточных стенок растений. Выделение целлюлозы из природных материалов основано на действии реагентов, разрушающих или растворяющих нецеллюлозные компоненты клеток растений.

Хлопковую целлюлозу получают из короткого  хлопкового волокна – линта, с  длиной волокна не более 6 мм. Технологический  процесс состоит из следующих стадий: механическая очистка линта, варка и промывка линта, отбелка, промывка и сушка.

Сульфитная целлюлоза  является разновидностью древесной  целлюлозы. Она производится следующим  способом: древесная щепа обрабатывается в больших котлах водным раствором бисульфита кальция, содержащим 1,5 – 2,5 % связанной и 3 – 6 % свободной двуокиси серы. Варка проводится 10 – 15 ч при 125 – 150 °С под давлением 4 – 6 кгс/см . В результате лингин образует с сернистой кислотой сульфоновые кислоты, которые затем переходят в водорастворимые соли кальция. Прочие примеси гидролизуются до низших поли- и моносахаридов.

Сульфатную целлюлозу  также получают из древесины, но уже  с добавлением  сульфата натрия. Древесина обрабатывается 6 – 8%-ным раствором Na SO при 150 – 180 °C в течение 6 ч под давлением 6 – 8 кгс/см . Лингин при этом растворяется с разложением, гемицеллюлозы гидролизуются, смолы растворяются в виде натриевых солей смоляных кислот, а жиры омыляются. В результате получается высококачественная целлюлоза.

Асбестовые бумаги относятся к неорганическим наполнителям и изготовляются из асбестовых волокон по технологии и на оборудовании, аналогичным применяемым для изготовления целлюлозных бумаг.

Асбестовые волокна, получаемые из минерального природного асбеста, состоят  главным образом из силикатов  магния. Асбест, или «горный лен», представляет собой природный волокнистый материал, обладающий огнестойкостью, кислото- и щелочестойкостью и достаточно высокой механической прочностью. Известны два вида асбеста: серпентиновый и амфиболовый. Для изготовления электротехнических бумаг и тканей применяют хризотиловый асбест, который является разновидностью серпентинов и отличается высокими механическими свойствами и пониженной кислотостойкостью. В его состав входят силикаты в примерных соотношениях (в пересчете на окислы): SiO до 42 %, MgO до 40 %, Fe2O3 и FeO до 2 %.

Характерной особенностью асбеста как волокнистого наполнителя  является отсутствие внутренних каналов  в элементарных волокнах, благодаря  чему асбестовые волокна не пропитываются, а только обволакиваются связующим, что затрудняет равномерное распределение связующего в наполнителе. Поэтому для улучшения пропитки применяют специальные методы, например добавление бумажных волокон к асбестовым.

Для электротехнических видов гетинакса применяют два  вида асбестовых бумаг: с добавкой до 10 % хлопкового волокна и 100%-ные асбестовые бумаги, имеющие в своем составе от 3 до 5 %  проклеивающего состава. В качестве проклейки применяют поливинилацетатную или каучуковую эмульсию. Добавление 10 % хлопковых волокон увеличивает разрывную прочность асбестовых бумаг. Однако такая добавка снижает нагревостойкость и поэтому первый тип асбестовой бумаги применяется для слоистых пластиков с нагревостойкостью только до класса В.

 Физико-химические основы производства гетинакса

Производство состоит  из следующих основных процессов:

- подготовка сырья;

- пропитка наполнителя  связующим;

- сушка пропитанного  наполнителя;

- раскрой и укладка  пакетов;

- прессование.

При изготовлении гетинакса  для пропитки и сушки бумаги применяют  горизонтальные машины. В таких машинах  сушильная камера располагается горизонтально, и пропитанная бумага проходит на поддерживающих валиках. В процессе эксплуатации валики обрастают прилипающей к ним смолой, что является крупным недостатком горизонтальных машин. Но несмотря на подобные недостатки, применение вертикальных пропиточно-сушильных машин, в которых они отсутствуют, для пропитки бумаги невозможно, поскольку бумага в мокром виде становится непрочной и рвется под собственной тяжестью.

Метод пропитки, который  используется при изготовлении гетинакса, называется мокрым методом пропитки, так как при в качестве связующего применяются водно-спиртовые растворы смол. Данный способ является наиболее экономичным, но возникает необходимость улавливать и использовать растворитель. Для использования ценных продуктов, содержащихся в виде паров (фенола, спирта), и улучшения санитарно-гигиенических условий на производстве и состояния окружающей среды воздух из пропиточной машины направляется на рекуперационную установку. Установка состоит из вентилятора высокого давления, холодильников, ловушек, адсорберов, конденсатора, сборников, насосов и ректификационной колонны. Паро-воздушная смесь поступает из пропиточной машины в ловушку-брызгоотделитель, откуда капли фенола и начальные прдукты конденсации стекают в сборник конденсата. После этого паро-воздушная смесь подается вентилятором высокого давления через серию холодильников, охлаждаемых от 20 – 25 до 5 – 8 °С, и освобождается от фенола. Улавливание спирта происходит в двух работающих поочередно адсорберах, заполненных активированным углем. После насыщения активированного угля спиртом адсорбер отключается и в работу включается второй адсорбер, а первый переводится на регенерацию угля продувкой паром. Смесь водяных паров и спирта поступает из адсорбера в конденсатор. Конденсат подается в сборник разбавленного спирта, откуда перекачивается насосом на ректификацию.

Паровые обогревающие трубы в горизонтальной пропиточно-сушильной машине расположены как над проходящей через шахту бумагой, так и под ней. Бумага подается с рулона 1 через сушильный барабан 2 и ролик 3 в пропиточную ванну 4. пропитанная бумага проходит отжимные валики 6 и поступает на сушку в камеру 10. Температура в сушильной шахте постепенно повышается от зоны к зоне. Скорость движения бумаги в среднем ~10 м/мин при конечной температуре сушки ~120 °С. Высушенная бумага наматывается в рулон 15, который переносится на бумагорезательную машину для на резания листов и складывания их в пакеты.

Рис. 2. Схема горизонтальной пропиточно-сушильной машины:

1 – рулон наполнителя; 2 – сушильный барабан; 3, 7 – направляющий ролик; 4 – пропиточная ванна; 5 – валик; 6 – отжимные валики; 8 – прижимные валики; 9 – поддерживающие ролики; 10 – сушильная камера; 11 – обогревающие трубы; 12 – вытяжной зонт; 13 – ведущие валики; 14 – натяжные валики; 15 – рулон, пропитанный связующим.

Во время сушки удаляются  летучие (спирт, вода и др.) и происходит дальнейшая поликонденсация связующего, в частности резольная смола  частично переходит в резитол.

Таблица 2. Основные параметры режима пропитки и сушки наполнителей

Скорость пропитки		м/мин	10 – 15
Температура сушки	начальная	°С	70 – 80
	конечная		120
Содержание в высушенном материале	связующего	%	38 – 68
	летучих		0,5 – 12

 

Физико-механические и  электрические свойства зависят  от вида и содержания связующего, типа и толщины листового наполнителя, способа нанесения связующего и метода переработки пропитанных листовых материалов. При увеличении содержания смолы улучшаются электрические свойства, уменьшается водопоглощение, делаются более постоянными все свойства, снижается износ и уменьшается коэффициент трения. Одновременно увеличивается хрупкость и снижаются механические свойства. Чем выше содержание смолы, тем легче его прессовать. В бумаге для влагостойких сортов гетинакса содержится 62 – 67 % смолы. Для понижения горючести в состав вводят антипирены.

Пропитанная бумага гигроскопична  и поэтому перед прессованием подвергается дополнительной просушке. Из пропитанной бумаги прессуют плиты  различной толщины на этажных  прессах и трубы на трубонамоточных машинах.

Из пропитанных высушенных полотен намоткой и отвержением  при нагреве получают так называемые намоточные изделия – трубы, стержни, втулки и т.п.

Изготовление листов складывается из следующих операций: раскроя пропитанной бумаги, набора пакетов, прессования и обрезки готовых листов.

Пропитанная бумага в  рулонах разматывается и нарезается на листы требуемого размера на специальных резальных машинах либо на раскладочно-раскройных станках.

Набирают пакеты пропитанного материала по наборному числу (коэффициенту), т.е. числу слоев пропитанного материала на 1 мм толщины готового листа. При наборе пакетов полотна ткани должны укладываться совершенно ровно по длине и ширине.

Прессование проводится на этажных гидравлических прессах. Так как пропитанная бумага менее хрупка, то гетинакс можно прессовать при более высоких удельных давлениях.

 

 

Таблица 3. Типовой режим прессования

Толщина листа	мм	0,3 – 50
Выдержка на 1 мм толщины	мин	4 – 5
Удельное давление	кгс/см	100 – 150
Температура греющих плит	°С	150 – 160
Дополнительная термообработка		При 120 – 130 °С в масле или воздухе

 

Выдержка считается  с момента достижения плитами  пресса температуры прессования. Обогревают плиты пресса обычно паром 5 – 8 кгс/см . Загрузка пакетов в пресс начинается при подогретых до 40 – 60 °С плитах. Прогрев пакетов материала проводят под небольшим давлением. Нагревают плиты пресса до температуры прессования постепенно. За 10 – 15 минут до окончания выдержки подачу пара прекращают. После окончания выдержки через плиты пресса пропускают воду для охлаждения до 20 – 50 °С, после чего начинают разгрузку пресса.

Вынутые из пресса листы  и плиты поступают на обрезку. Обрезку проводят механическими  гильотинного типа ножницами или  круглыми пилами (фрезами). Чем ровнее были сложены листы, тем меньше получается отходов при обрезке.

Рис. 3. Этажный пресс:

1 – верхняя неподвижная  плита;

2 – рабочие плиты;

3 – колонны;

4 – нижняя плита;

5 – подвижный стол;

6 – рабочий плунжер;

7 – вспомогательные плунжеры для

предварительного сжатия;

8 – цилиндры вспомогательных  плунжеров;

9 – рабочий цилиндр.

Применение  гетинакса

Электротехнический гетинакс применяют в качестве электроизоляционного материала в производстве электромашин, в трансформаторах и телефонной аппаратуре, в радиотехнике, в высоковольтной аппаратуре. Из него изготавливают электроизоляторы, пластинчатые и трубчатые панели, колодки зажимов, изолирующие шайбы, прокладки, трубы и цилиндры. Фольгированный гетинакс применяют для изготовления плат для печатных схем.