Композиционные порошковые пластмассы и слоистые пластики

Композиционные порошковые пластмассы предназначены для изготовления изделий методом горячего прессования или литья под давлением, состоят:

- из связующего вещества (пространственные или линейные полимеры – искусственные смолы);

- из наполнителя (порошкообразного, волокнистого, листового и др.);

- пластификатора, увеличивающего пластичность и уменьшающего хрупкость материала;

- красителя, придающего пластмассе определенную окраску.

Рассмотрим вначале различные смолы, которые используют в качестве связующего.

2.4.4.1. Феноло-формальдегидные смолы

Феноло-формальдегидные смолы производятся в значительных количествах.

Эти продукты полконденсации фенола Н₅С₆-ОН (или крезола Н₃С-С₆Н₄-ОН и аналогичных веществ) с формальдегидом Н₂СО. Они производятся посредством нагрева в закрытом котле водного раствора фенола и формальдегида в присутствии катализатора.

Феноло-формальдегидные смолы могут быть изготовлены как термореактивными, так и термопластичными. Если в реакции смолообразования на один моль фенола приходится не менее одного моля формальдегида, получается термореактивная смола, так называемый бакелит. При его изготовлении берется щелочной катализатор (аммиак для смол электроизоляционного назначения). Бакелит в готовом виде обладает высокой механической прочностью, он малоэластичен. Отрицательным его свойством является склонность к трекингу (образованию на его поверхности проводящих электрический ток следов при воздействии электрических разрядов).

Бакелит применяется для пропитки дерева и др. материалов, в частности при изготовлении слоистых пластиков – гетинакса, текстолита и др.

Если при варке смолы из фенола и формальдегида взять менее 1 моля формальдегида на 1 моль фенола и применить кислотный катализатор (например, соляную кислоту), то получится смола типа новолока. Новолок является термопластичной смолой и после нагрева сохраняет плавкость и растворимость. Он широко используется для изготовления пластических масс.

Из-за наличия в молекуле смолы гидроксильных групп – ОН, молекулы полярны. Менее полярен крезо-формальдегидные смолы (СН₃-С₆Н₄-ОН).

При замене фенола анилином С₆Н₅NН₂ получают анилино-формальдегидные смолы их полярные свойства ещё менее выражены, т.к. группа NН₂ менее полярна, чем ОН.

2.4.4.2. Полиэфирные смолы

Полиэфирные смолы– продукты поликонденсации различных спиртов и кислот (или их ангидридов). Смолы, получаемые из двухатомных спиртов (гликолей), имеющих две гидроксильные группы –ОН в молекуле, и из двух основных органических кислот, имеющих две карбоксильные группы –СООН в молекуле. Эти смолы термопластичны.

Смолы, получаемые из трехатомных спиртов (глицеринов) и не менее чем двухосновных кислот, термореактивны.

а) Глифталевые смолы – продукт поликонденсации трехатомного спирта (глицерина НО-СН₂-СНОН-СН₂-ОН) и фталевого ангидрида (продукт окисления нафталина) термореактивны, но для запекания требуют более высокой температуры, чем бакелит (более 140⁰С). Преимуществом глифталя перед бакелитом являются более высокие эластичность, клейкость, стойкость к тепловому старению и трекингстойкость. Не запеченный глифталь растворим в смеси спирта с бензолом, в ацетоне и некоторых др. растворителях, полностью запеченный глифталь стоек к действию растворителей.

б) Полиэтилентерефталат – термопластичная смола, получаемая поликонденсацией гликоля НО-СН₂-СН₂-ОН и терефталевой кислоты НООС-С₆Н₄-СООН.

При молекулярной массе около 30000 эта смола имеет значительную механическую прочность и высокую температуру размягчения (»200⁰С). применяется для изготовления волокон, гибких пленок, для изготовления эмалированных проводов. В России смола производится под названием лавсан, за рубежом майлар, хостафан, терен, дакрон и др. При повышении температуры на воздухе лавсан заметно окисляется, поэтому обработку размягченного материала производят в атмосфере ней трального газа (азота).

2.4.4.3. Эпоксидные смолы

Эпоксидные смолы характеризуются наличием в их молекуле эпоксидных групп («колец»).

O

H₂C CH₂

Эпоксидные смоля являются продуктами поликонденсации хлорированных глицеринов с двухатомными фенолами в щелочной среде.

В зависимости от химического состава соединений, из которых осуществляется синтез этих смол, они подразделяются на диановые (или бесфенольные) и циклоалифатические.

Циклоалифатические смолы более трекингстойки и короностойки.

Эпоксидные смолы в чистом виде являются термопластичными, растворяются в ацетоне и других растворителях, могут длительно храниться, не изменяя свойств. Однако после добавления к ним отвердителей быстро отверждаются, приобретая пространственное строение. Поэтому смолы с отвердителем являются уже термореактивными материалами.

В зависимости от типа отвердителя отверждения эпоксидных смол может производиться либо при нагреве (обычно до 80-150⁰С), либо при комнатной температуре (холодное отверждения). Отверждение может производиться без внешнего давления, что упрощает технологический процесс, либо при повышенном давлении. В последнем случае электрическая изоляция обладает более высокой электрической прочностью.

Распространенным отвердителями для холодного отверждения является азотосодержащие вещества (амины, диамины). Для отверждения при нагреве – ангидриды органических кислот. Выбор отвердителя влияет на свойства (эластичность, нагревостойкость) смолы.

Преимущество эпоксидных смол в малой (0,5-2%) усадке, способствующей получению монолитной изоляции и высокой адгезии к различным пластичным массам, стеклам, керамике, металлам и др. материалам (адгезия усиливается при наличием в отвержденной смоле гидрооксидных групп –ОН).

Эпоксидные смолы применяют при изготовлении лаков, клеев, заливочных компаундов.

Эпоксидные смолы – токсичны, а после отверждения теряют токсичные свойства.

2.4.4.4. Кремнийорганические смолы

Кремнийорганические смолы (полиорганосилоксаны, силиконы).

В их состав помимо характерного для органических полимеров углерода С входит кремний (он является одной из важнейших составных частей многих неорганических диэлектриков: слюды, асбеста, ряда стекол, керамических материалов).

Основа строения молекулы – силоксановая группировка чередующихся атомов кремния и кислорода.

Полиорганосилоксаны могут быть термопластичны и иметь линейное строение и термореактивными с образованием пространственных структур.

Силиконовая связь Si-O более прочна, чем связь С-С, но менее прочна, чем C-F во фторорганических соединениях, что и определяет более высокую нагревостойкость кремнийорганических соединений по сравнению с большинством рассматриваемых здесь органических полимеров.

Кремнийорганические смолы используются в лаках, компаундах и конечно в пластмассах. Некоторые из пластмасс весьма эластичны (например, кремнийорганические каучуки). Электроизоляционные свойства кремнийорганических соединений высоки даже при повышенной температуре. Их высокая нагревостойкость дает возможность использования в композиции с нагревостойкими неорганическими материалами (слюда, стекло волокно, асбест) в виде миканитов, стеклолакотканей.

Однако эти материалы сравнительно дороги и имеют низкую механическую прочность.

Дата добавления: 2014-01-20