Прессматериалы

Аминопласты

Пресс-порошки с аминоальдегидным связующим, в которых в качестве наполнителей используется древесная, либо кварцевая мука, каолин или целлюлоза. Из аминопластов получают светлые и даже полупрозрачные изделия, либо изделия ярких тонов.

Способы производства аминопластов

В промышленности применяются 2 способа производства:

1. Мокрый (эмульсионный) – наиболее распространённый;

2. Сухой (суховальцевый) – обусловлен гидрофильностью порошка и нестабильностью растворов смол, что делает нецелесообразным их транспортировку.

Эмульсионный периодический способ

Стадии:

1. Приготовление конденсационного раствора;

2. Смешение композитов;

3. Сушка;

4. Измельчение;

5. Стандартизация;

6. Расфасовка и упаковка.

Конденсационный раствор, полученный при массовом соотношении мочевина: формалин (37%): уротропин (регулятор pH среды: при температуре >120оC нейтрализует муравьиную кислоту, образуя с ней комплексную соль) = 100:203:7, смешивают с 10-14%-ным раствором щавелевой кислоты (катализатор отверждения) до достижения рН=6,8-7,4, фильтруют и через мерник 1 подают в двухлопастной (с Z-образными лопастями) типа Вернер-Пфлейдерера смеситель 2 объемом до 1 м3. В смеситель 2 загружают измельченную или листовую сульфитную целлюлозу и добавки: смазочные вещества (обычно стеарат цинка Zn(OCOCH3)2), пигменты (например, литопон, включающий от 15 до 60% ZnS, BaSO4, ZnO и др.) или красители, катализаторы отверждения (щавелевую и фталевую кислоты, хлорид аммония и сульфат цинка, моноуреид фталевой кислоты NH2CONH-CO-C6H4-COOH).

Примерная рецептура загрузки в смеситель 2 (м.ч.): конденсационный раствор – 100, целлюлоза – 25, добавки – 3.

Режим смешения: 45-30 °С., 2-3 ч, 25 об/мин – передние лопасти, 17 об/мин – задние. Причём каждые 15 мин направление вращения лопастей меняют на противоположное.

На поверхности и в объёме протекает поликонденсация моно- и диметилолмочевины, сопровождающаяся снижением содержания свободной CH2O.

Затем смесь подают в вакуум-гребковую сушилку 3. Тсушки 160 °С., остат. Р 60-80 кПа, время 8 ч. Удаление влаги обеспечивает смещение равновесия (поликонденсация идёт глубже). Контроль процесса ведут по текучести по Рашигу (60-160 мм).

Высушенная масса охлаждается до 30 °С. и в бункерных тележках 4 транспортируется на стадию измельчения в шаровую мельницу 6. Измельчение проводится стальными, фарфоровыми или диабазовыми шарами с диаметром 35-70 мм при соотношении масс измельчаемого материала и шаров 1:3,5-4,5. Производительность мельницы с рабочим объемом 1,5-2 м3 при скорости вращения 28-36 об/мин и массе загруженных шаров 600 кг составляет 140-180 кг/операцию.

Измельченный пресспорошок для укрупнения партий подают в снабженный перегородками на внутренних стенках смеситель барабанного типа 8 с рабочим объемом 5-10 м3 и скоростью вращения 6-10 об/мин. Порошок укрупненной партии просеивают на вибросите 10 и разделяют на две части: товарную и отсев, направляемый на повторный помол.

Меламиноформальдегидный пресс-порошок. Мелалит

Производство мелалита совмещают с производством меламиноформальдегидного олигомера непрерывным способом.

Стадии: 

1. Получение раствора меламиноформальдегидного олигомера;

2. Смешение компонентов (получение сырой массы);

3. Сушка композиции;

4. Измельчение сухой массы и введение добавок;

5. Просеивание, фасовка, упаковка.

Формалин нейтрализуют 10% раствором соды до рН 8-8,5 из нейтрализатора 1 и непрерывно подают в аппарат 2, куда также из дозатора 3 подают меламин. Растворяют при 90 °С. несколько минут. Затем подают в трубчатый реактор 4. В реакторе смесь находится 37-40 сек при 110-120 °С. Затем сушат в трубчатой сушилке 5.

Предварительно измельченную в дозаторе-измельчителе 9 сульфитную целлюлозу вместе с раствором олигомера при 80-90 °С подают в смеситель 11. После перемешивания в течение 10 минут сырую (рыхлую влажную) массу сушат при температуре 150 °С. в течение 1,5-2 ч в высокопроизводительной сушилке 12. Сухую массу направляют в шаровую мельницу непрерывного действия 13 , где при измельчении вводят остальные добавки композиции (пигменты, красители, смазочные вещества, катализатор отверждения – моноуреид фталевой кислоты). Измельченный пресс-порошок просеивают на вибросите 14. Отсев (крупную фракцию) возвращают на измельчение, товарный пресспорошок (мелалит) упаковывают в мешки.

Требования к мелалиту:

1. Влагосодержание 3,5-4 %;

2. Текучесть по Рашигу 60-160 мм;

3. Уд. объём 3,5 м3/т;

4. Усадка порядка 0,8%;

5. Физ-мех показатели близки к фенопластам. Плотность 1350-1450 кг/м3.

6. Предел прочности на сжатие 120-150 МПа, на изгиб – 60-90 МПа;

7. Ударная вязкость 5-8%; Водопоглощение 1-1,5%.

Отличительные свойства: Окрашивается в различные тона; хорошая поверхностная твёрдость; дугостойкость и даже дугогашение (за счёт содержания азота); достаточная устойчивость к слабым кислотам, щелочам, маслам, спиртам, бензину.

Недостатки: низкая теплостойкость (до 75 °С.); высокое водопоглощение; низкая скорость отверждения.

Пресс-материалы с волокнистым наполнителем

К этой группе относят гетерогенные пластмассы, включающие в качестве наполнителя минеральные или органические волокнистые вещества (хлопковая целлюлоза, длинноволокнистый асбест, стекловолокно). Связующее – термореактивные ф/ф резолы, эпоксидные олигомеры, ненасыщенные полиэфиры и др.

В состав этой группы входят: 

– волокниты;

– асбомассы;

– фаолиты;

– стекловолокниты;

– премиксы.

Отличительная черта пластмасс с волокнистым наполнителем – высокие физико-механические показатели (за счёт наполнителя).

Волокнит. Периодический способ.

Пресс-материал, содержащий хлопковую целлюлозу длиной 2-12 мм (хлопковый пух, также применяющийся для изготовления взрывчатки). Связующее – эмульсии или водно-спиртовые растворы резолов ф/ф смол, обеспечивающие хорошую пропитку наполнителя.

Рецепт: резол 46 %, целлюлоза 43,8 %, тальк (для повышения текучести и водостойкости) 7,45 %, олеиновая кислота (смазка) 2 %, оксиды магния и кальция – 0,75 %.

Стадии: 

1. Подготовка сырья; 2. Смешение компонентов; 3. Сушка; 4. Стандартизация и упаковка.

Резол из отстойника 1, спирт из мерника 3 и олеиновая кислота из мерника 4 подаются в смеситель-стандартизатор 2, откуда через мерник 5 – в смеситель тарельчатого типа – бегуны 6.

Туда же – целлюлоза и минеральные добавки (тальк, CaO, MgO), рассеянные на вибросите 7, через смеситель 8 и бункер 9 в смеситель 6.

Смеситель тарельчатого типа (бегуны).

Массивная чугунная чаша, на поверхности которой расположены 2 массивных катка (1-3 тонн), причём именно чаша вращается вокруг оси, а катки катаются по поверхности чаши со скольжением, чтобы лучше распушивать массу для лучшей пропитки на следующих стадиях. Вначале загружается измельченная целлюлоза, затем заливается связующее, и в течение 15-20 мин происходит процесс пропитки. Затем добавляют сыпучие компоненты (опудривают). Затем волокнит через бункер 10 подают на сушку 11. Сушат горячим воздухом при 75 °С. до остаточного содержания летучих 3,5-5,5 %. Контроль ведут по показателю текучести по Рашигу (40-140 мм) и по внешнему виду отпрессованного стандартного диска.

Высушенный волокнит подают в бункер 12, затем – в смеситель-стандартизатор 13, оттуда – на расфасовку и упаковку.

Отличительные свойствава волокнитов: повышенная ударная вязкость (не менее 9 кДж/м2) (у пресс-порошков 3-5 кДж/м2), высокая прочность на истирание и статический изгиб (80 МПа), достаточная стойкость к действию слабых кислот и оснований.

Перерабатываются методом прессования, нашли свое применение для изготовления деталей с повышенной прочностью на истирание, изгиб, кручение и хорошими антифрикционными свойствами.

Стекловолокнит

Пресс-материал на основе короткого стекловолокна и термореактивного связующего. Наиболее широко применяются ф/ф резолы, модифицированные поливинилбутиралем (клей БФ), фенолофурфуролоальдегидные олигомеры, ненасыщенные полиэфиры, полиорганосилоксаны и др.

Связующее определяет химическую стойкость и диэлектрические показатели пластмассы. В качестве стекловолокна предпочтение отдают алюминий-боросиликатному бесщелочному стеклу, которое при прочих равных условиях на 20% прочнее, чем щелочное стекловолокно. В то же время стекловолокно из известково-натриевого щелочного стекла обладает более высокой гигроскопичностью и обеспечивает повышенную кислотостойкость.

Т.к. стекловолокно обладает ярко выраженной гидрофильностью, т.е. на развитой поверхности стекловолокна образуется гидратная «шуба», то в производстве стекловолокнитов и прочих стеклопластиков возникает задача по  гидрофобизации поверхности наполнителя с целью повышения адгезии гидрофобного связующего к наполнителю, и получению повышенных физико-механических показателей конечного материала. Для этого в технологическом процессе предусмотрены две дополнительные операции: расшлихтовка и аппретирование

Суть расшлихтовки: удаление замасливателя, содержащего связующие (ПВС, крахмал, желатин), смазку (мин. и раст. масла) и ПВА (аммоноспирты). Расшлихтовку проводят тремя способами:

1. Термообработка при 300-600 °С.;

2. Обработка растворителем (если шлихта гидрофоб, обработка производится бензином или CCl4, если гидрофил – мыльными растворами);

3. Обработка растворителем при одновременном воздействии ультразвука.

Аппретирование снижает гидрофильность стеклонити путём создания «переходного мостика» между стеклом и связующим. Для каждого связующего – свой аппрет. Наиболее распространены аппреты на основе кремнийорганических соединений.

Наполнитель определяет физико-механические показатели.

Производство волокнита:

1. Подготовка сырья; 

2. Пропитка наполнителя;

3. Сушка и упаковка.

Процесс получения стекловолокнита аналогичен получению волокнита, но со своими особенностями. И исходное стекловолокно, и готовый стекловолокнит подвергают распушиванию. Стекловолокно нарезают на куски 20-100 мм и распушивают на раздирочных станках.

Промышленность выпускает стекловолокнит 2-х марок:

АГ-4В и АГ-4С

АГ – изобретатель пластической массы Александр Гуляев;

4В – спутанное стекловолокно, пропитанное смолой, предназначенное для изготовления изделий любой конфигурации;

4С – ориентированные стеклонити или стеклоленты (С – соломка), предназначенное для изделий плоской формы.

Перерабатывается прессованием, пресс-литьём. Наиболее выдающиеся свойства – высокая вибростойкость, химическая стойкость, хорошие электро- и теплоизоляционные свойства, высокие прочностные показатели.

Премиксы

Премиксы – это стеклопластики, представляющие собой предварительно смешанные композиции, получаемые смешением термореактивного полимера с наполнителем и различными добавками.

В состав композиции входят связующее, загуститель, наполнитель, инициатор, краситель и смазка. В качестве связующего применяют смесь термореактивных ненасыщенных полиэфиров марок ПН-1, ПН-2 и др. (20-30%) с термопластами (5-10%), ограниченно совместимыми с полиэфирами и существенно снижающими усадку полиэфирных премиксов. Загустителями служат вещества, в присутствии которых вязкость связующего в результате химической реакции за сравнительно короткое время возрастает на 2-4 порядка. Обычно загустителем служит оксид магния с дозировкой до 1%. Повышение вязкости достигается также применением в качестве мономера диаллилфталата строения C6H4(CO-O-CH2-CH=CH2)2

Наполнитель составляет 50-80% композиции, причем обычно применяют от 5 до 30% смеси волокнистых наполнителей (нарезанное длиной 15-20 мм стекловолокно, асбест и др.) и порошковый наполнитель (мел, каолин, кремнезем), снижающий усадку. Инициаторами сополимеризации (отверждения композиции) могут быть как пероксиды, так и редокс-системы. Из красителей наибольшее применение получили бирюзовый или алый лак, оксиды титана и хрома. Содержание смазки (обычно стеараты кальция и магния) в композиции не превышает 1%.

Производство премиксов может быть как периодическим, так и непрерывным. Прессматериалы готовят в Z-образных двухвальных смесителях. Суть технологического процесса и последовательность операций периодического производства: 1) в смеситель загружают полиэфир, инициатор и пигмент в виде пасты и перемешивают; 2) вводят смазку и дополнительно перемешивают; 3) загружают порошковый наполнитель и снова перемешивают; 4) загружают рубленое стекловолокно (или другой волокнистый наполнитель) и подвергают массу окончательному смешению в течение 15-20 минут. Товарный продукт выпускают в виде пасты (тестообразной массы) или таблетируют (гранулируют). Композиция может храниться в темном помещении при температуре не выше 20 °С. в течение 3-6 месяцев.

Премиксы перерабатывают в изделия прессованием при температуре 130-150 °С., давлении 2-10 МПа и выдержке 0,5-1 минута на один мм толщины изделия, а также литьем под давлением.

Применение премиксов в сравнении с обычной технологией производства изделий из стеклопластиков имеет ряд преимуществ:

1) переработка премикса отделена от производства связующего, где применяют летучие токсичные мономеры (стирол и др.);

2) усадка премиксов в связи с включением в рецептуру минерального наполнителя значительно меньше;

3) при прессовании премиксов не происходит отжима связующего от стекловолокна.

Асбомассы

Асбомассы, или асборезольные пресс-материалы, представляют собой композиции на основе резольных олигомеров и минерального наполнителя — асбеста. Применяется короткое прочное асбестовое волокно, состоящее из тонких эластичных волокон 2-х видов: серпентит (хризотиловый асбест 3MgO*2SiO2*2H2O) и амфиболовый асбест (антофилитовый асбест MgFe2O*SiO2). Хризотиловый асбест даёт повышенную механическую прочность, тепло- и водостойкость, антофилитовый обеспечивает высокую химическую стойкость.

В качестве связующих в производстве асбомасс используют водоэмульсионные и водно-спиртовые фенолоформальдегидные, фенолокрезолоформальдегидные, а также фенолоформальдегидные олигомеры, модифицированные канифолью. В качестве смазки для асбомасс применяют сульфированную ворвань, олеиновую кислоту или мыла жирных кислот в виде 50—60%-ного водного раствора.

Ниже приведена примерная рецептура асбомассы (в масс.ч.):

Олигомер (на сухую массу): 33 масс.ч.

Тальк: 5 масс.ч.

Асбестовое волокно: 60 масс.ч.

Олеиновая кислота: 2 масс.ч.

В рецептуру асбомассы могут входить также графит, латунная стружка (для улучшения теплопроводности), молотый барит (для повышения водостойкости) или молотый барит в сочетании с латунной стружкой.

Процесс производства асбомассы состоит из стадий:

1. подготовки сырья,

2. смешения компонентов,

3. обработки сырого пресс-материала на прессе и на вальцах,

4. сушки и усреднения.

Суть подготовки сырья сводится к двум операциям: а) разбавлению олигомера спиртом до заданной вязкости раствора и б) очистке асбеста от металлических примесей пропусканием через магнитные сепараторы. Разбавленный раствор олигомера через весовой мерник 1 и остальные компоненты рецептуры (кроме асбеста) подают в двухлопастной смеситель 2 и перемешивают в течение 10 минут, затем подают очищенный асбест и продолжают перемешивание 50-70 минут. При этом асбестовое волокно не пропитывается, а только обволакивается олигомером. Для более полного обволакивания и повышения однородности смеси сырой прессматериал многократно прессуют под давлением 10 МПа (операция на схеме не показана). Прессованную смесь подают на смесительные бесфрикционные вальцы 3, где материал многократно пропускают между валками, зазор которых постепенно уменьшают от 12-18 мм до 1,5-2,5 мм. Вальцованную массу измельчают в дробилке 4, измельченный материал сушат при температуре 80-100 °С и остаточном давлении 26-32 кПа в ленточной сушилке 5. Высушенный материал охлаждают в шкафу 6 и направляют на стандартизацию и упаковку.

Асбомассы обладают хорошими фрикционными свойствами и повышенной теплостойкостью. По водостойкости и диэлектрическим свойствам асбомассы значительно уступают пресс-порошкам. К недостаткам асборезольных пресс-материалов относятся также их сравнительно невысокая прочность при растяжении и малая текучесть при прессовании, что затрудняет изготовление из них тонкостенных изделий сложного профиля. Применяются как фрикционный материал (тормозные колодки экскаваторов, ж/д вагонов), диски сцепления для автомобилей.