3.10.3.2. Фенопласты

Фенопласты, фенольные пластики(Ф.) – пластмассы на основе феноло-альдегидных смол, главным образом феноло-формальдегидных.

Кроме олигомера, Ф. могут содержать наполнитель, отвердитель для новолачных Ф., катализатор отверждения для резольных Ф., пластифика-тор, смазывающее вещество, аппрет, порообразователь, краситель. Разли-чают Ф. ненаполненные (см. Феноло-формальдегидные олигомеры) и на-полненные, в том числе вспениваемые (см.Газонаполненые фенопласты).

Наибольшее практическое значение имеют прессовочные материалы.В зависимости от применяемого наполнителя и степени его измельчения все пресс-материалы можно разделить на три типа: с порошкообразным наполнителем (пресс-порошки), с волокнистым наполнителем (волокниты, фаолиты, асбомассы и др.) и с листовым наполнителем (слоистые пластики).

Пресс-материалы с порошкообразым наполнителем

Пресс-порошки применяются для изготовления самых разнообразных изделий  бытовых и технических. В зависимости от назначения изделий к ним предъявляются различные требования, которые удовлетворяются выпуском пресс-порошков со специальнымисвойствами. Технология изготовления пресс-порошков различных марок во многом сходна, хотя и имеются существенные различия.

Основные компоненты пресс-порошков. Пресс-порошки представляют собой композиции, в состав которых входят олигомер, наполнитель, отвердитель и ускоритель отверждения олигомера, смазывающее вещество, краситель и различные специальные добавки.

Связующие. Олигомер является связующим в пресс-материале, обес-печивающим пропитку и соединение частиц остальных компонентов в гомогенную массу при определенных давлении и температуре. За счет от-вержденного олигомера достигается монолитность и сохранение заданной формы готового изделия. Свойства олигомеров определяют основные свойства пресс-материалов. Например, на основе феноло-формальдегидного олигомера с щелочным катализатором нельзя получить водостойкий пресс-порошок с высокими диэлектрическими показателями, зато ско-рость отверждения у него очень высока по сравнению с порошками на основе других связующих. В производстве пресс-порошков используют как новолачные, так и резольные олигомеры, в соответствии с чем порошки называют новолачными или резольными.

Наполнители. От характера исполнителя зависят прежде всего ме-ханическая прочность, водостойкость, теплостойкость, диэлектрические свойства и химическая стойкость пресс-порошков. В производстве пресс-порошков используют как минеральные, так и органические наполните-ли. Из наполнителей органического происхождения применяют главным образом древесную муку ―тонкоизмельченную древесину хвойных по-род. В ограниченном количестве используют лигнин и бакелитовую муку, представляющую собой измельченные отходы производства пресс-изделий. Минеральные наполнители: каолин, литопон, слюда, кварцевая мука, плавиковый шпат и др. ― применяются реже. Изделия, полученные с их использованием, имеют относительно невысокие физико-механи-ческие показатели, но превосходят пресс-порошки с наполнителями органического происхождения по водостойкости и теплостойкости. Кроме того, при применении порошков с минеральным наполнителем допус-тимы более высокие температуры в процессе переработки, тогда как древесная мука при температуре выше 200°С разлагается, что резко ухудшает качество материала. Поэтому в промышленности часто сочетают наполнители обоих типов с тем, чтобы получить материалы, обладающие комплексом нужных свойств. Некоторые наполнители придают порошкам специфические свойства. Например, слюда применяется в пресс-матери­алах, идущих на изготовление дугостойких изделий и деталей высокочастотной изоляции; графит придает изделиям полу-проводниковые свойства; плавиковый шпат увеличивает дугостойкость изделий, а асбест ― теплостойкость.

Механизм взаимодействия наполнителя с полимером до сих пор не выяснен. Предполагают, что в случае минерального наполнителя происходит лишь обволакивание его частиц полимером, а при использовании наполнителей органического происхождения — химическое взаимодействие полимера с наполнителем, например, с целлюлозой и лигнином, входящими в состав древесной муки.

Отвердители и ускорители отверждения. В качестве отвердителя в производстве новолачных пресс-порошков применяют уротропин. Иногда его добавляют в небольших количествах и для ускорения отверждения резольных олигомеров. Наряду с отвердителями в состав композиций часто входят ускорители отверждения: оксид кальция или магния, минеральные кислоты, органические сульфокислоты и их производные. В новолачных олигомерах их роль сводится, по-видимому, к нейтрализации свободных кислот, а на стадии отверждения новолачных и резольных олигомеров эти оксиды связывают гидроксильные группы фенольных ядер и образуют феноляты, являясь, таким образом, дополнительным сшивающим агентом:

Возможно также, что оксиды металлов связывают свободный фенол, содержащийся в олигомерах, и тем самым способствуют увеличению скорости отверждения:

Применение оксидов металлов позволяет улучшить некоторые свойства пресс-порошков, например теплостойкость.

Смазывающие вещества улучшают таблетируемость пресс-порош-ков, предотвращают прилипание изделий к форме в процессе перера-ботки и облегчают извлечение их из формы после прессования. Кроме того, предполагают, что смазывающие вещества уменьшают трение между частицами пресс-материала, вследствие чего повышаются пластичность и текучесть материала в процессе прессования. В качестве смазывающих веществ в производстве пресс-порошков используют кислоты расти-тельного происхождения, например, олеиновую или стеариновую, их соли  стеараты Ca, Ba, Zn или Cd, стеарин.

Красители и пигменты. Для изготовления окрашенных пресс-изделий применяют органические и минеральные красители и пигменты, обладающие высокими термостойкостью и светопрочностью. Их вводят либо непосредственно в связующее, либо при смешении компонентов. Преобладающим цветом большинства технических изделий из фенопластов является черный. Для их окраски применяют органический краситель ― спирторастворимый нигрозин, а также литопон, мумию и др.

Окраска пресс-изделий в процессе эксплуатации изменяется. Основной причиной этого является взаимодействие красителя с фенолом, формальдегидом и катализатором, частично остающимся в свободном состоянии в полимере. Этот процесс происходит под действием солнечного света, тепла, влаги и т. д., причем различные красители изменяют окраску с неодинаковой скоростью.

Рецептуры пресс-порошков. Новолачные и резольные пресс-порошки перерабатывают в изделия главным образом прессованием, а в последнее время и литьем. Наиболее распространенная рецептура новолачного пресс-порошка, используемого для переработки методом прессования, приведена ниже (в масс, ч.):

Связующее	42,8	Нигрозин спирторастворимый	1,5
Древесная мука	43,2	Окись кальция или магния	0,9
Уротропин	6,5	Стеарин или стеарат кальция	0,7
Каолин, мумия или умбра	4,4

Для переработки методом литья под давлением используют пресс-порошок следующей рецептуры (в масс, ч.):

Связующее	50,2	Мумия	4,4
Древесная мука	29,0	Оксид кальция	2,2
Уротропин	7,5	Стеарин	1,7
Каолин	5,0

Повышенное содержание связующего в рецептуре обеспечивает большую подвижность массы. Кроме того, для увеличения текучести композиции в нее вводят фурфурол непосредственно в процессе вальцевания (3 масс. ч. на.100 масс. ч.).

Рецептуры резольных пресс-порошков изменяются в более широ-ких пределах в зависимости от назначения материала. Так, содержание связующего колеблется в пределах 35 ―50%, а оксидов кальция или маг-ния от 0,7 до 2,5%. В резольные порошки на основе крезоло-фор-мальдегидных олигомеров или смесей резольных и новолачных олигомеров вводят уротропин.

К высоконаполненным порошковым Ф. относятся композиции, со-держащие свыше 80% масс. наполнителя, например, искусственного гра-фита (так называемый антегмит – графитопласт), кварцевого песка, зер-нистого абразива (электрокорунд, алмаз и др.). Из композиций, содержащих кварцевый песок (95 – 97% масс.), изготавливают литейные формы и стержни, причем непосредственно на месте применения изде-лий из них.

Свойства пресс-порошков. Новолачные и резольные пресс-порошки должны обладать определенными технологическими свойствами, обеспечивающими возможность переработки их в изделия. К числу наиболее важных технологических свойств прес-порошков относятся удельный объем, таблетируемость, текучесть, скорость отверждения и усадка.

На стадии подготовки пресс-порошка к переработке важными показателями являются удельный объем и таблетируемость. Более высокий удельный объем имеют пресс-порошки, приготовленные эмульсионным и лаковым способами, более низкий  пресс-порошки, полученные вальцовым и экструзионным способами.

Таблетируемость обусловливает возможность высокопроизводитель-ной переработки пресс-порошка в изделия. Способность пресс-порошка образовывать таблетку (брикетироваться) определяют путем холодного прессования на таблеточных машинах.

Текучесть определяет способность пресс-порошка заполнять полость формы при прессовании или литье. Измеряют текучесть в специальной пресс-форме Рашига в стандартных условиях. Текучесть пресс-порошков в зависимости от типа связующего и назначения пресс-материала изменяется в широких пределах – от 35 до 200 мм. Пресс-порошки с текучестью менее 35 мм не способны равномерно заполнять пресс-форму в процессе прессования изделий. Однако с увеличением текучести возрастают потери на стадии прессования (материал «вытекает» из формы, образуя толстый заусенец) и уменьшается скорость отверждения. Высокотекучие пресс-порошки используют для изготовления изделий сложного профиля, низкотекучие – для изделий небольших размеров и простой конфигурации.

Скорость отверждения является важнейшим показателем технологи-ческих свойств пресс-порошка, обусловливающим производительность оборудования на стадии переработки. Для феноло-альдегидных связующих скорость отверждения изменяется в широких пределах, значительно увеличиваясь при использовании продуктов совмещения феноло-формаль­дегидных олигомеров с термопластами.

Усадка характеризует изменение размеров образцов в процессе переработки и эксплуатации изделий. Для фенолоальдегидных пресс-порошков она составляет 0,4 – 1%. Некоторые показатели изделий из новолачных прессматериалов приведены в таблицах 3.18 и 3.19.

Таблица 3.18.