Тема 3.6 Пластмассы, пленочные материалы

«Пластмассы»

Пластмассами называются материалы, из которых благодаря их пластичности или текучести в стадии технологической переработки получают изделия (детали) более или менее сложной формы, сохраняющейся в последующее время после охлаждения или отверждения. Обязательной составной частью пластмассы является связующий, материал, который в стадии переработки в изделие придает пластмассе пластичные свойства, т. е. способность принимать определенную форму. В некоторых случаях пластмассы на 100% состоят из связующего материала. В качестве связующего в электроизоляционных пластмассах обычно применятся следующие материалы: 1) полимеры синтетические органические термореактивные и термопластичные; 2) полимеры кремнийорганические и фторорганические; 3) эфиры целлюлозы.

Кроме связующего, в состав пластмассы могут входить и другие материалы, по своему значению разделяющиеся на такие группы: наполнители, пластификаторы, ускорители отверждения, красители, вспомогательные материалы. Свойства деталей из пластмассы в первую очередь определяются качеством связующего, однако и наполнители также оказывают определенное влияние.

Наполнители могут быть волокнистые и порошкообразные. Основное назначение волокнистых наполнителей - увеличение механической прочности, уменьшение хрупкости. В качестве наполнителя часто применяется древесная мука — тонкоизмельченная древесина, сохраняющая свою волокнистость. Она применяется в пластмассах не очень высокого качества, но зато является самым дешевым волокнистым наполнителем. Более высококачественным наполнителем, чем древесная мука, является
древесная целлюлоза и не пригодные для текстильного производства хлопковые очёсы. Благодаря более чистому и более длинному волокну очесы обеспечивают при том же связующем большую механическую прочность прессованным изделиям и лучшие электрические параметры, чем древесная мука и целлюлоза. Детали с высокой механической прочностью получают при использовании в качестве наполнителя рубленой ткани. В этом случае прессматериал получается обычно в виде текстолитовой крошки – мелко нарубленной хлопчатобумажной ткани, пропитанной соответствующими полимерами, обычно фенолформальдегидными.

К числу неорганических волокнистых наполнителей относятся асбестовое и стеклянное волокно. Асбестовое волокно без специальной магнитной очистки дает пластмассы со сравнительно невысокими электроизоляционными свойствами, но довольно высокими механическими и повышенной нагревостойкостью. Стеклянные волокна обеспечивают наряду с повышенными механическими свойствами и нагревостойкостью также высокие электроизоляционные свойства и малую влагопоглощаемость. Находит применение и стеклотекстолитовая пропитанная крошка, детали из которой по сравнению с деталями, из хлопчатобумажной текстолитовой крошки отличаются повышенными электроизоляционными свойствами, нагревостойкостью и пониженной влагопоглощаемостью. Наибольшей нагревостойкостью обладают пластмассы, изготовленные с минеральными наполнителями (кварцевая мука, маршаллит, молотая слюда, тальк, каолин) на основе нагревостойких связующих (кремнийорганических).

Порошкообразный наполнитель вводится не во все пластмассы. Он увеличивает твердость, уменьшает усадку при охлаждении деталей после высокотемпературного прессования, чем способствует уменьшению опасности растрескивания деталей и получению деталей с точными и стабильными размерами.

Кварцевая мука и молотая слюда применяются в пластмассах с повышенными электроизоляционными свойствами (с пониженным tg δ).

Пластификаторы (высококипящие органические жидкости) добавляют в некоторые пластмассы, часто не содержащие наполнителей, для уменьшения хрупкости. Пластификаторы не должны быстро улетучиваться из материала, оставаться в нем в равномерно распределенном состоянии.
К числу вспомогательных добавок в пластмассы можно отнести смазывающие вещества, предохраняющие от прилипания к пресс-формам (соли стеариновой кислоты). Количество наполнителя в пластмассах колеблется в очень больших пределах, доходя до 60 – 65% по объему.

Пластмассы изготовляют разными технологическими приемами, сущность которых сводится или к тщательному смешиванию связующего и наполнителя с последующим приданием композиции технологически удобного вида или изготовлению гранул, если материал не содержит наполнителя, а состоит из одного полимера. Материал с мелковолокнистым наполнителем изготовляется в виде порошка, с длинноволокнистым наполнителем — в виде бесформенной волокнистой твердой массы.

Детали из пластмасс широко используются как электроизоляционные, конструкционно-изоляционные и чисто конструкционные. Особенно широко они применяются в производстве электрических аппаратов и приборов, в том числе высокочастотных, а также мелких электрических машин. Широкому применению пластмасс способствует все увеличивающаяся их номенклатура и разнообразные ценные свойства, а также особенность технологии получения деталей из пластмасс. Некоторые пластмассы имеют высокие электроизоляционные свойства и могут применяться при сравнительно высоких напряжениях и высоких частотах; другие имеют настолько высокие механические характеристики, что могут применяться взамен конструкционных деталей из различных металлов и сплавов. При этом облегчается масса изделий, повышается эксплуатационная надежность аппаратуры с точки зрения вероятности пробоя изоляции, повышается коррозионная стойкость.
Очень ценным технологическим свойством пластмасс является возможность получения за одну операцию прессования деталей весьма сложной формы, часто с запрессовкой металлических деталей.

Методы получения деталей из пластмасс, выбор которых зависит от особенностей применяемого материала и до некоторой степени от вида детали: 1) прессование компрессионное (прямое) и литьевое; 2) литье под давлением (пресс-литье); 3) выдавливание через фигурные щели (экструзия). Компрессионное прессование особенно широко применяется для получения деталей из пресс-композиций на основе термореактивных смол. Особенности литьевого прессования заключаются в том, что прессматериал перед подачей в саму форму проходит предварительный обогрев (пластифицируется) в специальной камере, расположенной над формой. После разогрева материал подается в пресс-форму специальным плунжером. Метод литья под давлением используется преимущественно для получения деталей из термопластов и термореактивных смол. Метод экструзии заключается в выдавливании размягченной смолы из цилиндра специального пресса. Таким путём из полимеров (поливинилхлорид, полиэтилен и др.) получаю цилиндрические изделия разных диаметров — стержни и трубы, изолируют провода, получают тонкие полимерные пленки и т. п.

Пресс – формы могут быть закрытого или открытого типа. Последние проще в изготовлении и легче, но применимы лишь для невысоких изделий несложного профиля.

 

 

а — пресс-форма открыта (1— нижняя часть формы; 2 — формующая часть; 3 — литник; 4 — пресс-материал); б — пресс-форма в процессе
прессования (5 — пуансон).

Рисунок 29 Принцип действия литьевой пресс- формы

 

 

 

Рисунок 30 Каркасы аппаратных катушек из полиамида.

На рис. 30 показана типичная продукция, получаемая методом пресс-литья из термопласта полиамида. Перед операцией литья под давлением полиамиды следует высушить для уменьшения содержания в них влаги. Отлитые детали обычно подвергают дополнительной термообработке, чаще всего в разных жидких средах, для снятия внутренних напряжений, во избежание растрескивания, а также дополнительной кристаллизации.

 

«Пленочные материалы»

Пленочные материалы довольно широко применяются в электроизоляционной технике. Они представляют собой тонкие гибкие материалы из различных термопластичных полимеров.

Растягивание пленок в нагретом состоянии и охлаждение под натяжением вызывают обычно кристаллизацию и повышение механической прочности. Вытяжка может быть односторонней — продольной и двусторонней — продольно-поперечной. Некоторые растянутые пленки при нагревании могут давать значительную усадку, что иногда используют для самоуплотнения изоляции, намотанной из пленки, например, в производстве пленочных конденсаторов.

Особенностями полимерных пленок являются высокие электрические и механические свойства, большая растяжимость, во многих случаях высокая влагостойкость.

В некоторых случаях, например для пазовой изоляции низковольтных электрических машин, требующиеся значения пробивного напряжения могут быть достигнуты при малых толщинах пленок, не обеспечивающих, однако, необходимой механической прочности и технологичности. Поэтому пленки часто применяются для этих целей в композиции с бумагами из синтетических волокон (пленкосинтокартон), поскольку целлюлозный картон имеет низкую нагревостойкость. Пленки можно разделить на два больших класса: неполярные и полярные. Неполярные или слабо полярные тонкие пленки, имеющие
обычно значения диэлектрической проницаемости 2-2,5, tg δ около 10-4 и высокую стабильность параметров при колебаниях температуры, особенно пригодны для радиоконденсаторов. Применяются пленки для изоляции проводов и кабелей, а также аппаратуры, например, в трансформаторах и аппаратных катушках (межслойная изоляция). Полярные пленки, обычно имеющие большую нагревостойкость, чем неполярные (исключение составляют
фторопласты), нашли широкое применение в электромашиностроении в качестве пазовой (чаще в сочетании с бумагами и стеклотканями) и витковой изоляции. В настоящее время пленки в сочетании с конденсаторной бумагой находят применение и в производстве силовых маслонаполненных конденсаторов.