Стеклотекстолит листовой – материал из конструкционной группы, который представляет собой модификацию текстолита (этот материал получил широкое применение в машиностроительной области, при производстве подшипников скольжения, а также в радио- и электротехнике благодаря своим электроизоляционным свойствам). Стеклотекстолит – что это такое? Рассматриваемый материал имеет структуру слоеного пластика, волокна которого чередуются с полимерным связующим веществом. В качестве полимера зачастую используют следующие вещества: бакелиту; эпоксидную смолу; полиэфирную смолу. Основой стеклотекстолита является стеклоткань. Это вещество обладает хорошими эксплуатационными качествами и благодаря ему стеклотекстолит имеет лучшие свойства, чем текстолит: термостойкость выше на 50 °C, удельное сопротивление выше на 104 Ом•м, тангенс угла потерь ниже на 0,05. Именно поэтому стеклотекстолит листовой используется и при производстве печатных плат.
Что такое стеклотекстолит?
Стеклотекстолит листовой – материал, имеющий многослойную стеклотканевую основу. Данная основа изготавливается склеиванием отдельных слоев стеклоткани путем горячего прессования. В качестве связующих компонентов при изготовлении слоистого пластика используются следующие составы: кремнийорганические соединения, фенолоформальдегидные смолы, полиорганосилоксаны. В зависимости от толщины и размера листа масса стеклотекстолита варьируется в диапазоне 1,9-144кг.
Предварительный процесс пропитки и сушки каждого слоя стеклоткани производится при помощи пропиточно-сушильных машин. После полного высыхания производится раскрой полученных слоев. После этого, стеклоткань собирается в пакеты и прессуется.
Технологический процесс изготовления
В независимости от вида связующего, изготовление включает в себя следующие технологические операции:
-
- Подготовка ткани. Отдельные куски ткани сшиваются и наматываются рулоном на оправку. Максимальный вес рулона не должен превышать 60кг.
- Пропитка ткани. Процесс пропитки осуществляется на пропиточно-сушильных машинах горизонтального или вертикального типа путем погружения ткани в ванную с лаком. После пропитки изделие отжимается валиками и оправляется на сушку (шахта, находящаяся над ванной). В целях понижения вязкости лака через рубашку ванны производится его подогрев до температуры 30-40°, поддерживая концентрацию лака на постоянном уровне. Далее ткань отжимается при помощи специальных валиков. Эта операция позволяет смоле лучше распределяться по ткани и глубже ее пропитывать. Излишки смолы удаляются.
- Сушка. В процессе сушки сырой ткани происходит удаление летучих веществ (влага, спирт, свободный фенол). Данная операция производится при температуре 120°. Высушивание ткани осуществляется горячим воздухом, нагнетаемым из шахты при помощи паровых калориферов. В зависимости от толщины ткани и структуры ее поверхности время высушивания может быть различным. После полного высыхания пропитанная ткань раскраивается и собирается в пакеты для последующего прессования.
- Прессование. Процесс прессования осуществляется при помощи многоэтажных прессов с нижним давлением. Пакеты предварительно разогреваются до необходимой температуры, затем они проходят стадию выдержки и отверждения. После этого пакеты охлаждаются при существующем уровне давления. Давление необходимо держать постоянным во избежание коробления листов. Процесс осуществления по достижении необходимого показателя плотности стеклотекстолита.
- Механическая доработка. После процесса прессования листы проходят стадию доработки (обрезка кромок при помощи дисковых пил) и проходят технический контроль. Здесь изделие проходит необходимые испытания качественных показателей. После этого листы поступают на хранение в складское помещение.
Достоинства и недостатки
Основные достоинства материала при его использовании в промышленной сфере обусловлены слоистой структурой готового продукта и особенностями сырья, применяемого при производстве. Независимо от марки, все текстолитовые изделия обладают следующими преимуществами:
- высокие электростатические показатели;
- химическая инертность;
- повышенный уровень ударной вязкости;
- прочность на растяжение и сжатие;
- простота в обработке текстолита (резке, сверлении, штамповке);
- устойчивость к высоким температурам и чрезмерной влажности.
По своим прочностным характеристикам материал сопоставим со сталью, но по весу примерно в 3,5 раза легче стальных изделий. Однако нужно учитывать, что листы имеют предельные запасы прочности и требуют соблюдения определенных условий хранения. При обработке они могут выделять токсичную пыль от смол, которая способна раздражать слизистую. Кроме того, при нагреве до высоких температур (от 400 °C) изделия выделяют токсичные пары, включая фенол и его производные.
В остальном текстолит является универсальным, недорогим и часто незаменимым материалом, который пользуется повышенным спросом в машиностроительных отраслях.
Сферы применения
Стеклотекстолит – это слоистый армированный стеклопластик, волокна которого переслаиваются со связующим компонентом. В качестве полимера обычно применяют эпоксидную или полиэфирную смолу.
Стеклотекстолит — экологичный материал, отличается простотой обработки. Без применения стеклотекстолита сложно представить любое производство.
Его активно используют в следующих областях промышленности:
- электротехнической;
- металлургической;
- химической;
- сельскохозяйственной;
- нефтеперерабатывающей;
- автомобильной.
Он незаменим в производстве различных электрических деталей. Необходим этот материал при разработке панелей для кузовов грузовых и легковых автомобилей, при производстве оконных профилей и бассейнов.
Изделия из стеклотекстолита также применяют даже в крупных механизмах и системах гидро- и турбогенераторов.
Виды и марки текстолита
Текстолит изготавливается по ГОСТ 5-78 в виде плит (листов), стержней и втулок. Он бывает нескольких марок, которые имеют различное применение. ПТ (поделочный текстолит). Простейшая разновидность текстолита на тканой хлопчатобумажной основе, служит для изготовления деталей, работающих при невысоких механических нагрузках. Самая распространенная и недорогая марка.
Стержневой поделочный текстолит – популярный материал для изготовления декоративных рукояток ножей. ПТК (поделочный текстолит конструкционный). Этот текстолит изготавливается также на основе хлопчатобумажной ткани, но от обычного ПТ отличается лучшими физико-механическими свойствами и хорошей обрабатываемостью. Это позволяет изготавливать из него червячные шестерни, втулки, подшипники скольжения, кольца, ролики и другие конструкционные изделия. В сравнении с аналогами из металла, изделия из ПТК более легкие, в 10 раз дольше служат и бесшумно работают. ПТК подвергается обтачиванию, фрезерованию, распиливанию и сверлению без образования расслоений, трещин или сколов.
Диапазон рабочих температур ПТК – от -40 o C до +105 o C. ПТМ (поделочный текстолит, стойкий к трансформаторному маслу). В сфере машиностроения часто требуются материалы, устойчивые к высоким температурам и воздействию разогретых смазочных масел. Таким материалом является текстолит ПТМ на тканой основе, из которого можно изготавливать изделия технического назначения (втулки, шестерни, кулачки, подшипники). Он выдерживает температуру до +120 o C. Плотность ПТМ составляет 1,3 – 1,4 г/ куб. см, что позволяет выдерживать высокие нагрузки на изгиб и сжатие. Марки А и Б (текстолит электротехнический). Незаменимый материал для производства деталей, подверженных знакопеременным электрическим и механическим нагрузкам. Будучи электроизолирующим материалом этот текстолит находит свое применение для работы в трансформаторном масле, а также на воздухе при частоте тока 50 Гц.
При эксплуатации требуются условия нормальной влажности, а рабочие температуры составляют от -65 o С до +105 o С. Текстолит марки А чаще применяется как изоляционный материал, а также для изготовления печатных плат. Текстолит марки Б дополнительно имеет улучшенные механические характеристики и находит применение как конструкционный материал. Обе марки изготавливаются на тканой основе. ПТН. Особенностью этой марки текстолита является то, что она изготавливается на основе нетканого нитепрошивного полотна. Из ПТН делают технические детали общего назначения, монтажные панели, прокладки. ПТГ. В основе этого текстолита – термореактивное связующее и графит. Из ПТГ производят уплотняющие шайбы для водяных насосов. Асботекстолит. Текстолит на основе асбестовых тканей из гидросиликатных минеральных волокон, переплетенных с вискозными или хлопчатобумажными.
За счет хороших фрикционных свойств используется при изготовлении деталей тормозных устройств, механизмов сцепления и прокладок для работы при повышенных температурах. В авиакосмической технике применяется для обеспечения внешней и внутренней теплозащиты. Асботекстолит может длительно выдерживать воздействие температур до +200ºС, непродолжительное время – до 250–500ºС. Кратковременные вспышки с температурой до 1 800-45 000ºC этот материал также способен перенести. Стеклотекстолит. За счет тканой основы из стекловолокна он отличается высокой устойчивостью к механическим, тепловым, химическим воздействиям, электрическому току, влаге. Стеклотекстолит устойчив к температуре до 400ºС и способен кратковременно выдерживать действие более высоких температур – до 1000ºС. Листовой стеклотекстолит применяется для теплоизоляции.
Классификация материала
Использование различных производственных технологий привело к появлению нескольких марок рассматриваемого материала. При этом все марки стеклотекстолита обладают определенными свойствами, которые рассмотрим более подробно на примере материала под маркировкой СТЭФ и СТЭФ-1. СТЭФ – слоистый, листовой, материал с хорошими электроизоляционными свойствами, который получил широкое применение в сфере производства электрооборудования и электротехники. СТЭФ-1 – материал производят аналогичным способом, что и СТЭФ. Отличительной особенностью данного варианта исполнения является то, что при его производстве используют очень мелкоячеистую стеклоткань. Подобное изменение позволяет делать структуру материала более крепкой.
Стеклотекстолит листовой СТЭФ-1 используют в том случае, если предусматривается проведение механообработки для создания небольших предметов. Стеклотекстолит КАСТ-В производят при использовании в качестве основы ВФБ-1 и некоторые стабилизирующие добавки. К его положительным качествам можно отнести следующее: повышенная прочность, отсутствие токсичных веществ в составе, высокий показатель сопротивления огню. При условии окружающей температуры до 250 °C может работать на протяжении длительного промежутка времени, а при температуре 750 °C может использоваться только кратковременно.
Применяется при производстве электродных печей, машин для создания химических волокон, при изготовлении комплектующего для электротехнического и радиотехнического оборудования. В некоторых случаях проводится добавление фольги: ТС-ЭТФ, ТСЭФ – трубки, которые могут быть изготовлены при использовании только модифицированного стеклотекстолита. В зависимости от дальнейшего использования производители текстолита проводят следующую маркировку материала на основе стекловолокна: СТЭФ; СТЭФ-1; СТЭФ-У; СТЭФ-П; СТЭФ-ПУ; СТЭБ; СТТ; СТ-ЭТФ; КАСТ-В; 3240 (маркировка подобным образом проводится в Китае); 3240-1. Каждый материал обладает своими особенными эксплуатационными свойствами.
Обозначение Электроизоляционных стеклотканей
Электроизоляционные стеклоткани обозначаются буквой Э и вырабатываются полотняным переплетением. Для конструкционных стеклотекстолитов, характеризующихся высоким модулем упругости, хорошими механическими свойствами, используются так называемые конструкционные ткани, обозначаемые буквой Т. Зачастую они также вырабатываются из стекла марки Е. Однако, для конструкционных тканей, используемых при изготовлении стеклопластиков с повышенным модулем упругости и высокой прочностью, могут быть использованы стекловолокна из стекол специальных составов, имеющих повышенные значения механических характеристик. Так, если алюмоборосиликатное стекло имеет модуль упругости 78 ГПа и прочность при разрыве 2800 МПа, то магнезиально-алюмосиликатное стекло – соответственно 96 ГПа и около 4000 МПа.
Кроме того, для повышения механической прочности ткани конструкционного назначения чаще всего вырабатываются сатиновым переплетением 8/3 или 5/3. В таблице приведены сравнительные характеристики электроизоляционных и конструкционных стеклотканей.
| МАРКА СТЕКЛО-ТКАНИ | ПОВЕРХНОСТНАЯ ПЛОТНОСТЬ, Г/М2 | ТОЛЩИНА, МКМ | ЧИСЛО НИТЕЙ НА 1СМ | РАЗРЫВНАЯ НАГРУЗКА. Н, НЕ МЕНЕЕ | ВИД ПЕРЕПЛЕТЕ-НИЯ | ЗАМАСЛИВАТЕЛЬ ИЛИ АППРЕТ | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ПО ОСНОВЕ | ПО УТКУ | ПО ОСНОВЕ | ПО УТКУ | |||||
| Э3-100 | 108±10 | 100±10 | 20+1 | 20±1 | 588 | 588 | Полотня-ное | Парафиновая эмульсия |
| Э3/1-100-19 | 110±6 | 100±10 | 16+1 | 16±1 | 294 | 294 | Полотня-ное | Аппрет №19 |
| Э3-125 | 145±12 | 125±13 | 16+1 | 16±1 | 784 | 784 | Полотня-ное | Парафиновая эмульсия |
| Э3-200 | 200+16/-10 | 190+10/-20 | 10+1 | 9±1 | 1127 | 1078 | Полот-няное | Парафиновая эмульсия |
| 7628 | 206±3 | 180±18 | 17+1 | 12±1 | 392 | 294 | Полотняное | Аппрет |
| 7637 | 227-240 | 230±23 | 17+1 | 8±1 | 540 | 344 | Полотняное | Аппрет |
| Э3-400 | 360±25 | 400±50 | 12+1 | 6±1 | 1470 | 539 | Полотняное | Аппрет |
| Т-10 | 290 | 230 | 36+1 | 20±1 | 2450 | 1323 | Сатино-вое 8/3 | Парафиновая эмульсия |
| Т-11 | 385 | 300 | 22+1 | 13±1 | 2744 | 1568 | Сатино-вое 8/3 | Парафиновая эмульсия |
| Т-13 | 285 | 270 | 16+1 | 10±1 | 1764 | 1176 | Полотня-ное | Парафиновая эмульсия |
Факторы, влияющие на физико-механические свойства стеклотекстолитов
Еще одним фактором, оказывающим влияние на физико-механические свойства стеклотекстолитов, является содержание наполнителя в материале. Оно может варьироваться в диапазоне 60-75%, при этом оптимальное значение содержания наполнителя для разных марок может быть различным и зависит от применяемости пластика, способа его изготовления, типа связующего.
Резка текстолитов
Пропитанные стеклоткани нарезаются на листы требуемого размера и прессуются в многоэтажных прессах при повышенных температурах и удельном давлении порядка 3-6МПа. Отпрессованный материал обрезается с четырех сторон для получения листов требуемого формата. Возможна поставка стеклотекстолитовых листов в необрезном виде.
Листовые стеклотекстолиты в дальнейшем используются в качестве деталей. При изготовлении деталей из стеклопластиков, как электроизоляционных, так и конструкционных, широко применяются различные методы механической обработки, такие, как резка, токарная обработка, фрезерование, сверление. Ввиду того, что материалы обладают низкой теплопроводностью, в процессе механической обработки необходимо использовать воду или специальные охлаждающие жидкости с целью предотвращения горения пластика.
При резке и распиловке материала используется алмазный инструмент (пилы, круги и т.д.). В последнее время для резки стеклотекстолита стали все чаще применять станки гидроабразивной резки, где в качестве режущего инструмента используется струя воды или смеси воды и абразивного материала, испускаемая с высокой скоростью и под высоким давлением.
Оценка качества и долговечности текстолитов, используемых в системах изоляции
Поскольку, электроизоляционные стеклотекстолиты используются в системах изоляции, для оценки их качества и долговечности используется такое понятие, как класс нагревостойкости или длительно допустимая рабочая температура. При повышении температуры в процессе эксплуатации происходит так называемое тепловое старение материала, пластик становится хрупким, теряет изоляционные свойства, разрушается.
Класс нагревостойкости изоляции – это та максимальная температура, работая при которой в течение 20000 часов, материал теряет не более половины своих исходных характеристик. В качестве таких характеристик обычно используются прочность при изгибе, потеря массы, электрическая прочность.
Обозначения класса нагревостойкости приведены в таблице.
| КЛАСС ИЗОЛЯЦИИ | Y | A | E | B | F | H | 200 | 220 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Предельно-допустимая рабочая температура, оС | 90 | 105 | 120 | 130 | 155 | 180 | 200 | 220 |
Нагревостойскость стеклотекстолитов
Класс нагревостойкости стеклотекстолита определяет природа связующего, используемая при его изготовлении. В последнее время все более востребованными становятся электроизоляционные материалы, соответствующие классам нагревостойкости Н и выше, что объясняется разработкой новых электрических машин большей мощности, более надежных в эксплуатации и с меньшими габаритными размерами.
Для стеклотекстолитов – это такие марки, как Элизлам-225, СТ-ЭТФ и др, изготовленные на основе модифицированных эпоксидных и кремнийорганических связующих. Помимо класса нагревостойкости, для характеристики тепловых свойств пластиков используется такое понятие, как стойкость к кратковременному нагреву. Как правило, кратковременно (непрерывно в течение нескольких суток или периодически – более продолжительное время) стеклотекстолит может выдерживать температуру на 30-50оС выше, чем заявленный класс.
Электроизоляционные стеклотекстолиты
Электроизоляционные стеклотекстолиты относятся к нетоксичным горючим материалам. Для конструкционных стеклотекстолитов понятие класса нагревостойкости не применяется, ввиду того, что данные материалы используются в иных целях. Изготавливаются они, как правило на основе фенолоформальдегидных смол, с различными целевыми добавками. Отвержденная фенолоформальдегидная смола остается устойчивой при повышении температуры примерно до 170-180оС, далее происходит деструкция материала, снижается молекулярная масса полимера и соответственно, механическая прочность пластика. При температуре 300оС отвержденная смола обугливается и начинает разлагаться. Введение специальных добавок в состав связующего несколько повышает эти значения.
В приложении к ГОСТ 10292 указан целый ряд теплофизических характеристик стеклотекстолита КАСТ-В, исследованных в диапазоне температур от 15 до 155 оС. Эти данные косвенно подтверждают класс нагревостойкости конструкционного стеклотекстолита в интервале 155-180оС. При этом в литературе встречается информация о положительных результатах кратковременного использования КАСТ-В при температуре порядка 250оС, а ВФТ-С – при 300оС.
Стеклотекстолит КАСТ-В
Стеклотекстолит КАСТ-В позиционируется как конструкционный теплоизоляционный материал. Стеклотекстолит ВФТ-С обладает, кроме того, повышенной теплостойкостью и влагостойкостью. Для сравнения, водопоглощение ВФТ-С при толщине листа 4мм составляет не более 1,3%, а для КАСТ-В – не более 1,6%. Прочность при разрыве вдоль основы для КАСТ-В вышеуказанной толщины составляет не менее 284МПа, ударная вязкость – не менее 113 кДж/м2, а для ВФТ-С –эти показатели выше, не менее 392 МПа и не менее 123кДж/м2, соответственно. Конструкционные стеклотекстолиты являются нетоксичными трудносгораемыми материалами
В таблице приведены некоторые сравнительные физические характеристики стеклотекстолитов КАСТ-В и ВФТ-С
| НАИМЕНОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ | КАСТ-В | ВФТ-С |
|---|---|---|
| КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ, ВТ/М·ГРАД | ||
| при 20оС | 0,29 | 0,37 |
| при 100оС | 0,31 | 0,38 |
| при 150оС | 0,33 | 0,38 |
| Коэффициент температуропроводности, м2/с· | ||
| при 20оС | 1,9 | 2,5 |
| при 100оС | 1,6 | 2,3 |
| при 150оС | 1,55 | 2,2 |
| Коэффициент Пуансона, по основе | 0,11 | 0,15 |
| Электрическая прочность, кВ/мм, не менее | 23 | 20 |
Основные производители и их цены
Одним из ведущих производителей фольгированных материалов является немецкая компания «Isola Gmbh».
Средняя цена двусторонних листовых стеклотекстолитов 208*248 мм 1,5 мм 18 мкм составляет около 500 руб./шт.
Односторонние фольгированные материалы 214*291 мм 1,0 мм 18 мкм стоят в пределах 400-450 руб/шт.
Стоимость напрямую зависит от вида покупки (розничная или оптовая).
Более дешевыми аналогами является продукция китайских компаний, таких как, «Kingboard» и «Beijing Friend».
Стоимость двусторонних фольгированных стеклотекстолитов 208*248 мм 1,5 мм 18 мкм варьируется в пределах от 300-350 руб./шт., а односторонних фольгированных материалов 214*291 мм 1,0 мм 18 мкм в пределах 280-320 руб./шт.
Технические характеристики данных материалов полностью соответствуют признанным стандартам качества.
Среди отечественных производителей наиболее распространены материалы «Бобровского изоляционного завода» и завода «Молдавизолит».
Ценовая политика этих предприятий лояльна, практически не отличается от китайских компаний.
Отличия текстолита и стеклотекстолита
Основное отличие стеклотекстолита и текстолита заключается в разнице основ.
Первый изготавливают на основе стеклоткани, а второй (изображен на фото) – хлопчатобумажной ткани.
В результате технические характеристики и механические показатели у стеклотекстолита значительно лучше (удельное сопротивление и термостойкость в разы выше).
Также, он имеет высокую влагостойкость, что является одним из решающих факторов при выборе материала.
Условия хранения материала
Несмотря на неприхотливость материала, для него также были созданы нормы по хранению. Стеклотекстолит, в независимости от маркировки, следует хранить в горизонтальном положении на расстоянии не менее 50 миллиметров от пола. Относительная влажность на протяжении всего времени хранения должна быть приближена к показателю 80%. Температурный режим рекомендуется выбирать из промежутка от 10°C до 40°C. Гарантийный срок, который уже зависит от марки материала, до 3-х лет. Использовать материала после завершения гарантийного срока возможно только после проведения мероприятий по проверке показателей качества и при соответствии результатов установленным нормам по ГОСТ или ТУ. В противном случае используемый материал не сможет обеспечить наличие необходимых эксплуатационных качеств.
Полезное видео
Данное видео поможет тем, кто работает со стеклотекстолитом:
