Электропроводность твёрдых диэлектриков.
СЛОИСТЫЕ ПЛАСТИКИ.
Широкое применение в качестве конструкционных и электроизоляционных материалов имеют слоистые пластики, в которых наполнителем является тот или иной листовой волокнистый материал. К этим материалам относятся гетинакс, текстолит и др.
Гетинакс получается посредством горячей прессовки бумаги, пропитанной бакелитом. Для производства гетинакса берется прочная и нагревостойкая пропиточная бумага. Пропитка ее смолой может производиться различными способами. Наиболее распространенным способом в течение ряда лет был способ пропитки лаком, т. е. раствором бакелита А в спирте, с последующей сушкой. В пропиточной машине бумага (или ткань - для производства текстолита, см. ниже), разматываясь с рулона, проходит через ванну с лаком, поднимается в сушильную шахту и через валики наматывается на приемный механизм. Существенным недостатком этого способа пропитки является расходование больших количеств дорогого растворителя —спирта, пары которого при сушке удаляются,
к тому же применение легкогорючего спирта повышает пожарную опасность производства.
В СССР была разработана технология производства слоистых электроизоляционных пластиков, для которой характерна пропитка бумаги или ткани жидкими водными суспензиями фенолформальдегидных смол; при сушке пропитанной бумаги вода испаряется. Данная технология производства слоистых пластиков совершенно не требует применения спирта, и внедрение его в производство некоторых марок слоистых пластиков дало большую экономию. Пропитанная (бакелитизированная) бумага нарезается листами требующегося формата, собирается пачками нужной толщины и укладывается между стальными плитами гидравлического пресса. Прессы для производства слоистых пластиков с целью повышения производительности выполняются с располагаемыми в несколько «этажей» плитами и заготовки из пропиточной бумаги закладывают одновременно во все этажи. Во время прессования через просверленные в плитах каналы пропускается пар, который нагревает плиты, от плит теплота передается прессуемому материалу, бакелит в нем расплавляется, заполняет поры между волокнами бумаги и отдельными листами ее и, запекаясь (переходя в стадию С), твердеет и связывает отдельные слои бумаги. При прессовке гетинакса обычно устанавливают давление около 1 МПа; температура плит пресса 160—165 0C; время выдержки под давлением от 2 до 5 мин на каждый миллиметр толщины досок, считая с момента достижения плитами пресса указанной выше температуры. По окончании прессования, перед выемкой отпрессованных досок, последние охлаждаются примерно до температуры +6O0C, для чего подача пара в каналы плит прекращается, и в эти же каналы пропускается холодная вода. У отпрессованного материала края обрезают под прямым углом циркульной пилой.
Согласно ГОСТ 2718—74 листовой электротехнический гетинакс выпускается различных марок (табл. 6-5). Отметим только две из них: I —для панелей распределительных устройств, щитов, изоляционных перегородок в устройствах низкого напряжения (выпускается в листах толщиной от 0,2 до 50 мм); V — для деталей, работающих в маслозаполненной аппаратуре высокого напряжения (выпускается в листах толщиной от 5 до 50 мм). Для всех марок гетинакса длина—не менее 700 мм, ширина —не менее 550мм. Электрическая прочность гетинакса в направлении, перпендикулярном слоям, Eпр, — 20—40 МВ/м, диэлектрическая проницаемость er от 5 до 6. Дугостойкость гетинакса, как и других пластиков на фенолформальдегидном связующем, невысока: после воздействия разряда на поверхности материала остается науглероженный след, обладающий значительной электрической проводимостью (явление трекинга). Слоистая структура гетинакса, как и других слоистых пластиков (а также слюды и слюдяных материалов), приводит к заметной анизотропии свойств в направлениях, перпендикулярном и параллельном слоям. Так, например, удельное объемное сопротивление гетинакса вдоль слоев в 50—100 раз, а электрическая прочность вдоль слоев в 5—8 раз ниже, чем поперек слоев. Гетинакс может обрабатываться режущим инструментом из твердых сплавов, причем скорости резания при небольших подачах велики; станки должны быть оборудованы вытяжной вентиляцией для удаления пыли; охлаждение ведется воздушной струей. Торцы штампованных деталей рекомендуется защищать электроизоляционным лаком. Не следует снимать фрезой поверхностный слой материала, ибо такая обработка ведет к ухудшению влагостойкости гетинакса. Гетинакс нашел применение в высоко- и низковольтном аппарато-приборостроении, а также в технике связи.
Фольгированный гетинакс. Для изготовления печатных схем низковольтных цепей аппаратуры используют фольгированный гетинакс. В настоящее время выпускается около десяти марок такого материала. Он представляет собой гетинакс, облицованный с одной стороны или с двух сторон электролитической красно-медной фольгой толщиной 0,035—0,05 мм.
Текстолит. Этот пластик аналогичен гетинаксу, но изготовляется из пропитанной ткани. Свойства различных марок листового электротехнического текстолита определяются ГОСТ 2910- 71. Свойства текстолита на основе хлопчатобумажной ткани (например, марка Б, см. табл. 6-5) в общем близки к свойствам гетинакса; текстолит имеет повышенную удельную ударную вязкость, стойкость к истиранию и сопротивление раскалыванию (при вдавливании клина и торец доски). Текстолит в пять-шесть раз дороже гетинакса, так как стоимость ткани значительно выше стоимости бумаги, и применяется лишь в отдельных случаях для изделий, подвергающихся ударным нагрузкам или работающих на истирание (детали переключателей и т. п.). Текстолит марки ЛТ на основе синтетической (лавсановой) ткани с пропиткой эпоксидно-фенолформальдегидной смолой более влагостоек, но его нагревостойкость (до 85 0C) понижена.
Другие виды слоистых пластиков. Это текстогетинакс (комбинированный слоистый пластик с внутренними слоями бумаги и наружными— с обеих сторон —слоями хлопчатобумажной ткани); древеснослоистые пластики (ДСП) —типа фанеры на бакелитовой смоле, более дешевые, чем гетинакс, но с худшими электроизоляционными свойствами и более гигроскопичные; более нагревостойкие слоистые пластики — на неорганических основах: асбогетинакс на основе асбестовой бумаги и асботекстолит на основе асбестовой ткани; наиболее нагревостойкие, влагостойкие и механически прочные слоистые пластики —стеклотекстолиты на основе неорганической —стеклянной ткани с нагревостойкими связующими (см. характеристики для стеклотекстолита марки СТЭФ на эпоксидном связующем в табл. 6-5). Наряду со стеклотекстолитами выпускаются и более дешевые слоистые пластики на основе не стеклоткани, а стекломата, получаемого без тканья, т. е. без переплетения нитей друг с другом.
Фасонные и намотанные изделия. Помимо описанных выше листовых слоистых пластиков, находят применение и фасонные слоистые изделия. Таковы намотанные изделия, известные под названием гетинаксовых (бакелитовых) трубок (внутренний диаметр от 10 до 30 мм) и цилиндров (внутренний диаметр от 30 до 600 мм). Бакелитовые трубки и цилиндры выпускаются различной длины при толщине стенки от 1,5 до 3 мм. Они изготовляются из лакированной с одной стороны (на специальных лакировочных машинах) намоточной бумаги, более тонкой и плотной, чем пропиточная бумага, которая идет на производство листового гетинакса. Лакированная бумага туго наматывается на металлическую оправку и вместе с ней подвергается запеканию в термостате, после чего готовое изделие снимается с оправки. Свойства на намотанных изделий уступают свойствам листового гетинакса. Изготовляются также текстолитовые цилиндры, стержни и различные фасонные детали сложной формы, в частности гасильные камеры для масляных выключателей. Текстолит применяется и как конструкционный материал, например, для изготовления подшипников и бесшумных зубчатых передач. Зубчатые колеса для таких передач прессуются из набранных в стопки заготовок, отштампованных из пропитанной ткани.