Какую температуру выдерживает стеклотекстолит
Стеклотекстолит – это диэлектрический материал, широко применяемый для изготовления трущихся деталей механизмов, а также электроизоляторов. Является разновидностью текстолита, но содержит вместо тканевых волокон стекловолокно, за счет чего обладает более высокими эксплуатационными качествами.
Из чего состоит стеклотекстолит
Это композитный материал. В его основе используется стеклоткань. Она укладывается слоями по всей толще материала. Между собой слои пропитываются и скрепляются полимером. В его качестве может использоваться полиэфирная или эпоксидная смола, также возможно применение бакелита.
Присутствие в качестве армирующих слоев стеклоткань существенно повышает рабочие и физические качества стеклотекстолита. Он выдерживает на 50°C более высокую температуру, чем обычный текстолит. Эти качества позволяют его применять для производства печатных плат. Даже тонкие пластины стеклотекстолита выдерживают существенную деформационную нагрузку, которая возникает в момент монтажа на разъемы платы различных микросхем, оборудования и т.п.
Для производства стеклоткани для стеклотекстолита используется бой стекла. Таким образом, изготовление материала несет определенную пользу для экологии. Стеклотекстолит отличается от текстолита основой. У первого она из стеклоткани, у второго из хлопчатобумажной ткани. Стекловолокно само по себе лучше и долговечней натуральных волокон. За счет этого изделие из него лучше как в плане долговечности, так и в температурной и механической устойчивости.
ГОСТ допускает производство стеклотекстолита светло-зеленого и коричневого цвета. Преимущественно он именно первого оттенка. Ближе к коричневому чаще всего делают только обычный текстолит. Нужно отметить, что продажа изделий из стеклотекстолита осуществляется преимущественно на развес вне зависимости от их формы.
Что делают из стеклотекстолита
Стеклотекстолит одновременно сочетает в себе прочность, стойкость к трению, а также электроизоляционные качества. Благодаря этому его используют для производства различных изделий.
Из него делаются заготовки трех типов:
- Листы.
- Втулки.
- Стержни.
Листы или плиты стеклотекстолита имеют толщину от 0,5 мм до 100 мм. Более тонкие отличаются большей хрупкостью, поэтому применяются только для изготовления тонких мелких деталей. Стержни и втулки из стеклотекстолита выпускаются в диаметре от 8 до 200 мм.
Из стеклотекстолита производят:
- Шестерни.
- Подшипники скольжения.
- Втулки.
- Прокладки.
- Шайбы.
- Детали станков.
- Диэлектрические рукояти на инструмент.
- Печатные платы для электроприборов и т.п.
Значительную долю всей продукции из стеклотекстолита занимают фольгированные листы. Они являются заготовкой для изготовления печатных плат в домашних условиях. Для этого используется несложная технология. На заготовке прорисовывается рисунок платы защитным лаком. Затем она помещается в хлорное железо, раствор лимонной кислоты или другое активное вещество. В ванне происходит бурная химическая реакция, и открытые не защищенные поверхности фольги растворяются. Под лаком остаются прорисованные дорожки. Затем плата сверлиться согласно разработанной схеме и на нее паяются микросхемы, диоды, транзисторы, резисторы и т.д.
Способы обработки
Материал отлично поддается обработке. В этом плане он похож на пластик, но является более твердым. С ним сложнее работать, чем с древесиной.
При обработке стеклотекстолита возможно выполнение:
- Пиления.
- Сверления.
- Фрезерования.
- Шлифовки.
Для этого используются инструменты с оснасткой для работы с металлами. К примеру, при необходимости разрезать стеклотекстолитовое изделие или болванку применяется ножовка по металлу с мелкими зубьями.
После обработки поверхность стеклотекстолита становится матовой. Для возврата глянца его необходимо шлифовать мелкозернистой наждачной бумагой Р1000 и мельче. После этого можно отполировать поверхность или просто смазать ее маслом. Оно заполняет поры, и придает поверхности необходимый блеск. Подобную обработку можно делать, к примеру, при изготовлении из втулок стеклотекстолита рукояток ножей или другого ручного инструмента.
При обработке стеклотекстолита электроинструментом нужно стараться его не перегревать. При нагреве до температуры больше чем +400°C от материала выделяется ядовитый дым. Он не смертельный, но содержит вредные для человека вещества. Также при шлифовке или пиления стеклотекстолита нужно избегать вдыхания опилок. Они собираются в воздухе в виде легкой взвеси. В связи с этим нужно работать в средствах индивидуальной защиты органов дыхания или же подключить вытяжку над рабочим местом.
Допускается обработка стеклотекстолита на токарном станке с использованием обычных резцов по металлу, напильников, наждачной бумаги. Это очень быстрый и безопасный способ для производства любого изделия, будь то шестерня, втулка или другая цилиндрическая деталь.
Марки материала
Так как для изготовления стеклотекстолита могут использоваться различные связующие вещества, то конечные свойства материала существенно отличаются. На фоне этого ГОСТами предусмотрены различные его марки.
СТЭФ – это классическая марка стеклотекстолита, используемая в первую очередь для изготовления печатных плат в электроприборы. Для армирования листов применяются лоскуты стеклоткани с крупной ячейкой. Связующими для них могут вступать различные смолы.
СТЭФ1 – является практически полным аналогом предыдущей марки за тем исключением, что сделана из стеклоткани с очень мелкой ячейкой. Благодаря этому подобное изделие отличается в разы большей прочностью. Материал обычно используется для изготовления мелких трущихся деталей. Он хорошо поддается механической обработке. Материал может эксплуатироваться в условиях с постоянной температурой +250°C. Однако способен переносить кратковременный перегрев до уровня +750°C. Благодаря данным качествам стеклотекстолит СТЭФ1 применяется для изготовления электроизоляции для оборудования, которое сильно разогревается, к примеру втулок и шайб в духовку.
КАСТ-В – это абсолютно безопасная разновидность стеклотекстолита, при нагреве которой не выделяется ядовитый дым. Также пыль образованная при его обработке тоже не вызывает отравление организма при вдыхании в больших количествах. В состав материала входят специальные стабилизирующие добавки. За счет этого полимер в сочетании со стекловолокном отличается еще большей прочностью. Также он хорошо противостоит воздействию огня.
На самом деле существует более 10 марок стеклотекстолита, каждая из которых имеет определенное назначение. В большинстве случаев для изготовления почти всех деталей может использоваться материал любой марки, они все прочные и стойкие к износу. Однако для очень специфических условий эксплуатации марка материала является важной, так как все ее особенности в таком случае себя проявят с положительной стороны.
Характеристики материала
Стеклотекстолит разных марок может отличаться между собой по сложности обработки и сроку службы. Считается, что трущиеся детали из него нужно менять каждые 3 года, что в принципе является растяжимым утверждением, которое больше привязано к интенсивности эксплуатации.
Стеклотекстолит имеет много положительных качества:
- Большая плотность.
- Прочность на сжатие 800-1800 кг/см2.
- Водопоглощение 0,95%.
- Стойкость к возгоранию.
- Высокая прочность.
- Является диэлектриком.
- Низкая стоимость.
- Малый удельный вес.
- Легкость обработки.
Повышенная твердость материала препятствует его быстрому износу при трении. Также он имеет очень малое линейное расширение. Это крайне важное его качество, особенно для плат. Во время работы они сильно неравномерно разогреваются, что впрочем, никак не сказывается на их целостности.
Стеклотекстолит является очень прочным материалом как на свою толщину. Он выдерживает нагрузку при сжатии в зависимости от марки в пределах 800-1800 кг/см2. Кроме этого его прочность на изгиб достигает уровня 1500-4000 кг/см2, а на растяжение – 2000-4000 кг/см2. Столь высокий разброс в предельной прочности зависит не только от марки, но и фактической температуры материала при которой происходит воздействие.
Прочное сцепление слоев стеклотекстолита позволяют ему нормально переносить вибрационные нагрузки. Это крайне важно для шестеренок, втулок, подшипников. Материал не расслаивается при эксплуатации в сложных условиях, практически не стирается.
Уровень водопоглощения стеклотекстолита составляет всего 0,95%. То есть, он не станет проводником электрического тока даже в случае вымачивания в воде. Низкая впитываемость также делает материал отличным решением для изготовления втулок, рукояток для инструмента.
Материал отличается химической нейтральностью. Он практически никогда не вступает в реакцию с агрессивными веществами. В связи с этим его применяют для изготовления различных деталей механизмов в химическом производстве.
Детали из стеклотекстолита благодаря прочности материала не нужно делать массивными и толстостенными. Благодаря этому они отличаются легкостью, не утяжеляют конструкции, где применяются. Стеклотекстолит легко сверлить, точить и обрабатывать другими способами. За счет этого он является главным материалом в сфере своего применения. Он существенно превосходит пластик, так как не склонен к трещинообразованию, оплавлению при относительно небольшом нагреве и деформации.
Похожие темы:
- Гетинакс. Виды и применение. Производство и особенности работы
- Оргстекло. Виды и производство. Свойства и применение. Особенности
- Фторопласт. Виды и применение. Формы и плюсы. Особенности
- Капролон. Виды и применение. Свойства и особенности
- Паронит. Свойства и особенности. Производство и применение
Источник
Стеклотекстолит представляет собой материал, состоящий из нескольких слоев стеклоткани, пропитанных и склеенных между собой различными связующими на основе высокомолекулярных соединений.
Стеклотекстолиты обладают высокими электрофизическими и механическими характеристиками, позволяющими использовать их в различных отраслях промышленности: машиностроительной, электротехнической, авиастроении, космической и др. Очень широко этот материал используется при изготовлении электрического оборудования.
Невозможно представить турбо- и гидрогенераторы, КЭМ, электродвигатели, силовые трансформаторы, электровозы, оборудование высокого и низкого напряжения без деталей, изготовленных из стеклотекстолитов различных марок. Стеклотекстолиты в зависимости от их назначения делятся на электроизоляционныеи конструкционные.
Электроизоляционные стеклотекстолиты
Электроизоляционные стеклотекстолиты обладают хорошими диэлектрическими свойствами. Высокое удельное объемное сопротивление и электрическая прочность, низкий тангенс угла диэлектрических потерь, незначительное водопоглощение позволяют использовать их в качестве электрической изоляции при изготовлении электрических машин и оборудования. К этой группе материалов относятся стеклотекстолиты СТЭФ, СТЭФ-У, СТ-ЭТФ, Элизлам-225 и другие.
Конструкционные стеклотекстолиты
Конструкционные стеклотекстолиты, наоборот, отличаются существенно более высокими механическими характеристиками, к которым относятся ударная прочность, разрушающее напряжение при разрыве, модуль упругости, а также теплоизоляционными свойствами и используются в различных областях промышленности (машиностроение, приборостроение, металлургия, авиастроение) для изготовления деталей конструкционного назначения. На рынке эти материалы представлены такими марками, как КАСТ, КАСТ-В, ВФТ-С.
В таблице приведены некоторые сравнительные нормативные характеристики стеклотекстолитов СТЭФ и КАСТ-В.
| Наименование показателя | Марка стеклотекстолита | |
|---|---|---|
| СТЭФ | КАСТ-В | |
| Плотность, кг/м3 | 1600-1900 | Не более 1900 |
| Разрушающее напряжение при растяжении по основе, МПа, не менее | 220 | 284 |
| Ударная вязкость по Шарпи, кДж/м2, не менее | 88 | 50 |
| Пробивное напряжение параллельно слоям, КВ, не менее | 35 | – |
| Модуль упругости при растяжении, МПа, не менее | – | 2,1х104 |
Другие марки стеклотекстолитов
Несколько слов о других марках стеклотекстолитов. Модификация связующих, используемых при изготовлении стеклотекстолитов, позволяет получить материалы со специальными свойствами. Обычные стеклотекстолиты, конечно же, являются горючими материалами. Однако за счет введения соответствующих добавок (антипиренов), стеклотекстолиты приобретают трудногорючие свойства, например стеклотекстолит СТЭБ.
Стеклотекстолиты, относящиеся к типу FR-4, характеризуются классом горючести V0. При изготовлении гидрогенераторов и статоров высоковольтных электрических машин используется полупроводящий стеклотекстолит марок СТЭФ-П и СТЭФ-ПВ. Эти пластики обладают низким удельным сопротивлением (в пределах 103-106 Ом.м), которое достигается за счет введения графитовых препаратов в состав связующее. Материалы применяются в системах уплотнения обмоток для снижения вибрации стержней и предотвращения контактной эрозии от пазовых разрядов.
Стеклотекстолит СТЭФ-ПВ
Стеклотекстолит СТЭФ-ПВ выпускается в виде волнистых листов. Структура стеклотекстолитов и технологические параметры их изготовления определенным образом отражаются и на их свойствах. Использование в качестве наполнителя неравнопрочных в продольном и поперечном направлении стеклотканей приводит к тому, что стеклотекстолит имеет неодинаковые свойства в продольном и поперечном направлении, является анизотропным материалом. Слоистое строение материала также проявляется в различии физико-механических свойств в направлении вдоль слоев и перпендикулярно им. Наконец, механические свойства стеклотекстолитов зависят от толщины листов, несколько уменьшаясь с увеличением толщины. Все это необходимо учитывать при выборе материалов для конкретного изделия.
Технологический процесс изготовления материала состоит из нескольких стадий:
- -изготовление связующего
- -пропитка стеклоткани
- -прессование стеклотекстолита.
Для изготовления стеклотекстолитов применяются различные связующие:
- фенолоформальдегидные
- эпоксиднофенольные
- эпоксидные
- полиэфирные
- кремнийорганические.
Как правило, все они являются термореактивными, под действием температуры или специальных добавок отверждаются, теряют растворимость и способность к текучести и пластической деформации при повышенных температурах. В качестве наполнителя используются различные виды стеклотканей.
В качестве исходного сырья при производстве стеклотканей используются стекла различного состава. При производстве стеклотекстолитов электротехнического назначения применяются электроизоляционные стеклоткани на основе бесщелочного алюмоборосиликатного стекла марки Е. Присутствие щелочи отрицательно сказывается на надежности и долговечности электроизоляционных материалов, поскольку в процессе их эксплуатации влага, попадая внутрь материала, приводит к омылению щелочей, распаду структуры стекла и как следствие, разрушению изоляции.
В производстве стеклянного волокна в качестве текстильного замасливателя используются различные эмульсии на основе парафина, которые в дальнейшем ухудшают адгезию связующего к стекловолокну. Связующее при пропитке стеклотканей практически не проникает внутрь стеклянных нитей, а только обволакивает их, поэтому для улучшения адгезии связующего к поверхности стеклянного волокна со стеклоткани удаляют замасливатель путем отжига, после чего обрабатывают ткань специальными химическими составами – аппретами. Аппреты, вступая во взаимодействие как со стекловолокном, так и со связующим, улучшают пропитываемость стеклотканей, и несмотря на то, что разрывная нагрузка аппретированных стелотканей, как правило, существенно ниже, чем у их аналогов на текстильном (парафиновом) замасливателе, применение первых позволяет получить более монолитный пластик с высокими характеристиками и низким влагопоглощением.
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, влиящие 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, используюемых 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 |
Источник