Файл: Конспект лекций спбгэту лэти, 2021 г. 7 Основные сведения о строении и свойствах органических полимеров.pdf

КОМПОЗИЦИОННЫЕ ПОРОШКОВЫЕ ПЛАСТМАССЫ
И СЛОИСТЫЕ ПЛАСТИКИ
Композиционные порошковые пластмассы
Они предназначены для изготовления изделий методом горячего прессова- ния или литья под давлением, состоят из связующего вещества (искусственные смолы – пространственные или линейные полимеры) и наполнителей (древесная мука, кварцевый песок, бумага, слюдяная крошка, каолин, асбестовое или стек- лянное волокно и т. д.). Кроме того, в пластмассу добавляют красители, стабили- заторы и пластификаторы.
Наполнитель удешевляет пластмассу, улучшает ее механические (а иногда и электрические) свойства. Стабилизаторы повышают ее стойкость к термоокисли- тельным процессам, воздействию излучений и микроорганизмов, а пластифика- торы уменьшают хрупкость изделий, способствуют улучшению технологических параметров формуемой композиции. При массовом производстве изделий одина- ковой формы и размеров применение пластических масс позволяет обеспечить высокую производительность труда.
В качестве связующих веществ используются фенолоформальдегидные, ани- линоформальдегидные, крезолоформальдегидные, карбамидоформальдегидные, меламиноформальдегидные, кремнийорганические и другие смолы. Изделия на основе фенолоформалдегидных смол часто называются фенопластами. В зависи- мости от соотношения между компонентами и условий синтеза могут быть полу- чены пластмассы как с термопластичными, так и с термореактивными свойствами
(термопласты и реактопласты).
Фенолоформальдегидные смолы синтезируют путем реакции поликон- денсации, происходящей при взаимодействии водного раствора фенола C
6
H
5
OH с формалином (т. е. водным раствором формальдегида CH
2
O) в присутствии ката- лизатора. Если в ходе реакции обеспечивается избыток формальдегида, то полу- чается термореактивная смола, называемая бакелитом. Последний имеет не- сколько стадий полимеризации, причем в начальной стадии, называемой резолом, бакелит еще обладает плавкостью и легко растворяется в спирте.
При дальнейшем нагревании резол подвергается дополнительной полимери- зации и переходит в неплавкую стадию – резит. В этой стадии полимеризации бакелит обладает пространственной структурой, повышенной механической прочностью, улучшенными электроизоляционными свойствами, практически не- растворим ни в воде, ни в спирту, ни в каких-либо органических растворителях.

В электронике фенолоформальдегидные смолы широко применяются для изго- товления слоистых пластиков и электроизоляционных покрытий. Все разновид- ности бакелита относятся к сильнополярным диэлектрикам из-за наличия в мак- ромолекулах гидроксильных групп −OH. Для бакелита в стадии резита среднее значение удельного сопротивления составляет около 10 10
Ом·м, при этом на ча- стоте 1 МГц диэлектрическая проницаемость ε = 4,5…5,0, a tgδ = 0,01…0,02.
При замене фенола (в реакции с формальдегидом) анилином C
6
H
5
NH
2
полу- чают анилиноформальдегидные смолы (аминопласты). Их полярные свойства выражены менее сильно в сравнении с фенопластами, так как аминная группа
−NH
2
обладает меньшим дипольным моментом, нежели гидроксильные ком- плексы −OH. Благодаря меньшей полярности аминопласты выделяются улучшен- ными электрическими свойствами среди прочих композиционных пластмасс. Они также ценны еще и тем, что позволяют придавать изделиям любую яркую окраску, тогда как фенопласты из-за темно-коричневого цвета самой фенолофор- мальдегидной смолы могут принимать только темные цвета.
Использование кремнийорганических смол позволяет получать пласт- массы с нагревостойкостью до 300 ℃ и более. Как уже отмечалось ранее, эти ве- щества отличаются повышенной химической стойкостью, малой гигроскопично- стью, они практически не смачиваются водой. Однако кремнийорганические ма- териалы сравнительно дороги, кроме того, они, как правило, имеют невысокую механическую прочность.
Тип связующего вещества определяет особенности технологии изготовления изделий из пластических масс. Исходное сырье тщательно измельчается и пере- мешивается. Изготовленный таким образом пресс-порошок идет на формовку из- делий. Формование термореактивных пластмасс обычно проводят путем прессо- вания в стальных пресс-формах с помощью гидравлических прессов. Если требу- ется одновременно нагрев и давление, то пластины пресса или сама пресс-форма снабжаются электронагревательным устройством.
Литье под давлением применяется для получения изделий из термопластич- ных пластмасс. В этом случае исходную композицию подогревают и размягчают вне пресс-формы и затем вдавливают в нее с помощью плунжера. Для фиксиро- вания формы изделия литьевая масса должна охладиться непосредственно в пресс-форме до снятия давления.

Композиционные пластмассы широко применяются в качестве электроизо- ляционных и конструкционных материалов. В частности, из них изготовляют кор- пусы радиоприемников, телевизоров, музыкальных центров, компьютерных мо- ниторов, телефонов, а также клавиатуры, штепсельные разъемы, разного рода вы- ключатели и ручки управления и др. Изготовление таких изделий обычной меха- нической обработкой было бы весьма трудоемко, а формование из пластмассы позволяет получать их за одну технологическую операцию.
Слоистые пластики
Разновидностью композиционных пластмасс являются слоистые пластики, в которых в качестве наполнителя используют листовые волокнистые материалы.
К слоистым пластикам относят гетинакс, текстолит и стеклотекстолит.
Гетинакс получают горячей прессовкой бумаги, пропитанной фенолофор- мальдегидной смолой в стадии резола или другими смолами этого же типа. Для производства используется прочная и нагревостойкая пропиточная бумага. Про- питку производят с помощью водной суспензии формальдегидной смолы. Листы бакелизированной бумаги после их сушки собирают в пакеты и эти пакеты прес- суют на гидравлических прессах при температуре 160 ℃ под давлением
10…12 МПа. Во время прессования смола сначала размягчается, заполняя поры между листами и волокнами, а затем затвердевает, переходя в неплавкую стадию резита. В результате волокнистая основа связывается в прочный монолитный ма- териал.
Гетинакс относится к числу сильнополярных диэлектриков, так как и связу- ющее вещество (бакелит), и наполнитель (целлюлоза) обладают полярными свой- ствами. Слоистое строение гетинакса приводит к анизотропии свойств. Так, его удельное объемное сопротивление ρ
????
поперек слоев в 50…100 раз выше, чем
ρ
????
в продольном направлении. Перпендикулярно плоскости слоев наблюдаются также более высокая электрическая прочность и меньшие диэлектрические по- тери (????
пр
= 30 МВ/м, tgδ = 0,04…0,08 на частоте 1 МГц).
Гетинакс используется для изготовления наиболее дешевых печатных плат.
Последние являются типовыми несущими конструкциями радиоэлектронной ап- паратуры. В состав печатной платы входит диэлектрическое основание и печат- ные проводники из тонкой медной фольги толщиной от 30 до 100 мкм. Требуемый рисунок печатной схемы получают путем избирательного травления.

Текстолит во многом аналогичен гетинаксу, но его получают из пропитан- ной хлопчатобумажной ткани. Он обладает худшими электрическими свой- ствами, чем гетинакс, к тому же в 5-6 раз дороже гетинакса, поскольку стоимость ткани существенно выше стоимости бумаги. Однако текстолит отличается повы- шенной стойкостью к истиранию и хорошо переносит ударные нагрузки. Поэтому текстолит применяют также в качестве конструкционного материала (крепежные планки, щитки, панели). Соответственно, его выпускают не только в виде листов, но и плит толщиной до 50 мм.
Стеклотекстолит представляет собой листовой материал с повышенной нагревостойкостью и механической прочностью, который изготовляют путем прессования бесщелочной стеклянной ткани, пропитанной термореактивным свя- зующим. Благодаря ценным свойствам наполнителя стеклотекстолит обладает минимальным влагопоглощением, имеет лучшую стабильность формы и разме- ров, а его электрические свойства остаются достаточно хорошими даже во влаж- ной среде (например, на частоте 1 МГц tgδ не превышает 0,04). Поэтому стекло- текстолит является одним из лучших материалов для оснований печатных плат.
В качестве связующих веществ при изготовлении слоистых пластиков по- мимо фенолоформальдегидных смол применяются также эпоксидные и крем- нийорганические смолы. Замена связующего не изменяет название пластика, а лишь определяет его промышленную марку. Введение эпоксидных или крем- нийорганических смол способствует улучшению теплофизических и электриче- ских свойств слоистых композиций.