Вид нагрузки
|
Предел выносливости для различных слоистых пластиков, МПа
|
стеклотекстолит
|
гетинакс
|
текстолит
|
Изгиб
|
60
|
35-40
|
27.5-30
|
Растяжение
и сжатие
|
-
|
58
|
39
|
Предел выносливости слоистых пластиков зависит от
содержания связующего. При этом увеличение содержания смолы, например, в
гетинаксе, с 40% до 50% уменьшает его предел выносливости примерно на 20%
Влияние
нагревания. Механические
свойства большинства видов слоистых пластиков довольно сильно изменяются даже
при небольшом повышении температуры.
Влияние
температуры испытания на предел прочности при растяжении
1 –
гетинакс I
стеклотекстолит СТ
2 –
текстолит А
Зависимость
предела прочности слоистых пластиков при сжатии перпендикулярно слоям от
температуры
1 –
стеклотекстолит СТ-ЭТФ
2 –
стеклотекстолит СТЭФ
3 –
стеклотекстолит СТ
4 –
гетинакс I
5 –
текстолит А
Как видно из графиков, понижение прочности
у различного вида слоистых пластиков происходит в неодинаковой степени и
зависит от вида как применяемого связующего, так и наполнителя.
Длительное нагревание слоистых пластиков
приводит в конечном счёте к довольно большому снижению их механических свойств.
Зависимость
предела прочности при статическом изгибе слоистых пластиков от времени старения
при температуре 160°С (измерения при 20°С)
1 –
стеклотекстолит СТ
2 –
гетинакс I
Как видно из графика, некоторое превышение
предела прочности при статическом изгибе гетинакса после первого месяца
нагревания следует объяснить процессом увеличения степени отверждения
связующего, которое при прессовании гетинакса этой марки, по-видимому, прошло
не до конца.
Однако нагревание слоистых пластиков при
недопустимо высоких температурах может привести к резкой деструкции либо
связующего, либо наполнителя. Так, при нагревании слоистых пластиков,
изготовленных с применением фенолформальдегидных связующих, начиная примерно с
200°C появляется
науглероживание этих связующих, которое усиливается при повышении температуры
до 300-400°С. В то же время при нагревании слоистых пластиков,
изготовленных с применением эпоксиднофенолформальдегидного связующего, при
упомянутых температурах начинается сильная деструкция связующего с возгонкой
продуктов деструкции без существенного образования продуктов обугливания. Если
в первом случае, даже при полном обугливании связующего, ещё остаётся ощутимая
механическая прочность за счёт оставшегося кокса, способного в некоторой
степени связывать между собой слои наполнителя, то во втором случае практически
наступает полное разрушение пластика.
Зависимость
кратковременной электрической прочности слоистых пластиков от температуры
испытания
1 –
стеклотекстолит СТ
2 –
стеклотекстолит СТК
3 –
гетинакс I
Однако снижение такого показателя электрических
свойств как электрическая прочность, происходит и после теплового старения
слоистых пластиков. Из приведённых ниже графиков следует, что если даже
кратковременный нагрев до соответствующей температуры может не влиять на
электрическую прочность слоистого пластика, то тепловое старение при такой же
температуре приводит к снижению его электрической прочности.
Влияние теплового старения Зависимость
электрической прочности
на кратковременную электрическую гетинакса I и стеклотекстолита СТ
прочность стеклотекстолита СТК от
времени старения при 160°С
(температура испытания 20°С)
1 –
стеклотекстолит СТ
2 –
гетинакс I
Влияние
увлажнения. Большинство
слоистых пластиков обладает сравнительно высокой влагопоглощаемостью.
Исключение составляют такие пластики как текстолит ЛТ и стеклотекстолит СТВЭ,
изготовленные с применением негидрофильных наполнителей, у которых
водопоглощаемость оказывается и существенно не увеличивается при
продолжительном увлажнении. У всех других видов слоистых пластиков с течением
времени водопоглощение увеличивается до насыщения. Одновременно с увеличением
водопоглощения изменяются и размеры самого пластика.
Зависимость
водопоглощения и изменения размеров слоистых пластиков от времени пребывания в
воде.
А –
водопоглощение Б – изменение размеров
1 –
текстолит Вч 1 – длины текстолита Вч
2 –
стеклотекстолит СТ 2 – длины стеклотекстолита СТ
3 –
стеклотекстолит СТ-1 3 – длины стеклотекстолита СТ-1
4 – толщины текстолита Вч
5 – толщины стеклотекстолита СТ
6 – толщины стеклотекстолита СТ-1
Из сравнения графиков следует, что водонасыщение у
стеклотекстолитов наступает гораздо раньше, чем у гетинакса и текстолита типа
Вч, и что после наступления водонасыщения прекращается и изменение размеров
слоистых пластиков. После пребывания слоистых пластиков в воде их механическая
прочность несколько падает и, например для отдельных видов стеклотекстолитов
это падение достигает 20-25%. Однако механическая прочность таких
стеклотекстолитов восстанавливается после сушки при умеренной температуре
(около 105°С). Снижение механических свойств наблюдается у
слоистых пластиков, способных к существенному влагопоглощению после пребывания
при высокой относительной влажности воздуха. Так, у стеклотекстолита марки
СТЭФ, после его пребывания в течение 6 мес. при относительной влажности воздуха
98-100%наблюдается падение предела прочности при растяжении на 5%, удельной
ударной вязкости на 7% и предела прочности при изгибе даже на 50%.
Также увлажнение в заметной степени ухудшает
электрические характеристики слоистых пластиков. При этом очень чувствительными
показателями оказываются tg d и сопротивление изоляции, что видно из графиков.
Зависимость tg d (при 50 Гц)
от времени увлажнения слоистых пластиков при относительной влажности воздуха
98% и температуре 35°С
1 –
стеклотекстолит ЛТ
2 –
стеклотекстолит ЛТВЭ
3 –
стеклотекстолит СТЭФ
4 –
гетинакс IV
5 –
стеклотекстолит СТ
6 –
гетинакс I
При этом сушка слоистых пластиков после увлажнения
не всегда приводит к восстановлению электрических свойств до исходного
состояния. Так после увлажнения стеклотекстолита СТЭФ при относительной
влажности 95-98% и температуре 30°С, tg d
его возрастает с 3 до 23-26%. Однако даже после продолжительной сушки при 160°С
tg d
остаётся выше 10-15%. В меньшей степени
ухудшается удельное объёмное сопротивление слоистых пластиков.
Зависимость
удельного объёмного сопротивления слоистых пластиков от времени увлажнения при
относительной влажности воздуха 95-98% и температуре 35°С
1 –
гетинакс I
2 –
гетинакс IV
3 –
стеклотекстолит СТВЭ
4 –
стеклотекстолит СТ
5 –
стеклотекстолит СТЭФ
6 –
текстолит А
7 –
текстолит ЛТ
Влияние
времени приложения электрического напряжения.
Электрическая прочность слоистых пластиков зависит от продолжительности
приложения электрического напряжения. Если причиной понижения механической
прочности являются релаксационные процессы, то продолжительное действие
электрического напряжения, по-видимому, связано с вызываемыми им процессами
ионизации воздуха в порах слоистого пластика и в конечном счёте со сквозным
расширением этих пор за счёт ударов ионов воздуха в стенки этих пор. После
появления в слоистом пластике за счёт длительного приложения электрического
напряжения сквозных пор, наполненных ионизированным воздухом, происходит ионный
элестрический пробой материала. Однако если слоистый пластик обладает
повышенным значением tg d, то раньше, чем наступит ионный пробой, может
вследствие очень сильного разогревания и обугливания слоистого пластика
произойти тепловой пробой. Поэтому электрическая прочность большинства слоистых
пластиков при высокой частоте, когда степень ионизаци воздуха увеличивается,
оказывается существенно более низкой, чем при токе промышленной частоты. Так,
если гетинакс, имеющий tg d около 0.1, при температуре 90°С
выдерживает в течение 1 мин вдольслоёв при частоте 50 Гц и расстоянии между
электродами 50 мм напряжение в 55 кВ, то при частоте тока 100 кГц он
выдерживает только 25 кВ.
Зависимость
электрической прочности слоистых пластиков перпендикулярно слоям от времени
приложения электрического напряжения (частотой 50 Гц)
1 – стеклотекстолит
СТЭФ при 20°С
2 – то же
при 100°С
3 –
гетинакс I при 20°С
4 – то же
при 100°С
5 –
стеклотекстолит СТ при 20°С
6 – то же
при 100°С
5. Механическая
обработка слоистых пластиков
Слоистые пластики могут подвергаться всем
видам механической обработки, которые применяются для изготовления деталей из
металлов. Однако если изготовление деталей
из слоистых пластиков не сводится к получению отдельных разовых партий, когда
можно пренебречь износом режущего инструмента, то режимы резания и геометрия
режущего инструмента отличаются от тех, которые применяются для изготовления
деталей из металлов.
В отличие от металлов слоистые пластики обладают меньшей
теплопроводностью (в 200 раз меньшей, чем железо, медь). При этом применение
охлаждающих жидкостей или воды недопустимо, так как они могут приводить к
ухудшению физико-механических и особенно электрических свойств слоистых
пластиков. Применение воздуха для охлаждения режущего инструмента и деталей не
является достаточно эффективным.
Более эффективным средством для отвода тепла, когда уменьшается
контактная площадь соприкосновения режущего инструмента с поверхностью
пластмассы, является применение такого инструмента, у которого главные и
вспомогательные задние углы максимально увеличены. Одновременно меньшие
механическая прочность и твердость слоистых пластиков требуют меньшей силы
резания (в 6 – 20 раз меньше, чем у металлов). Это позволяет делать режущую
часть инструмента более заостренной, без опасения потерь её прочности.
Однако при всех этих условиях следует учитывать, что при
неправильных режимах резания может происходить подгорание пластмасс с
поверхности или возникновение вследствие перегрева даже внутри деталей
процессов деструкции, приводящих к ухудшению физико-механических и электрических
свойств материала деталей. Несмотря на меньшую потребность в усилиях резания,
слоистые пластики оказывают довольно большое влияние на износ режущего
инструмента. Особенно это относится к стеклотекстолитам, когда абразивные
свойства материала приводят к быстрому износу режущего инструмента и даже
приходится прибегать к применению алмазного инструмента.
Некоторого уменьшения износа режущего инструмента можно достигнуть
путем интенсивного удаления стружки и пыли, которые могут способствовать
преждевременному его износу. Такое удаление необходимо также во избежание
скапливания в помещении пыли, образующейся при обработке слоистых пластиков.
Поэтому оборудование, применяемое для обработки, должно быть снабжено надёжным
отсасывающим устройством.
Ниже приводятся методы механической обработки и режима резания,
применение которых дает достаточно удовлетворительные результаты.
Разрезание и
распиливание. Листовые слоистые пластики тонких размеров
могут разрезаться на ножницах гильотинного типа. Однако удовлетворительная
кромка в этом случае получается только при малых толщинах слоистых пластиков
(часто не превышающих 2 – 3 мм). Для ровной обрезки листы материала должны быть
хорошо прижаты к столу гильотинных ножниц в местах, непосредственно
прилегающих к нижнему лезвию. Угол между режущими кромками обычно берут равным
6 – 8°.
Гетинакс, текстолит и древесный слоистый пластик толщиной от 3 до 25 мм распиливают циркулярными пилами, выше 25 мм – ленточными пилами.
При этом поверхность раздела тем чище, чем меньше выступает диск
пилы над поверхностью распиливаемого материала. Вместе с тем это приводит к более
быстрому затуплению зубьев и уменьшению производительности пилы вследствие
необходимости уменьшения подачи во избежание подгорания материала. Поэтому
высоту установки дисковой пилы в зависимости от
требуемой чистоты разрезаемой поверхности подбирают практически.
Дисковые пилы могут быть с разведёнными или неразведёнными зубьями.
В последнем случае диск пилы должен иметь вспомогательный угол в плане не менее
1 – 2°.
Дисковые пилы должны быть из быстрорежущей стали твердостью Rc = 62 – 64 с хорошо отшлифованной
поверхностью. При этом скорость резания должна находиться на уровне 2000—3000
м/мин. Подача материала при обрезке колеблется и зависимости от толщины материала
от 12 (для толщины 4 мм) до 2 (для толщины 20 мм) м/мин. При необходимости получения чистой
поверхности подача должна быть уменьшена.
Ленточные пилы не дают достаточно чистой поверхности. Однако с их
помощью можно разрезать гетинакс или текстолит толщиной до 250 мм.
Полотна ленточных пил должны иметь развод зубьев в половину толщины
ленты пилы в каждую сторону. Число зубьев - 2 – 3 на 10 мм. Скорость полотна пилы 1200 – 1500 м/мин. Подача колеблется от 2 (для толщины 20 мм) до 0,4 (для толщины 100 мм) м/мин.
Применение вышеупомянутого инструмента для разрезания
стеклотекстолита вследствие быстрого износа режущего инструмента не оказывается
эффективным. Для этого следует применять абразивные или алмазные круги. Однако
и при применении абразивных кругов наблюдается их большой износ, приводящий к
тому, что их приходится менять почти каждую смену. В этом отношении алмазные
круги (типа АСМ или АСБ) оказываются несравненно более
стойкими (в 25 – 30 раз).
Сверление. Для сверления отверстий с малым
диаметром глубиной до 6 мм можно применять перовые сверла. Для сверления
отверстий диаметром 10 мм и глубиной до 10 мм применяют спиральные сверла, для отверстий диаметром от 10 до 24 мм можно рекомендовать сверла с режущими
кромками из твердого сплава. Перовые и спиральные сверла должны быть
изготовлены из быстрорежущих сталей Р-9 и Р-18. Режущие кромки из твердого
сплава должны изготовляться из твердых сплавов ВК-6, ВК-8 или ВК-3М. Твердость
рабочей части сверла после закалки и многократного отпуска должна находиться на
уровне Rc = 62 – 64. Угол заострения резца
для текстолита должен составлять 55 – 60°, гетинакса 100 – 110°. Задний угол на
периферии следует принимать равным 10 – 15°. Скорость резания при работе со
спиральными свёрлами из быстрорежущей стали зависит от диаметра отверстий и не
должна превышать 60 м/мин (во избежание подгорания стенок материала). Подача
должна быть не выше 0,3 и не менее 0,05 мм/оборот.
При сверлении отверстий свёрлами с режущей частью из твердых
сплавов скорость резания можно увеличивать в 2 – 2,5 раза.
Во избежание расслоения слоистых пластиков необходимо соблюдать
следующие условия: хорошее крепление обрабатываемого материала, плотное
прилегание его к опорной поверхности, применение подкладок, хороший отвод
стружки.
Во всех случаях следует учитывать, что благодаря спружиниванию
материала слоистого пластика диаметр отверстия получается на 0,01 – 0,05 мм меньше, чем диаметр сверла.
Нарезание резьбы. Для нарезания наружной резьбы
применяют резьбонарезные головки с круглыми гребенками. Для получения
внутренней резьбы пользуются метчиками. Инструмент должен быть изготовлен из
быстрорежущей стали с широким и круглым профилем зуба и углом заточки 60°. Для
отвода стружки метчики должны быть с тремя канавками. Перо не должно быть широким
во избежание увеличения трения и забивания канавки стружкой.
Углы режущей кромки: передней g=15°, задней a=5-8°. При нарезанни резьбы производится
смазка резьбового инструмента маслом, пчелиным воском, тальком и т.п.
Штампование, вырубка и
пробивание.
Для успешного осуществления этих операций необходимо применение штампов с
плотным прижимом листа и изделия в рабочий момент. Режущие кромки пуансона и
матрицы должны быть острыми, а зазор между пуансоном и отверстием матрицы не
превышать 10 – 15% толщины листа (лучшие результаты получаются, когда этот
зазор не превышает 0,025 – 0,05 мм).
Конусность пуансона для его выемки во избежание образования
отрыва материала («ореолы»)
рекомендуется выдерживать в 5° (задний угол). Материал штампа – углеродистая сталь
У-9, имеющая твердость после закалки и отпуска Rс =
54 – 56.
При вырубке прямоугольных отверстий необходимо закруглять
острые углы радиусом не менее 0,5 мм. Диаметр штампуемого отверстия, как
правило, не должен быть меньше толщины материала. Расстояние вырубаемого
отверстия от края, а также расстояние между вырубаемыми отверстиями должно не
менее чем в 2 – 3 раза превышать толщину штампуемого материала.
Способность к штампованию слоистых пластиков находится в
прямой зависимости от относительного удлинения, к которому способен материал
при мгновенном его разрыве.
В этом отношении слоистые пластики электротехнического
назначения могут быть расположены по степени штампуемости в порядке убывания
следующим образом: текстолит ЛТ, текстолиты А и Б, стеклотекстолит, гетинакс. Для каждого вида слоистых пластиков
существует свой предел толщины, выше которого не удается получать детали
удовлетворительного качества. Эта предельная толщина колеблется от 2 до 3 – 4 мм (начиная с гетинакса и кончая текстолитом ЛТ). Лучшие результаты получаются при подогреве
слоистых пластиков до температуры 60 – 80°С. Однако такие материалы, как
текстолит ЛТ и текстолиты А и Б, можно штамповать без подогрева.
При подогреве материалов перед штампованием следует
учитывать усадку, которая связана с температурным коэффициентом расширения
слоистых пластиков, лежащим в пределах от (1,7…3,5)х10-5 °С-1.
Одновременно следует учитывать способность слоистых
пластиков к спружиниванию. Спружинивание при этом колеблется в пределах от 0,02
до 0,13 мм (для стеклотекстолита,
гетинакса и текстолита).
Оценка степени штампуемости слоистых пластиков толщиной 1,5 мм
Наименование и марка слоистого
пластика
|
Степень штампуемости
|
без подогрева
|
с подогревом
|
Гетинакс I
|
4 – 5
|
5 – 6
|
Гетинакс VI
|
5
|
6
|
Стеклотекстолит
|
5 – 6
|
6
|
Текстолиты А и Б
|
5 – 6
|
6 – 7
|
Текстолит ЛТ
|
6
|
7
|
Список литературы
1. Барановский ВВ, Дулицкая ГМ.
Слоистые пластики электротехнического назначения. М. Энергия, 1976
2. Кноп А, Шейб В. Фенольные смолы и
материалы на их основе. М. Химия, 1983
3. Устинов СН. Комплексные
фенольно-анилино-формальдегидные смолы для пластмасс и слоистых пластиков.
«Хим. промышленность», 1959, №1, с.42-44
4. Киселёв БА. Стеклопластики. М.
Госхимиздат, 1961, 330с
5. Шишко ВИ, Барановский ВВ, Аврасин
ЯД, Рекст ВБ, Якобан БВ, Замкевич ВИ, Вакуленко ЕГ. Стеклотекстолиты на основе
нетканых стекловолокнистых армирующих материалов. «Пластмассы», 1972, №3,
с.70-72
6. Шугал ЯЛ. Фольгированные слоистые
пластики в электротехнической промышленности. М. «Информстандартэлектро»,1968,
32с.
7. Смельницкий ФС, Горелов НВ,
КоноваловПГ. Фольгированные слоистые пластики для печатных схем. М. Энергия,
1969
8. Барановский ВВ, Шугал ЯЛ. Слоистые
пластики электротехнического назначения. М.-Л. Госэнергоиздат, 1963, 229с.