(239.32 кб)

ВИАМ/2005-204414
Модификация пресс-порошков волокнистым
пресс-материалом
М.Г. Долматовский
кандидат технических наук
Л.Л. Краснов
кандидат технических наук
М.А. Масенкис
Сентябрь 2005
Всероссийский институт авиационных материалов (ФГУП
«ВИАМ» ГНЦ РФ) – крупнейшее российское государственное
материаловедческое предприятие, на протяжении 80 лет
разрабатывающее и производящее материалы, определяющие
облик современной авиационно-космической техники. 1700
сотрудников ВИАМ трудятся в более чем 30 научноисследовательских лабораториях, отделах, производственных
цехах и испытательном центре, а также в 4 филиалах
института. ВИАМ выполняет заказы на разработку и поставку
металлических и неметаллических материалов, покрытий,
технологических процессов и оборудования, методов защиты
от коррозии, а также средств контроля исходных продуктов,
полуфабрикатов и изделий на их основе. Работы ведутся как по
государственным программам РФ, так и по заказам ведущих
предприятий авиационно-космического комплекса России и
мира.
В 1994 г. ВИАМ присвоен статус Государственного
научного центра РФ, многократно затем им подтвержденный.
За разработку и создание материалов для авиационнокосмической и других видов специальной техники 233
сотрудникам ВИАМ присуждены звания лауреатов различных
государственных премий. Изобретения ВИАМ отмечены
наградами на выставках и международных салонах в Женеве и
Брюсселе. ВИАМ награжден 4 золотыми, 9 серебряными и 3
бронзовыми медалями, получено 15 дипломов.
Возглавляет институт лауреат государственных премий
СССР и РФ, академик РАН, профессор Е.Н. Каблов.
Статья
подготовлена
для
опубликования
журнале «Полимерные материалы», № 2, 2006 г.
Электронная версия доступна по адресу: www.viam.ru/public
в
Модификация пресс-порошков волокнистым пресс-материалом
М.Г. Долматовский, Л.Л. Краснов, М.А. Масенкис
Всероссийский институт авиационных материалов
Многие
детали
электротехнического
назначения
традиционно
формуются из фенольных пресс-порошков, которые обладают хорошей
текучестью при прессовании и позволяют обеспечить, помимо требуемых
показателей
электрофизических
свойств,
необходимые
прочность
и
теплостойкость деталей. Однако если речь идет о деталях со значительной
разнотолщинностью стенок, то неравномерная термическая усадка при
охлаждении подобных деталей может привести к высокому уровню
остаточных напряжений и, как следствие, даже к растрескиванию
деталей.
Modification of phenol compacted powders with dosable glass-fiber reinforced
laminate in the amount of 7–12% is made using traditional mixing equipment. The
fluid properties of polymer materials are not degraded but their impact elasticity,
structural strength and electro-physical characteristics improve considerably.
Application of combined compacted powders for manufacture of electrotechnical
products allowed to reduce production reject rate from 30 to 8%.
На рис. 1 показан внешний вид типичных корпусных деталей
электротехнического назначения, отпрессованных из фенольных пресспорошков марок Ж7-010-83 (ТУ 6-07-475–94), Ж7-010-89 (ТУ 6-07-457–93)
(производитель
АО
«Токем»),
Ж7-010-78
(ТУ
2253-060-05015227)
(производитель ОАО «Карболит»), нормативные показатели некоторых
свойств которых приведены в таблице. Фенопласты, полученные из пресспорошков марок Ж7-010-83 и Ж7-010-89, имеют несколько более высокие
показатели механических свойств, а из Ж7-010-78 – несколько более высокий
показатель теплостойкости, что объясняется особенностями рецептуры, и
прежде всего – видом и структурой наполнителя.
Рисунок 1. Внешний вид типичных корпусных деталей
электротехнического назначения
Показатели свойств фенольных пресс-материалов*
Показатель
Марки известных пресс-материалов
Комбинированный
(нормативные показатели)
пресс-материал**
Ж7-010-78
(88–90%) + ДСВ-2
(10–12%)
Ж7-010- Ж7-010- Ж7-010- Э21-450- Э22-451- партия 1 партия 2
83
89
78
44
44
Текучесть по Рашигу, 120–190 120–190 120–200 130–180 110–190 130–160 150–160
мм
Ударная вязкость по
4,7–4,8 6,4–6,7
≥4,9
≥4,9
≥4,0
≥6,9
≥7,8
Шарпи на образцах
без надреза, кДж/м2
Разрушающее
66–68
77–81
≥70,0
≥70,0
≥60,0
≥83,4
≥83,4
напряжение при
изгибе, МПа
Теплостойкость по
Не менее 200
≥180
≥180
≥185
≥150
≥135
Мартенсу, °С
Удельное объемное ≥1∙1011 ≥1∙1011 ≥1∙1011 ≥1∙1014 ≥1∙1014 5,1∙1011 6,4∙1011
электрическое
сопротивление, Ом∙см
Электрическая
≥10,0
≥10,0
≥15,0
≥11,0
≥15,0 14,7–17,8 16,3–18,2
прочность, кВ/мм
* Температурный интервал прессования всех указанных марок пресс-материалов составляет
170–180°С; давление – 24,5–34,3 МПа.
** Партия 1 – одновременное смешивание 2000 кг пресс-материала, партия 2 – одновременное
смешивание 240 кг.
Максимальные габаритные размеры сложных по форме деталей,
имеющих многочисленные стенки-перегородки и отверстия во взаимноперпендикулярных плоскостях, составляли 30×45×80 мм. После прямого
прессования подобных корпусных деталей в многогнездных пресс-формах в
некоторых местах этих деталей (преимущественно по периметру отверстий)
появлялись
(очевидно,
вследствие
высоких
остаточных
напряжений)
волосовидные трещины, из-за которых уровень дефектности продукции
достигал 30%. Поскольку данные пресс-материалы не обеспечивали
требуемой монолитности отпрессованных из них деталей, потребовалось их
заменить
или
модифицировать
растрескиванию
при
в
целях
одновременном
повышения
сохранении
стойкости
к
показателей
технологических свойств пресс-материалов, и в первую очередь – их
текучести.
Применение
каких-либо
новых
материалов
всегда
сопряжено
с
необходимостью длительных процессов корректировки, согласования и
утверждения
научно-технической
документации
(технологических
регламентов, производственных инструкций, технических условий и т.п.),
разрешающей применять эти материалы для производства технических
изделий различного назначения. Поэтому был выбран второй, более
оперативный и, как оказалось, более эффективный путь решения указанной
проблемы – модификация исходного полуфабриката путем добавления
доступного и стандартизованного пресс-материала, что потребовало бы
минимального вмешательства в существующий технологический процесс и,
соответственно,
в
нормативную
документацию.
В
полимерном
материаловедении хорошо известен эффективный и достаточно простой в
техническом исполнении способ модификации полимерного материала (ПМ)
с
порошкообразным
волокнистого
наполнителем
наполнителя,
что
путем
добавления
позволяет
повысить
армирующего
показатели
механических свойств ПМ. Однако при этом возможно ухудшение текучести
полуфабриката.
На основании результатов анализа условий производства пресс-порошков
и деталей из них, возможных мероприятий по снижению уровня остаточных
напряжений, предварительных исследований и испытаний образцов, а также
с учетом минимального вмешательства в существующий технологический
процесс были предложены композиция (патент РФ №2198189 «Состав для
изготовления прессованной композиции», 29.06.2000) – смесь (рис. 2)
теплостойкого пресс-порошка типа Ж и дозирующегося стекловолокнита
марки ДСВ-2 (ГОСТ 174-78–95 ДСВ), а также способ модификации, успешно
реализованный в лабораторных и опытно-промышленных условиях.
Рисунок 2. Внешний вид навески комбинированного пресс-материала
Аналогами
волокнистого
предлагаемого
пресс-материала
комбинированного
можно
считать
порошкообразно-
электроизоляционные
фенольные пресс-материалы марок Э21-450-44 и Э-22-451-44 (основной
наполнитель – рубленое стекловолокно), производство которых было
освоено на ОАО «Карболит». Однако детали, изготовленные из этих прессматериалов, обладают сравнительно невысокой теплостойкостью (см.
таблицу).
Одним из технологических преимуществ комбинированного прессматериала является возможность совмещения смешиванием его компонентов
– порошкообразных (тип Ж) и волокнистых (ДСВ-2) пресс-материалов
практически
в
количествах.
В
любых
(в
количестве
том
числе
нескольких
небольших)
десятков
заданных
килограммов
комбинированный пресс-материал может приготавливаться, в частности, в
течение одной смены в отличие от пресс-материалов типа Э21 и Э22,
регламентированная минимальная масса поставки разовых партий которых
составляет несколько сотен килограммов. Смешивание компонентов при
добавлении к пресс-порошку Ж7-010-78 пресс-волокнита ДСВ-2 в количестве
до 40% не вызывает каких-либо затруднений при использовании, например,
стандартного смесителя типа «пьяной бочки». При этом необходимое качество
смешивания сравнительно небольших навесок (массой до 50 кг) можно
получить за 4–5 мин. Существенное повышение показателей свойств
модифицированного реактопласта достигается при содержании ДСВ-2 в
пределах
7–12%.
При
этом
текучесть
комбинированного
материала
практически не ухудшается и даже становится более стабильной по сравнению
с отдельными компонентами композиции (см. таблицу). Кроме того,
комбинированный пресс-материал хорошо таблетируется, но только если
содержание в композиции пресс-волокнита марки ДСВ-2 не превышает 7%.
В таблице приведены результаты испытаний стандартных образцов двух
партий модифицированного реактопласта – изготовленных на ОАО
«Карболит» (партия 1 – одновременное смешивание 2000 кг компонентов) и
на другом предприятии (партия 2 – одновременное смешивание 240 кг
компонентов). Как видно из представленных результатов, существенно
увеличились по сравнению с реактопластами типа Ж7, Э21 и Э22 значения
практически всех показателей эксплуатационных свойств теплостойкости по
Мартенсу, электрофизических параметров, ударной вязкости, прочности при
изгибе. Кроме того, как показали результаты дополнительных исследований
отвержденных образцов комбинированного пресс-материала, в их поведении
при повышенных температурах не было обнаружено заметного проявления
нежелательных
структурных
(дилатометрический
анализ)
преобразований
и
даже
до
вплоть
300°С
до
250°С
(дифференциально-
термический анализ).
Таким
образом,
модификация
фенольных
пресс-порошков
марок
Ж7-010-83, Ж7-010-89 и Ж7-010-78 дозирующимся стекловолокнитом ДСВ-2 в
количестве 7–12%, осуществляемая на обычном смесительном оборудовании,
практически не ухудшает текучести, но дает возможность заметно повысить
ударную вязкость, прочностные и электрофизические свойства ПМ.
Применение комбинированного пресс-материала для изготовления деталей
электротехнического назначения позволило снизить (с 30 до 8%) уровень
дефектности партий серийной продукции.