Текстолит

Текстолит — это конструкционный композиционный материал, представляющий собой слоистый пластик, полученный методом горячего прессования ткани-наполнителя, пропитанной термореактивной смолой (обычно фенолформальдегидной, эпоксидной или кремнийорганической). Относится к классу слоистых прессованных материалов, обладающих высокими электроизоляционными, механическими и антифрикционными свойствами. Основное отличие текстолита от других слоистых пластиков (например, гетинакса) заключается в использовании в качестве наполнителя именно текстильной ткани, а не бумаги или стеклоткани.

История

Предшественником текстолита считается материал, разработанный в начале XX века на основе фенолформальдегидных смол. Первые коммерческие образцы слоистых пластиков появились в 1910-х годах в США и Европе. В России (СССР) промышленное производство текстолита было освоено в 1930-е годы в рамках индустриализации. Материал активно применялся в электротехнике, авиастроении и машиностроении как заменитель дефицитных металлов и натуральных изоляционных материалов (шёлка, бумаги). В 1936 году в СССР был налажен выпуск текстолита на заводе «Карболит» (Орехово-Зуево). В годы Великой Отечественной войны текстолит использовался для изготовления деталей вооружения, радиоаппаратуры и авиационных узлов. После войны производство расширилось, появились новые марки — с улучшенными теплостойкостью и механической прочностью.

Классификация и виды

Текстолит классифицируется по нескольким признакам: типу связующего, виду наполнителя, назначению и способу изготовления.

По типу связующего

• Фенолформальдегидный текстолит — наиболее распространённый тип. Отличается высокой механической прочностью, стойкостью к агрессивным средам, но ограниченной теплостойкостью (до +120 °C). Используется в электротехнике, машиностроении.
• Эпоксидный текстолит — обладает повышенной влагостойкостью, химической стойкостью и лучшими диэлектрическими свойствами. Рабочие температуры до +180 °C. Применяется в авиастроении, судостроении, радиоэлектронике.
• Кремнийорганический текстолит — самый термостойкий (до +250 °C), но менее прочный механически. Используется в высокотемпературных узлах.

По типу наполнителя

• Тканевый текстолит — наполнитель из хлопчатобумажной, льняной или синтетической ткани (полиэфирной, арамидной). Классический вариант.
• Стеклотекстолит — наполнитель из стеклоткани. Отличается высокой прочностью, теплостойкостью и отличными электроизоляционными свойствами. Часто выделяется в отдельную группу материалов.
• Асботекстолит — наполнитель из асбестовой ткани. Обладает высокой теплостойкостью и фрикционными свойствами, но токсичен при обработке. Применяется в тормозных системах, уплотнениях.

По назначению

• Электротехнический текстолит — марки А, Б, В, Г (ГОСТ 2910-74). Используется для изготовления панелей, щитов, изоляционных прокладок, деталей трансформаторов.
• Конструкционный текстолит — марки ПТ, ПТК, ПТ-1 (ГОСТ 5-78). Применяется для изготовления деталей машин, подшипников, шестерён, втулок, работающих в условиях трения без смазки или с ограниченной смазкой.
• Антифрикционный текстолит — марки АФ, АФ-1. Специализирован для подшипников скольжения, направляющих, вкладышей.
• Углеродный текстолит — с наполнителем из углеродной ткани. Обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью, используется в токосъёмниках, электродах.

Производство

Технологический процесс изготовления текстолита включает несколько этапов:

1. Подготовка ткани. Ткань (хлопчатобумажную, стеклянную, асбестовую) очищают, сушат и пропитывают связующим — раствором или расплавом смолы. Пропитка осуществляется на специальных пропиточных машинах. Степень пропитки контролируется по содержанию смолы (обычно 40–60% от массы).
2. Сушка и частичное отверждение. Пропитанная ткань (препрег) проходит через сушильную камеру, где удаляется растворитель и начинается частичная полимеризация смолы. Препрег становится липким, но не полностью твёрдым.
3. Сборка пакета. Листы препрега нарезают и укладывают стопой (пакетом) в заданном количестве слоёв (от нескольких до десятков). Для повышения прочности слои могут ориентировать под определённым углом друг к другу.
4. Горячее прессование. Пакет помещают в гидравлический пресс с обогреваемыми плитами. Под давлением (10–50 МПа) и температурой (150–200 °C) происходит окончательное отверждение смолы. Время выдержки зависит от толщины материала и марки смолы.
5. Охлаждение и извлечение. После прессования плиту охлаждают под давлением, затем извлекают готовый лист текстолита. Листы имеют толщину от 0,5 до 50 мм и более.
6. Механическая обработка. Листы обрезают по размерам, шлифуют, фрезеруют или сверлят в соответствии с чертежами деталей.

Свойства

Основные физико-механические и электрические характеристики текстолита варьируются в зависимости от марки и типа наполнителя. Ниже приведены типичные значения для фенолформальдегидного текстолита на хлопчатобумажной ткани (марка ПТ):

Преимущества:

• Высокая механическая прочность при малой плотности (лёгче стали и алюминия).
• Хорошие электроизоляционные свойства.
• Стойкость к агрессивным средам (кислотам, щелочам, маслам, растворителям).
• Низкий коэффициент трения (в паре со сталью — 0,1–0,2).
• Хорошая обрабатываемость резанием (точение, фрезерование, сверление).
• Демпфирующие свойства (поглощает вибрации).

Недостатки:

• Ограниченная теплостойкость (для фенольных марок).
• Гигроскопичность (впитывает влагу, что снижает электроизоляционные свойства).
• Горючесть (поддерживает горение, выделяет токсичные продукты).
• Низкая ударная вязкость по сравнению с металлами.
• Склонность к расслаиванию при неправильной механической обработке.

Применение

Текстолит широко используется в различных отраслях промышленности:

• Электротехника и электроника: изготовление панелей, щитов, корпусов, изоляционных прокладок, плат (в устаревших конструкциях), деталей трансформаторов, контакторов, рубильников.
• Машиностроение: производство подшипников скольжения, втулок, направляющих, шестерён, роликов, кулачков, уплотнительных колец. Особенно эффективен в узлах трения, работающих в условиях ограниченной смазки или в агрессивных средах.
• Авиастроение и ракетостроение: изготовление деталей интерьера, обшивки, элементов конструкций, не несущих больших нагрузок, а также теплоизоляционных и звукоизоляционных панелей.
• Судостроение: производство деталей судовых механизмов, изоляции, палубных настилов.
• Автомобилестроение: детали тормозных систем (накладки, колодки), втулки, прокладки, элементы подвески.
• Химическая промышленность: изготовление деталей насосов, арматуры, ёмкостей, работающих в контакте с агрессивными жидкостями.
• Строительство: производство опалубки, щитов, элементов отделки (ограниченно, из-за горючести).

Интересные факты

• Название «текстолит» происходит от лат. textus — «ткань» и греч. lithos — «камень», что отражает структуру материала (ткань, залитая «каменной» смолой).
• В СССР текстолит активно применялся в авиастроении, в частности, для изготовления лопастей винтов вертолётов и самолётов (например, Ми-8, Ан-2).
• Из текстолита изготавливали корпуса некоторых радиоприёмников и телевизоров в 1950–1960-х годах.
• В настоящее время текстолит во многих областях вытесняется стеклотекстолитом и углепластиками, но остаётся востребованным в узлах трения и электроизоляции из-за низкой стоимости и достаточных для многих задач свойств.

Источники

1. ГОСТ 2910-74 «Текстолит электротехнический листовой. Технические условия».
2. ГОСТ 5-78 «Текстолит конструкционный листовой. Технические условия».
3. Справочник «Конструкционные материалы» под ред. Б. Н. Арзамасова, М.: Машиностроение, 1990.
4. «Энциклопедия полимеров», т. 3, М.: Советская энциклопедия, 1977.
5. Материалы сайта «Пластические массы» (раздел «Текстолит»).