СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕСС-МАТЕРИАЛА
METHOD OF PRODUCING MOULDING MATERIAL

Изобретение относится к технологическим процессам и может быть использовано для изготовления пресс-материала на основе модифицированного фенолформальдегидного связующего материала и армирующего материала в виде отрезков стеклянных нитей для дальнейшего изготовления прямым или литьевым прессованием изделий конструкционного и электротехнического назначения.
Известен способ изготовления композиционных материалов, основанный на смешивании противоположно заряженных частиц органического компонента и термопластичного связующего материала [RU 2164864 С1, B27N 003/02, 2000].
Недостатком известного технического решения является относительно узкая область применения, не позволяющая изготавливать материалы из компонентов, находящихся в жидком состоянии, что снижает степень смешивания и, как правило, качество композиционных материалов.
К известным относится также способ получения пресс-материала, основанный на формировании ленты из стеклянных нитей, пропитке собранных в ленту нитей смолами и их бесконтактной сушке между электродами, чередующимися по полярности и расположенными по длине нитей [SU 107343, В 22/01, 1956].
Недостатком этого технического решения является относительно узкая область применения, не позволяющая получать качественный пресс-материал, в связи с тем, что предварительно собранные в ленту стеклянные нити затрудняют их качественную пропитку смолами, а получаемые из такого пресс-материала изделия не обладают неопределенной (случайной) структурной ориентацией и равномерным распределением стеклянных нитей в объеме изделия.
Известен также способ изготовления пресс-материала, основанный на подготовке связывающего материала с фенолформальдегидной компонентой, подготовке армирующего материала путем резки стеклянных нитей на отрезки, смешивании связывающего и армирующего материалов и последующей сушки полученной смеси связывающего и армирующего материалов [ГОСТ 20437-89. Прессовочный материал АГ-4. Технические условия. Издательство стандартов, 1990].
Недостатком этого способа также является относительно узкая область применения, не позволяющая использовать его для получения пресс-материала, позволяющего получить более высококачественные прессованные изделия, сложность и дороговизна аппаратурной реализации способа, взрывопожароопасность технологического процесса, реализующего известный способ, высокая себестоимость и энергоемкость операций, реализующих способ, а также высокий процент отходов при изготовлении пресс-материала.
Еще один известный способ основан на изготовлении связующего, компонентами которого являются фенолформальдегидная смола, поливинилацетатная эмульсия и стеарат цинка, смешивание которых осуществляют при включенной мешалке [SU 324253, 1971].
Недостатком способа является относительно низкое качество пресс-материала по его физико-механическим свойствам.
Наиболее близким по своим техническим характеристикам к предложенному является способ изготовления пресс-материала, включающий изготовление связующего материала путем смешения фенолформальдегидной смолы и поливинилацетатной эмульсии, последующее смешивание связующего материала с армирующим материалом в виде отрезков стеклянных нитей и сушку полученной смеси, причем при изготовлении связующего материала дополнительно используют стеарат кальция, в качестве армирующего материала используют отрезки стеклянных нитей размером 4-6 см, при изготовлении связующего материала используют 5-20 мас.% поливинилацетатной эмульсии, 50-80 мас.% фенолформальдегидной смолы, 3-9 мас.% стеарата кальция, смешивание связующего и армирующего материалов производят в равном соотношении из расчета по сухому остатку, а сушку полученной смеси производят при температуре 20-100°С в течение 24-30 ч, при этом смешивание связующего и армирующего материалов производят гравитационным методом в баке, который вращают вокруг его продольной оси и который снабжен тремя равномерно размещенными внутри бака плоскими лопастями, которые направлены вдоль радиусов окружностей, образованных сечениями бака перпендикулярно его продольной оси, и жестко прикреплены к внутренним стенкам бака [RU 2282645 C1, C08L 61/10, 27.08.2006].
Недостатком способа является относительно низкое качество изготавливаемого пресс-материала по его физико-механическим свойствам.
Требуемый технический результат заключается в улучшении физико-механических свойств изготавливаемого пресс-материала.
Требуемый технический результат достигается тем, что по способу, включающему изготовление связующего материала путем смешения фенолформальдегидной смолы и поливинилацетатной эмульсии, последующее смешивание связующего материала с армирующим материалом в виде отрезков стеклянных нитей и сушку полученной смеси, причем при изготовлении связующего материала дополнительно используют стеарат кальция, в качестве армирующего материала используют отрезки стеклянных нитей размером 4-6 см, при изготовлении связующего материала используют 14-20 мас.% поливинилацетатной эмульсии, 71-77 мас.% фенолформальдегидной смолы, 3-9 мас.% стеарата кальция, смешивание связующего и армирующего материалов производят в равном соотношении из расчета по сухому остатку, а сушку полученной смеси производят при температуре 20-100°С в течение 24-30 часов, при этом смешивание связующего и армирующего материалов производят гравитационным методом в баке, который вращают вокруг его продольной оси и который снабжен тремя равномерно размещенными внутри бака плоскими лопастями, которые направлены вдоль радиусов окружностей, образованных сечениями бака перпендикулярно его продольной оси, и жестко прикреплены к внутренним стенкам бака, перед смешиванием переводят связующий материал в пенообразное состояние в виде дисперсионной системы, состоящей из пузырей воздуха, разделенных связующим материалом, при этом объем пузырей воздуха составляет от 40 до 50% общего объема дисперсионной системы.
Предлагаемый способ изготовления пресс-материала реализуется следующим образом.
Последовательно выполняют следующие операции:
- изготавливают связующий материал;
- изготавливают армирующий материал;
- переводят связующий материал в пенообразное состояние;
- смешивают связующий и армирующий материалы;
- проводят сушку полученной смеси связующего и армирующего материалов.
Изготовление связующего материала производят путем смешивания поливинилацетата, фенолформальдегидной смолы и стеарата кальция.
Экспериментально установлено, что наилучшее качество пресс-материала по физико-механическим свойствам реализуется при следующих соотношениях между компонентами связующего материала: 14-20 мас.% водной дисперсии поливинилацетата, 71-77 мас.% фенолформальдегидной смолы и 3-9 мас.% стеарата кальция.
Смешивание компонентов связующего материала производят до получения однородной массы. Достаточно хорошее качество смешивания получается при длительности смешивания не менее 10-50 мин.
Изготовление армирующего материала производят путем резки стеклянных нитей на отрезки необходимой длины. Экспериментально установлено, что для определенного вида изделий наилучшее их качество получается при резке стеклянных нитей на отрезки величиной 4-6 см. При большей длине отрезков не достигается качественного смешивания связующего и армирующего материалов из-за появления сгустков нитей. При меньшей длине снижается прочность изделий.
Смешивание связующего материала и армирующего материала, в качестве которого используют отрезки стеклянных нитей, производят до получения однородной массы. Достаточно хорошее качество смешивания получается при длительности не менее 10-50 мин.
Перед смешиванием переводят связующий материал в пенообразное состояние в виде дисперсионной системы, состоящей из пузырей воздуха, разделенных связующим материалом, при этом объем пузырей воздуха составляет от 40 до 50% общего объема дисперсионной системы.
Пенообразное состояние связующего материала эквивалентно уменьшению его вязкости, что ускоряет и улучшает процесс пропитки армирующего материала. Поэтому при заданной длительности смешивания достигается более высокое качество смешивания, а при заданном качестве смешивания имеется возможность сокращения времени смешивания.
Само смешивание компонентов связующего материала и связующего материала с армирующим материалом можно производить достаточно широким спектром известных методов. Наиболее эффективно производить эту операцию гравитационным методом. Для этого можно использовать смеситель для смешивания жидких и твердых сыпучих компонентов, содержащий бак, закрепленный на поддерживающей конструкции, и блок мотор-редуктора, соединенный с днищем бака, например [Бетономешалка MINIBETA, http://www.imer.ru/betonnieres/minibeta.htm].
Экспериментально подтверждено, что наилучшее смешивание компонентов прессовочного материала обеспечивается при трех равномерно размещенных внутри бака лопастях (углы между радиусами, вдоль которых размещены лопасти, равны 120°), лопасти направлены вдоль радиусов окружностей, образованных сечениями бака перпендикулярно его продольной оси, а высота лопастей равна 0,25-0,4 величины радиуса.
После загрузки баку придают вращательное движение вокруг его продольной оси.
При вращении бака реализуется гравитационный метод смешивания, при котором наиболее эффективный момент этого процесса наступает при падении захваченной лопастями смеси сверху вниз. Происходят динамичный удар частей смешиваемой массы и глубокое взаимопроникновение этих частей.
При этом благодаря использованию плоских лопастей, что необходимо для реализации гравитационного метода смешивания, определенной их высоты и соответствующего пространственного расположения в баке практически исключаются отрицательный эффект наматывания нитей на лопасти и их травмирование, что также повышает качество смеси и получаемого пресс-материала.
Таким образом, гравитационный метод существенно уменьшает травмирование отрезков стекловолокна и улучшает его пропитку связующим, что повышает качество изделий из пресс-материала.
Сушку полученной смеси связующего материла и армирующего материала производят после ее раскладки тонким слоем (от 1 см). Экспериментально подтверждено, что достаточно хорошая сушка обеспечивается при температуре 20-100°С в течение 24-30 часов. Наибольший эффект обеспечивается при сушке в две стадии, когда между ними частично просушенную смесь охлаждают до температуры окружающей среды.
Остаточная доля влаги в пресс-материале после сушки не превышает 2-5 мас.%.
Пример изготовления пресс-материала
Изготовление связующего материала проводилось путем смешивания 20 мас.% водной дисперсии поливинилацетата, 75 мас.% фенолформальдегидной смолы и 5 мас.% стеарата кальция в течение 30 мин. Изготовление армирующего материала проводилось путем резки стеклянных нитей на отрезки длиной 5 см. Смешивание связующего и армирующего материалов проводилось до получения однородной массы в течение 45 мин. Перед смешиванием связующий материал переводился в пенообразное состояние к виду дисперсионной системы, состоящей из пузырей воздуха, разделенных связующим материалом, при этом объем пузырей воздуха составляет от 40 до 50% общего объема дисперсионной системы. Размеры пузырей воздуха составляли доли миллиметра. Смешивание производилось в баке путем вращения вокруг его продольной оси. Бак был снабжен тремя равномерно размещенными внутри бака лопастями, высота которых была равна 0,3 величины радиуса бака. Полученная смесь связующего и армирующего материалов раскладывалась слоем толщиной порядка 1 см. Начальная температура сушки составляла 60-80°С в течение 14 часов, далее производилось остывание до 25-30°С в течение 1 часа и дальнейшее продолжение сушки при 60-80°С в течение 12 часов. Остаточная доля влаги в пресс-материале после сушки составила 2 мас.%. Полученный пресс-материал был использован при изготовлении корпусов электротехнических устройств. Испытания показали меньшую степень хрупкости (повышенную прочность к ударным воздействиям) и повышенную эластичность (повышенную прочность к низкочастотным (монотонным) воздействиям) относительно пресс-материала, изготовленного известным способом.
Таким образом, благодаря усовершенствованию известного способа достигается требуемый технический результат, заключающийся в улучшении физико-механических свойств пресс-материала за счет более качественного смешивания связующего и армирующего материалов.