Фенопласты: характеристика, основные свойства и область применения

Практика использования полимерных материалов насчитывает более чем 100-летнию историю. Известны десятки различных синтетических материалов, среди которых поликарбонат, поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен, полистирол и полиуретан, из которых изготавливаются тысячи изделий широкого назначения для всех областей промышленности. Одним из самых первых полимерных материалов стал использоваться такой материал как фенопласт.

История возникновения и развития

Начало изготовления и использования первых изделий из фенопласта датируется для России 1913 годом. Уже тогда требовалась достойная замена некоторым деталям природного происхождения, которые были дороги при промышленном производстве машин.

По своей сути фенопласты являются реактопластами, которые получают на основе феноло-формальдегидных смоляных составов. В основе технологии получения названного вида пластмассы стоит метод поликонденсации.

Обширную сферу применения обуславливают многие достоинства в сравнении с традиционными материалами:

• практически безграничная сырьевая база;
• высокие эксплуатационные свойства полученных изделий;
• невысокая конечная стоимость детали и машины в целом.

Фенопласты легко заменяют высоколегированные стали, стекло, активно применяются и во вспененном состоянии как изолирующий материал.

Несмотря на продолжительное использование фенопластов, материал не потерял актуальность в своем применении. В первую очередь это обусловлено его востребованностью как конструкционного материала. Среди других областей, где востребован этот полимер, можно назвать судостроение. Однако прежде чем понять такую популярность, следует рассмотреть, чем выделяются фенопласты, их состав, свойства и области применения более детально.

Основные свойства и виды материала

Применение фенопластов основано на целом ряде замечательных свойств, характерных для этого материала:

1. Небольшой удельный вес – от 1,0 до 1,8 г/см3. Приблизительно можно говорить о 5-кратном преимуществе по сравнению с черными и цветными металлами в общей оценке.
2. Высокая антикоррозийная стойкость. Фенопласт не только не подвергается разрушительному воздействию кислорода, но и успешно противостоит другим агрессивным химическим средам. Слабое сопротивление оказывается материалом только при взаимодействии с концентрированными кислотами и щелочами.
3. Высокая механическая прочность, которая может превышать прочность чугуна. Готовые детали успешно трудятся не только в ременных передачах, но на основе этого полимера изготавливаются подшипники скольжения. Здесь также проявляется антифрикционная стойкость материала, когда для работы, где присутствует трение, не требуется дополнительная смазка.
4. Пластичность. Это свойство может достигаться при определенных условиях, что позволяет получить не только прочные изделия, но и наделяет их необходимой гибкостью.
5. Непроводимость электрического тока. Это свойство позволяет использовать фенопласт в электротехнике в качестве диэлектрика.
6. Светопроницаемость. Наряду с дневным светом фенопласт пропускает лучи в ультрафиолетовом диапазоне, что является важным преимуществом в сравнении с силикатным стеклом.
7. Низкая теплопроводность. При среднем показателе 0,3 материал успешно используется как теплоизоляционный.
8. Возможность окрашивания. Такая способность позволяет успешно заменять дорогостоящие элементы декора из натуральных материалов.

Возможность наделять изготавливаемые детали определенными свойствами делает фенопласт действительно уникальным материалом, а область его применения постоянно увеличивается.

При разделении фенопласта по основным двум направлениям можно выделить резольную группу и новолачные смолы. Резольный материал получают при избытке альдегидов и при щелочном катализаторе. При этом использование отвердителей не требуется.

Новолачные смолы требуют применения отвердителей и производятся методом поликонденсации с избытком фенола в кислом катализаторе.

Вся линейка производимых фенопластов достаточно широка, что объясняется возможностью применять различные наполнители при производстве конечного материала. Можно назвать такие основные виды продукции:

• пресс-порошки;
• армированные фенопласты;
• крошкообразные пресс-материалы;
• слоистые пластики;
• текстолиты;
• древесные пластики;
• гетинакс.

Одной из основных групп фенопластов являются армированные фенопласты. Усиление свойств детали происходит за счет включения в состав таких компонентов как углеродные волокна, древесный шпон, тканные или другие волокнистые материалы, и даже бумагу. В зависимости от наделяемых свойств получают конечный материал, который подлежит финишной обработке, и может использоваться в самых разных областях.

Армированный фенопласт выпускают в виде спутанно-волокнистого или гранулированного конечного продукта. Более удобным в обработке является гранулированный материал, который позволяет изготовить из гранул длиной от 5 до 30 мм спрессованные плиты, с дальнейшим изготовлением конечных деталей. По такой технологии получают текстолит, стеклотекстолит, гетинакс.

Все прессованные материалы обладают достаточно стабильными механическими, в первую очередь, прочностными свойствами, что позволяет успешно применять в области машиностроения. Среди прочих методов обработки применяют также литье, напыление или намотка материала. Для отвердения применяют различные химические соединения.

Страны, лидеры в промышленном производстве, имеют собственные запатентованные разработки, где фенопласты обладают отдельными уникальными свойствами:

• дуротон – Германия;
• ришелит – Япония;
• турнерон – Франция;
• текстолит – США.

Такое разнообразие получаемых видов материалов на основе фенопластов позволяет постоянно расширять область применения, а объем производства ежегодно в мире исчисляется уже десятками миллионов тонн.

Направления использования

Применение фенопластов только в одной области – судостроении – тяжело полностью описать. Это связано с тем, что фенопласты, их состав, свойства и области применения как нельзя лучше отвечают суровым условиям эксплуатации. Среди основных направлений можно выделить:

1. Корпусные детали конструкции судов, куда входят настилы, отдельные помещения и судовые надстройки. В отдельных случаях для малотоннажных судов может быть изготовлена конструкция целиком.
2. Техническое оснащение судов – гребные винты, детали силового, навигационного оборудования, включая электротехническое.
3. Оборудование и предметы интерьера: мебель, детали отделки интерьеров, осветительные прибора.
4. Санитарно-техническое оборудование и средства спасения.

Активно фенопласты используются в строительстве. Если тепло- и звукоизоляционное применение здесь понятно, то необычным является применение фенопластов для лучшего соединения (склеивания) строительных материалов (блоков и др.). Кроме того, широко известен пластобетон, где материал вводится в состав смеси, что увеличивает прочностные свойства готовых бетонных плит.

В автомобилестроении, тяжелой и легкой промышленности находят применения детали из фенопластов. Можно упомянуть такие примечательные изделия как:

• тормозные колодки автомобилей;
• шестеренчатые колеса;
• шкивы ременных передач;
• детали механизма газораспределения – втулки, толкатели;
• платы микросхем в электротехнике.

Активно используются детали из фенопластов в авиации, как при создании корпусных деталей, так и в качестве составных элементов многих систем.

Важным аспектом использования этого вида полимера является значительное снижение стоимости готовой продукции. Еще на стадии производства деталей затрачивается в 5 раз меньше энергии по сравнению с алюминием, или в 3 раза, если производить металлопрокат. При этом одновременно более простой является модернизация производства под изменение технологий, а долговечность, износостойкость может быть увеличена в сравнении с металлическими изделиями. Можно уверенно сказать, что потребление фенопластов будет и дальше расти.