АМИНОПЛАСТЫ

СЛОИСТЫЕ ПЛАСТИКИ НА ОСНОВЕ АМИНОСМОЛ

Слоистые пластики на основе аминосмол — это конструкционные материалы, получаемые прессованием бумаги и ткани, пропитан­ных аминосмолами. Эти слои в слоистых пластиках играют такую же роль, как наполнитель в пресс-материалах.

Производство бумажных слоистых пластиков началось в на­чале XX века. Сначала выпускались только пластики на основе фенолоформальдегидных смол, применяемые в электротехнической промышленности. В настоящее время производство слоистых пла­стиков является основным видом потребления бумаги промышлен­ностью пластмасс. Необходимо, чтобы бумажная промышленность расширила ассортимент бумаг с учетом потребностей производ­ства слоистых пластиков 13. ' ;

Впервые бесцветные смолы на основе карбамида применили при производстве декоративных слоистых пластиков в 30-х годах. Это явилось импульсом к усовершенствованию техники производ­ства, а также привело к разработке технологии получения тек­стурных бумажных основ. В 1935 г. на рынке появилась мелами - новая смола, использованная английской фирмой «Formica Ltd.» для производства известных во всем мире слоистых пластиков формайка45. После второй мировой войны наряду с этими слои­стыми пластиками широкое применение нашли тонкие декоратив­ные слоистые пластики на основе меламиноформальдегидных смол, напрессованные на плиты из древесного сырья, главным об­разом на древесностружечные. Например, в 1963 г. мировое про­изводство слоистых декоративных пластиков оценивалось в 100 млн. м2, из них 48 млн. м2 приходилось на Европу, 38 — на Се­верную Америку, 11 — на Азию3. Производство декоративных слоистых пластиков в ФРГ составило 12 млн. м2 общей стоимостью 150 млн. марок, т. е. около 3 долларов за 1 м2. Общее производ­ство декоративных слоистых пластиков и облицованных древес­ностружечных плит в странах общего рынка составило в 1963 г. 45 млн. м2, из которых 80% приходилось на декоративные слоис­тые пластики47.

В настоящее время производятся два основных вида слоистых пластиков на основе аминосмол:

Декоративные слоистые пластики исключительно на бумажной основе с фенолоформальдегидным связующим;

Технические — на основе из стекло - или асбестоволокна с мела - миноформальдегидным связующим. Производство декоративных слоистых пластиков в несколько раз превышает производство тех­нических слоистых пластиков.

СЫРЬЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОИСТЫХ ПЛАСТИКОВ Смолы

Сначала для производства декоративных слоистых пластиков ис­пользовались карбамидные смолы. Затем появились меламиновые смолы, которые почти полностью вытеснили карбамидные. Сме­шанные меламинокарбамидные смолы применяются только для специальных целей, например для пропитки лицевых слоев или в производстве слоистых пластиков с повышенной прозрачностью (коэффициент преломления меламинокарбамидной смолы состав­ляет 1,60, а меламиновой — 1,65).

Технология получения слоистых пластиков на основе мелами- ноформальдегидной смолы более проста. Однако у таких смол много недостатков, затрудняющих их применение. Раствор обыч­ной меламиновой смолы, полученной путем конденсации меламина с формалином в щелочной среде при мольном соотношении 1:2— 1 :3, имеет ограниченную стойкость и должен быть использован тотчас после приготовления. Из-за этого его нельзя перевозить на большие расстояния и лучше всего производить на месте, где изго­тавливаются слоистые пластики. Способ получения этих смол ана­логичен способу получения смол для пресс-материалов. Немоди - фицированные меламиновые смолы поставляют обычно в виде су­хого порошка, который перед употреблением следует растворить в воде.

Эти смолы должны быть низковязкими, чтобы их растворами было легко пропитывать бумагу и получать слоистые пластики с однородной поверхностью, не содержащей окклюдированного воздуха. Существует определенная оптимальная концентрация смолы, тем большая, чем меньше вязкость смолы. Смолы должны быть достаточно стабильными, их вязкость не должна увеличи­ваться слишком быстро.

Изделия, полученные из этих смол, должны иметь хороший внешний вид, обладать блеском, высокой твердостью, водостой­костью, достаточной эластичностью и стойкостью к старению.

Меламиновая смола в слоистом пластике не распределяется в бумаге-наполнителе так равномерно, как в пресс-материале, по­лученном измельчением смолы с целлюлозой. На поверхности, ко­торая должна быть по возможности гладкой, находится обычно довольно толстый слой меламиновой смолы. Он должен выдержи­вать механические и термические напряжения, которые не может

Скомпенсировать наполнитель. Эти напряжения могут вызвать об­разование трещин даже спустя продолжительное время. В слои­стых пластиках с неорганическими'наполнителями (например, со стеклянным волокном) трещины могут возникнуть тотчас после прессования. Дополнительным фактором, увеличивающим усадку и напряжения, является довольно продолжительное (несколько десятков минут) действие повышенной температуры при прессова­нии слоистых пластиков.

Немодифицированные меламиноформальдегидные смолы из-за недостаточной эластичности мало пригодны для получения слоистых пластиков, а для последующего формования при низком давлении вообще непригодны.

Стабильность меламиновой смолы можно улучшить, проводя конденсацию при оптимальном значении pH; установив при дюмощи буферов такое pH готовой смолы (9—10), при котором поликонден* сация протекает наиболее медленно; блокировав реакцисденосиособ - ные группы смолы; проводя дегидратацию.

Реакционноспособные группы смолы лучше всего блокировать спиртом:

—ШСНгОН+ЯОН —► — ГШСНгОЯ+НгО

Лучшие результаты по сравнению с этерификацией смолы во время синтеза дает разбавление готовой смолы спиртом, обычно этиловым.

Сушка жидкой смолы в сушилке является радикальным спосо­бом увеличения ее жизнеспособности (как минимум до 6—12 ме­сяцев). Процессы конденсации в сухих смолах протекают очень медленно.

Для увеличения эластичности меламиновых смол их следует соответствующим образом модифицировать: или введением между, остатками меламина эластичных цепочек, например углеводород­ных, или добавлением нейтрального пластификатора. Пластифика­торы долкны хорошо совмещаться с меламиновой смолой. Гото­вая смола с пластификатором должна растворяться в воде или хотя бы в водном растворе спирта. Обзор способов модификации и пластификации смол для слоистых пластиков приводит Вирп - ша55. Способы пластификации аминосмол описаны в гл. IV.

Меламиновые смолы можно модифицировать как низкомоле­кулярными соединениями, так термопластичными смолами и вы­сокомолекулярными полимерами. Модификация низкомолекуляр­ными соединениями позволяет получать смолы с меньшей вяз­костью. Низкомолекулярные соединения могут быть применены как модификаторы, увеличивающие эластичность смолы, и как пластификаторы, увеличивающие ее текучесть (а следовательно, снижающие давление прессования). Для модификации меламино­вых смол применяются монокарбаминаты 10-42-53 и толуолсульфами - ды и>37'зб-44. Последние используются особенно широко благодаря их гидрофобности (близкой к гидрофобности меламина) й способ­ности хорошо совмещаться с меламиновой смолой. Модифициро­ванные этими соединениями смолы стабильны и эластичны. В ка­честве пластификаторов применяются также сульфонамидофор - мальдегидные смолы18. Модифицированная ими меламиновая смола после отверждения имеет более низкую температуру раз­мягчения и применяется для формования слоистых пластиков.

Добавка этил - или пропилкарбамината улучшает текучесть и эластичность меламиновой смолы, дает возможность высушивать ее до меньшего содержания влаги, что облегчает достижение опти­мальной стабильности размеров53. Улучшения блеска пластика и снижения давления прессования можно достигнуть путем модифи­кации смолы солью сульфаминовой кислоты25. Лучший блеск в со­единении со стойкостью к истиранию достигается при модифика­ции циклическими этиленмочевинами48. Дикарбаминаты, например бутиловый, уменьшают вязкость и увеличивают стабильность и эластичность смолы, улучшают блеск, уменьшают абсорбцию воды и способствуют сохранению стабильности размеров слоистых пла­стиков и.

Модификация меламиновых смол соединениями, содержащими гидроксильные группы, например полиэтиленгликолями5, может также дать хорошие результаты. Непосредственная модификация смолы полиэтилен - или полипропиленгликолем 27.-34 ухудшает, од­нако, внешний вид пластиков и снижает их водостойкость. Для предотвращения этого можно использовать смолу, предварительно модифицированную большим количеством модификатора24. Мела^ миновые смолы, модифицированные полигликолями, имеют склон­ность к переходу в пастообразное состояние. Такая паста стано­вится текучей при нагревании и остается какое-то время жидкой.

Слоистые пластики на основе меламиноформальдегидных смол, модифицированных ацетогуа нам ином (~5%), имеют лучшую те­кучесть и лучше пропитывают целлюлозу30. При использовании для модификации полимерных соединений можно добиться значи­тельного улучшения эластичности, однако вязкость таких модифи­цированных меламиновых смол обычно больше, чем немодифици - рованных.

Смолы для технических слоистых пластиков должны иметь ад­гезию к стеклянному волокну и особенно хорошую эластичность. Такие смолы имеют отличные диэлектрические свойства.

Меламиноформальдегидные смолы, модифицированные ацето­ном, имеют большую стабильность, хорошую адгезию к стеклу, термостойки и эластичны. Слоистые пластики на их основе отли­чаются высокой прочностью 21> 22> 23>42. Модификация меламиновой смолы фурфуролом и фурфуриловым спиртом позволяет. получить слоистые пластики на основе стеклянного волокна с повышенными термостойкостью и механической прочностью56. Высокой адгезией к стеклу характеризуются смолы, модифицированные полиамида­ми. Чтобы получить по возможности лучшие диэлектрические свойства, используются меламиновые смолы с такой высокой сте­пенью поликонденсации, какая только возможна при сохранении текучести смолы, достаточной для формования слоистого пла­стика.

Из других аминосмол применяются также бензогуанамино - вые — для производства слоистых пластиков со специфическими свойствами, феноломеламиновые — для производства технических слоистых пластиков и анилинофенольные. Бензогуанаминовые смолы относительно нестабильны, поэтому их этерифицируют ме­танолом. Этерифицированная смола отверждается медленно, имеет отличную текучесть и незначительную расчетную усадку. Раствор такой смолы стабилен более двух месяцев. При добавлении ката­лизаторов продолжительность отверждения можно сократить до 5 мин при 130°С, причем охлаждение слоистого пластика перед изъятием из пресса не обязательно. Слоистые пластики на основе бензогуанаминовой смолы эластичны, имеют хороший блеск и хи­мически стойки20. Их ценным свойством является стойкость в от­ношении пятен, например кофейных54.

Аминосмолы, применяемые для производства слоистых пласти­ков, выпускаются порошкообразными и жидкими. Порошкообраз­ные смолы содержат 0,5—3% влаги и из-за гигроскопичности (чтобы избежать образования комков) должны храниться в гер­метически. закрытых упаковках. Их насыпная плотность равна 0,7 г/см3. Эти смолы перед применением растворяют в воде с тем­пературой 20—60°С или в смеси вода — этанол. Водно-спиртовые растворы стабильны в течение 5 оуток, однако использование спирта повышает стоимость смол. Вязкость раствора смолы в спирте больше, чем в воде,, и это ухудшает пропитку бумаги4.

Жидкие смолы содержат 50—60% сухого вещества. Вязкость 50%-ного раствора равна 12—18 с на стакане Форда 4, ее плот­ность 1,2 г/см3. Стабильность немодифицированных смол ограни­чивается несколькими суткам^ модифицированных — несколькими месяцами. Чтобы, улучшить пропитку бумаги, к раствору смолы добавляют поверхностно-активные вещества.

Производятся смолы медленно, средне - и быстроотверждаю- щиеся. Первые два типа применяют для декоративных слоистых пластиков с фенольным связующим, а два остальных — для обли­цовки древесностружечных плит. Для облицовки древесностру­жечных плит производятся специальные смолы с большой теку­честью, которыми можно покрывать плиты при довольно низком давлении (10—14 кгс/см2). Выпускаются также сильно пластифи­цированные смолы, добавка которых в количестве 10—20%' к обычным меламиновым смолам значительно улучшает их теку­честь41. Для снижения температуры отверждения таких смол к ним добавляют катализаторы.

Скорость отверждения смол для слоистых пластиков опреде­ляет:

Время желатинизации твердой смолы при 150 “С}

Время, протекающее до момента помутнения 50%-ного раствора смолы при 100 °С;

Время, протекающее до момента желатинизации 50%-ного рас­твора смолы при 100°С.

Основы

Основой называются материалы, производимые в виде полос или листов, которые после покрытия или пропитки смолой прессуются под давлением и при повышенной температуре, в результате чего образуется слоистый пластик со свойствами существенно отличаю­щимися от свойств основы. Обычно в качестве основы, применяют бумагу или ткань; они должны удовлетворять определенным тре­бованиям.

Основы для декоративных слоистых пластиков

В качестве основы в декоративных слоистых пластиках приме- ня*ется только бумага, так как опыты по получению декоративных слоистых пластиков из хлопчатобумажных тканей не дали хороших результатов 9.

Чаще всего декоративные слоистые пластики на основе амино- смол производятся в виде плит, состоящих из двух основных слоев — декоративного слоя и основы. Для создания декоративных поверхностей применяют главным образом два типа бумаги — де­коративную и лицевую (оверлей). Оба типа характеризуются вы­сокой впитываемостью и сохранением хорошей прочности во влаж­ном состоянии, составляющей свыше 40% прочности в сухом виде. Этому способствует добавление к бумаге во время ее производства незначительного количества карбамидных или меламиновых смол или полиамидов (водостойкая бумага)26. Кроме того, в ряде слу­чаев применяют бумагу-экран и компенсирующую бумагу.

Декоративная бумага в слоистом пластике выполняет две основ­ные задачи: закрывает темную основу и придает изделию привле­кательный вид благодаря собственной окраске или рисунку. В ка­честве декоративной бумаги применяется бумага отбеленная, силь­но наполненная и намокаемая, обладающая большой укрывающей способностью. Эта бумага или окрашивается в массе, или покры­вается рисунком с одной стороны. Для удешевления пропитки бу­маги, а также для ускорения укладки плит из листов бумаги во время прессования рекомендуется применять бум-агу, масса 1 м2 ко­торой составляет 150—210 г.

Высокую укрывистость придают бумаге белые пигменты — чаще всего двуокись титана. Двуокись титана (рутил) характери­зуется и лучшей стойкостью к действию света. Бумаги с высокой укрывистостью26 должны содержать 22—25 вес. % ТЮг.

Для окрашивания бумаги в черный цвет применяют водные рас­творы смол и соответствующих нигразиновых красителей. Иногда бумагу окрашивают в массе черными сернистыми красителями во время ее производства. Эти красители дают устойчивую глубокую черную окраску слоистого пластика 26.

Рисунки на декоративной бумаге печатаются специальными ти­пографскими красками, отличающимися большой стойкостью к действию света и тепла до 170 °С; краски нерастворимы в. смоле и нечувствительны к действию формальдегида. Печатные краски бывают двух типов — содержащие растворители и содержащие лаки на основе термореактивных смол43.

Лицевые бумаги применяются для защиты декоративного слоя и увеличения стойкости слоистого пластика к истиранию. Выпу­скается лицевая бумага с повышенной прозрачностью и впиты - ваемостью из смеси а-целлюлозы с рубленым вискозным волок­ном43. Лицевые бумаги — это намокаемые ненаполненные а-цел - люлозные бумаги, которые в слоистом пластике абсолютно прозрачны. Применение этих бумаг предотвращает,, отпечатки с декоративного слоя на прокладки пресса во время прессования.

С. экономической точки зрения наиболее выгодно применение лицевой бумаги с малой массой 1 м2, равной 25—50 г. В настоя­щее время полностью отказались от нанесения рисунка на лицевую бумагу и от напрессовки ее на бесцветную декоративную бумагу. Иногда лицевую бумагу окрашивают, пропитывая ее подкрашен­ной смолой, особенно в тех случаях, когда используют де­коративную бумагу с рисунком, имитирующим древесину ценных пород.

Бумага-экран применяется для предотвращения проникновения связующего из внутреннего слоя слоистого пластика в декоратив­ную бумагу. При облицовке древесностружечных плит она способ­ствует выравниванию неровной поверхности этих плит. Это — натроновые бумаги или в случае многослойной декоративной бумаги — белые целлюлозные бумаги с массой 1 м2 80—150 г, со­держащие 100—150% меламиновой смолы (от массы бумаги).

Компенсирующие бумаги напрессовывают на слоистый пластик снизу, чтобы компенсировать усадку пластика. Обычно это небе­леные или беленые натроновые бумаги с массой 1 м2, равной 80— 150 г, содержащие 100—150% меламиновой, фенольной или мела - минокарбамидной смолы 19.

В качестве прокладок под декоративную или лицевую бумагу часто применяют металлические пленки; их собственно нельзя на­звать основой, поскольку они не пропитаны смолой. Алюминиевая пленка должна отводить тепло от перегретых мест. Обычно приме­няют перфорированные пленки81.

Свойства, бумаги и методы оценки их качества. Ниже приве,- дены требования, которым должны удовлетворять декоративные и лицевые бумаги:

Для оценки прочности бумаги во влажном состоянии следует при измерении создать условия, воспроизводящие условия перера­ботки, т. е. продлить указанное в стандарте время выдержки с 5с до 5 мин, поскольку продолжительность выдержки, в ванне состав­ляет 20—60 с, а время, в течение которого полос-а бумаги остается мокрой, — несколько минут.

Важным свойством бумаг, применяемых для производства слои­стых пластиков, является их впитываемость; она измеряется высотой столбика воды или смолы, впитываемой полоской бумаги, верти­кально погруженной одним концом в жидкость. Кёниг17 устано­вил, что в случае декоративной бумаги массой 150—160 г/м2 и вы­сотой впитывания воды, равной 35 мм, впитываемость 50%-ного водного раствора меламиновой смолы составляет 7 мм, а 50%-ного раствора, состоящего из 80 вес. ч. воды и 20 вес. ч. этанола, —- 5 мм.

Величина pH бумаги влияет на свойства слоистых пластиков. Аминосмолы особенно чувствительны к действию кислой среды, поэтому pH водной вытяжки бумаги не должно быть ниже 6. Ще­лочная бумага также не годится, так кай удлиняет продолжитель­ность отверждения смолы во время прессования.

Основы для технических слоистых пластиков

В качестве основы для технических слоистых пластиков из ами - носмол применяют маты из стеклянной или асбестовой ткани. Обычно используют легкую стеклянную ткань с полотняным пере­плетением, причем для верхнего слоя слоистого пластика берется ткань с атласным переплетением. Чтобы обеспечить хорошие ди­электрические свойства и высокую химическую стойкость слои­стых пластиков, рекомендуется применять бесщелочное стеклянное волокно. Перед получением ткани стеклянное волокно необходимо аппретировать, а перед пропиткой ткани смолой аппреты должны быть удалены. Это осуществляется непрерывным способом: выжи­ганием ткани до полного удаления аппретов или в стиральных ма­шинах с помощью растворителей или детергентов81.

Поскольку поверхность стекла не содержит химически актив­ных групп, целесообразно наносить на готовую стеклянную ткань промежуточный слой, облегчающий соединение стекла со смолой. Такие аппреты, например винилсилоксан, винилтрихлорсилан, с ус­пехом применяемые при пропитке полиэфирными смолами, не дают хороших результатов в случае меламиновых смол51. Хорошую
адгезию, однако при ухудшении диэлектрических свойств, дает при­менение промежуточного слоя из поливинилового спирта. Мелами - новая смола часто наносится и непосредственно на стеклянную ткань.

Асбестрвые ткани прядутся и ткутся из асбестового волокна, полученного из сырого асбеста путем измельчения и очистки. Для увеличения прочности ткани и облегчения процесса ткачества при­меняются добавки из органического волокна, например хлопка или бумажной целлюлозы. Иногда для производства слоистых пласти­ков применяется войлок или асбестовая бумага также с добавкой целлюлозного волокна31. Пропитать асбестовое волокно смолой труднее, чем целлюлозное.

ПРОПИТКА ОСНОВЫ

Пропитку основы можно проводить тремя методами. Важнейшим является так называемый мокрый метод, который будет рассмотрен

Рис. VII 1. Схема горизонтальной машины.

А —схема всего устройства:

/ — рулоны бумаги на разматывающих валках;

2 —тянущие валки; 3—увлажняющие валки; 4 —от­жимающие валки; 5 —пропиточная ванна с двой­ным дном; 5 —туннельная сушилка; 7 — сопло для горячего воздуха; в —несущий транспортер с попе­речными рейками; 9 —охлаждающие тянущие валки; /0 —бумага на намоточных валках, б —разрез сушилки (сеченне Л —Л):

/ — каналы сушилки; 2 —поддув воздуха через ще­левое сопло; 3—лента основы; 4 —рейкн на несу; 'цей цепи; 5 —поддув воздуха; 6 — нагреватели - 7 — трубопровод для горячего воздуха.

Особо. Реже применяется пропитка жидкими смолами, не содержа­щими растворителей, благодаря чему пропитанную основу не надо сушить. Этот метод применяется в случае эпоксидных и ненасы­щенных полиэфирных смол, но он непригоден для аминосмол, ко­торые всегда содержат растворитель. Третий метод состоит в про­изводстве ленты основы, обычно бумажной, с одновременным осаж­дением на ней смолы. Можно применять также водные взвеси или эмульсии смол. Этот метод применяется очень редко.

Пропитка и высушивание основы по мокрому методу происхо­дит в установках непрерывного действия, в которых лента основы проходит через пропиточную ванну с раствором смолы, а потом через сушильную камеру туннельного типа с определенной регули­руемой скоростью. Эти установки применяются для пропитки всех типов основ как бумажных, так и текстильных. При производстве слоистых пластиков на основе аминосмол применяются горизон­тальные (рис. VII. I) и вертикальные (рис. VII. 2) пропиточные машины. Пропиточные маши­ны состоят из следующих ос­новных частей: размоточного устройства, пропиточной ван­ны, сушильной камеры и намо­точного устройства. Разница между горизонтальной и вер­тикальной пропиточными ма­шинами состоит в способе про­хождения пропитанной основы через сушилку: в горизонталь­ной машине она проходит че­рез длинную туннельную су­шилку, а в вертикальной — через высокую башенную су­шилку. Башенная сушилка больше пригодна для ткане­вых основ. Применение сдвоен­ного размоточного устройства обеспечивает замену рулонов бумаги без остановки машины.

Чтобы облегчить пропитку, ос­нову часто подсушивают перед

Погружением в ванну со смолой, обычно с помощью инфракрасных облучателей.

Пропиточная ванна имеет широкое плоское двойное дно, масля­ную или глицериновую обогревательную рубашку с размещенным внутри водяным или паровым змеевиком. Обогрев ванны дает воз­можность дополнительно регулировать вязкость смолы.

Для высококачественной пропитки необходимо, чтобы вязкость и концентрация смолы, а также влажность и впитываемость бумаги были постоянными, скорость перемещения ленты, ширина щели и давление на отжимных валках — оптимальными. Необходимо также применять устройства, обеспечивающие поддержание по­стоянного уровня смолы в пропиточной ванне. Продолжительность пребывания ленты в ванне в зависимости от длины ванны и скоро­сти перемещения ткани составляет 20—60 с, а концентрация смолы в растворе 19 — обычно 45—55%.

Описано29 устройство для автоматического контроля и регули­ровки содержания смолы в пропитанной бумаге, Это устройство

Имеет механизм, регулирующии расстояние между отжимными валками в зависимости от показании двух соединенных с этим ме­ханизмом приборов, непрерывно измеряющих массу 1 м2 бумаги; один из них помещен между размоточным устройством и пропиточ­ной ванной, другой — за сушильной камерой. Эти приборы измеряют интенсивность пучка лучей, проходящего через основу, — интенсивность уменьшается пропорционально увеличению массы 1 м2 бумаги (рис. VII. 3).

Во время сушки основы выпаривается вода и удаляются лету­чие фракции, одновременно возрастает прочность основы (особен­но бумажной) и происходит дальнейшая конденсация смолы. Па­раметры сушки должны быть такими, чтобы основа, выходящая из

Сушилки, содержала точно установленное количество влаги (обыч­но 4—6% при сушке в течение 10 мин при 160 °С) и чтобы смола достигла требуемой степени поликонденсации.

Для быстрого упрочнения бумаги следует начало зоны сушки разместить по возможности ближе к пропиточной ванне. В совре­менных установках в передней части сушильной камеры приме­няется интенсивный инфракрасный обогрев, что вызывает сильное испарение воды без перегрева ткани выше 100 °С и излишнего от­верждения смолы.

В начале башенной сушилки находятся инфракрасные излуча­тели с максимумом излучения в области 2—3 мкм, причем их рас­стояние от полотна основы можно регулировать. В следующей части башни имеются водяные или паровые нагреватели с регули­руемой температурой для нагревания воздуха. Дополнительную подачу воздуха обеспечивает размещенное на верху башни всасы­вающее устройство. Высота башенной сушилки 8—12 м, а суммар­ная длина пути, который проходит основа, 25—30 м.

Туннельная сушилка разделена на несколько камер с незави­симой системой обогрева и подачи воздуха. Сопло нагнетает воздух навстречу направлению движения полотна. В последней ка­мере полотно основы охлаждается холодным воздухом или на ба­рабанах, охлаждаемых водой. Длина туннельной сушилки 25—40 м. В туннельной сушилке полотно высушиваемой основы поддержи­вают рейки транспортера. Скорость перемещения бумажного полотна равна 5—25 м/мин в зависимости от количества наносимой смолы. Скорость перемещения в случае необходимости можно из­менять. Из сушилки охлажденное полотно переходит на намоточ­ные валки, диаметр которых должен быть больше, чем размоточ­ных валков. Иногда после выхода из сушилки бумажное полотно режется на листы соответствующего размера. Для этой цели слу­жит устройство, действующее по принципу гильотинного ножа, или ротационные ножи.

Существует49 лабораторное оборудование для пропитки бу­маги смолой и сушки. С его помощь#) разрабатывают режимы про­питки и сушки перед внедрением их в промышленность.

Количество смолы должно составлять 40—50% для декоратив­ной бумаги, 65—70% —для лицевой и 35—40% —для стеклянной ткани. Кроме того, пропитанная основа должна удовлетворять оп­ределенным требованиям, касающимся содержания летучих фрак­ций, текучести и жизнеспособйости.

Содержание летучих фракций устанавливается путем опреде­ления потери массы образца во время сушки при 160 °С в тече­ние 7 или 10 мин. Для оценки содержания летучих фракций можио использовать также определение прочности при растяжении или электрического сопротивления. Содержание летучих фракции в пропитанной основе 19 должно находиться в пределах. 4—7%. Пе­ресушенная бумага хрупка и плохо прессуется; бумага излишне влажная может склеиваться при хранении. Пропитанные слои бу­маги следует хранить в сухих помещениях с 40—45%-ной относи­тельной влажностью при 20+ 5°С.

Текучесть основы является главным фактором, определяющим поведение ее во время прессования слоистого пластика. Существует много методов определения текучести. Чаще всего несколько ди­сков пропитанной бумаги диаметром 40—50 мм накладывают друг на друга и прессуют между двумя металлическими плитками при давлении, температуре и времени, близких к условиям прессования слоистых пластиков в промышленности. После прессования уда­ляют заусенцы и определяют массу диска. Сравнив потерю массы с массой образца перед прессованием, получают значение текуче­сти. Текучесть зависит от степени высушивания, степени поликон­денсации смолы, количества смолы в основе, массы 1 м2 и свойств основы26. Текучесть определяется по истечении нескольких суток после высушивания полотна основы, когда уже устанавливается равновесие с влагой воздуха, Она должна составлять19 1— 10 вес.%.

Жизнеспособность пропитанной »бумажной основы зависит прежде всего от pH. Поэтому оценку жизнеспособности проводят, измеряя pH водной вытяжки из бумажной основы, причем для ускорения старения образец нагревают в течение нескольких суток при 60 °С; pH водной вытяжки должно быть в пределах 5—8.

ПРЕССОВАНИЕ СЛОИСТЫХ ПЛАСТИКОВ

Слоистые пластики на основе аминосмол прессуют в виде плит на этажных гидравлических прессах высокого давления. Полки обо­греваются паром, иногда — электричеством; применяется также на­грев в поле высокой частоты. Давление прессования составляет 70—120 кгс/см2 при прессовании слоистых пластиков на основе бумаги и аминосмол или с фенольным связующим, 35—50 кгс/см2— для пластиков из древесноволокнистых плит,;20—25 кгс/см2 — для основы из древесностружечных плит26. Чем больше давление прео сования,-тем выше прочность плит, меньше содержание летучих фракций и меньше усадка 1Э. Температура прессования карбамид - ных слоистых пластиков составляет 125—130 °С, меламиноформ- альдегидных — 140—145 °С. В любом случае она должна быть ниже 150 °С из-за опасности чрезмерного отверждения смолы19. Продол­жительность прессования зависит от толщины плиты и числа плит, загружаемых между двумя полками пресса.

В большом количестве производятся декоративные слоистые пластики на основе аминосмол. Это плиты толщиной 1,3—4 мм с гладкой блестящей или матовой поверхностью пастельных тонов и с определенным рисунком. Обычно эти плиты состоят из феноль­ного среднего слоя, с одной или двух сторон покрытого слоем меламиноформальдегидного или меламинокарбамидного слоистого пластика. Перед прессованием в определенной очередности укла­дывается несколько слоев различной бумаги, прокладок и метал­лических плит, которые образуют пакет. Эти пакеты помещаются между полками пресса 50.

При получении декоративного слоистого пластика, известного под названием формайк6-19-26, применяется следующий способ рас­положения слоев. Сверху кладут один лист лицевой бумаги, про­питанной меламиновой смолой (применение карбамидных или карбамидомеламиновых смол ухудшает стойкость к истиранию и жесткость слоистых Пластиков). Этот слой необходим при приме­нении декоративной бумаги с рисунком, но он может не приме­няться при прессовании одноцветных плит. Затем кладут один слой кроющей декоративной бумаги, пропитанной меламиновой смолой. Между лицевой бумагой и декоративной или под декоративную бумагу вкладывают тонкую алюминиевую пленку, покрытую с двух сторон тонким слоем клея. Эта пленка способствует равномерному распределению тепла от перегретых точек поверхности (например, при соприкосновении с горящей сигаретой). Под декоративную бу­магу кладут листы бумаги, образующей основу. Это толстая небе-

Леная бумага массой 80—160 г/м2, содержащая 30—40% феноль­ной смолы. Количество листов этой бумаги зависит от толщины слоистого пластика, (например, при толщине 1,5 мм он должен иметь 8 слоев этой бумаги). При прессовании двухсторонних деко­ративных слоистых пластиков слой" декоративной лицевой бумаги кладут и снизу, однако чаще в целях удешевления для нижнего слоя применяется так называемая компенсирующая бумага, прр - питанная меламиновой или меламинокарбамидной смолой. Этот слой компенсирует усадку слоистого пластика, поскольку аминное покрытие дает большую усадку, чем фе­нольная основа. Схема расположения паке­та представлена на рис. VII. 4.

TOC o "1-5" h z Пресс имеет обычно 12—20 полок, опти­мальное число прессуемых плит слоистого пластика между каждой парой полок19 рав - J j

Но 8 при толщине 1,5 мм или 12 при тол - '

Щине Ц2 мм. ’

Прокладочные металлические листы из­готавливают из специальной хромированной стали, хромоникелевого или латунного спла - ' Ряс. VII. 4. Способ уклад-

Ва. Они бывают полированные или с глад - ки пакета между полка-

„ г „ ми пресса:

Кои матовой поверхностью. Толщина листов,_пляты npJCB. ,_подкла.

Равна 1,5—3,5 мм. Прокладочные плиты дочные лиоты; а — полирован-

Требуют очень тщательного ухода, ПОСКОЛЬ - обре­

Ку любой дефект переносится ПОТОМ Н& Прее - Щие слоистый пластик, суемую плиту слоистого пластика. Металли­ческие листы следует смазывать, лучше всего силиконом или бен­зольным раствором стеарина, чтобы облегчить отслаивание пла­стика; нанесение слишком большого количества смазки приводит к появлению пятен на слоистом пластике. Матовые листы получают матированием обычных блестящих листов раствором карборундо­вого порошка в масле или воде. С^днако такое матирование в со­единении с последующей очисткой листов значительно удорожает их и, кроме того, вызывает уменьшение их жизнеспособности из-за Снятия защитного слоя смолы 19.

Для выравнивания давления по всей поверхности слоистого пластика и предотвращения его чрезмерного отверждения (осо­бенно в непосредственной близости к горячему прессу) служат так называемые подкладочные листы, в качестве которых применяют листы целлюлозы, цинковые или алюминиевые листы, асбестовую ткань и даже резиновые плиты. Формат листа пропитанной основы меньше, чем формат прокладочных листов, и несколько больше, чем конечный формат слоистых плит.

Современные прессы для слоистых пластиков позволяют осу­ществить механизированную загрузку при помощи специального устройства, перемещающегося в горизонтальном или вертикальном направлении. Перед загрузкой прессы бывают холодными. или на­гретыми до температуры несколько ниже 80 °С; дальнейший
нагрев происходит очень быстро после закрывания пресса. Очень важно постепенно, медленно увеличивать давление, ибо прежде­временное повышение давления вызывает разрыв листов бумаги в результате быстрого расплавления смолы; наоборот, слишком медленное увеличение давления приводит к низкокачественному соединению отдельных слоев основы.

. Продолжительность прессования зависит от температуры, тол­щины отдельных пластин и их числа. При прессовании одного пакета толщиной 1,5—2 мм продолжительность прессования со­ставляет 6—15 мин (это время включает и нагревание, и охлажде­ние). Нормальный цикл прессования состоит19 из нагревания — 20 мин, отверждения—45 мин и охлаждения — 20 мин.

Специальный метод прессования заключается в прессовании слоиСгых пластиков, которые не полностью отверждаются в прессе и применяются для последующего формования в горячем состоянии при нанесении на изогнутые поверхности. Продолжительность прес­сования таких слоистых пластиков несколько короче, и они прес­суются при более низкой температуре19 — около 135 °С. Перед из­влечением пакета из пресса его следует охладить под давлением до температуры ниже 100°С, чтобы предотвратить коробление и обеспечить хороший блеск.

Из-за применения двух различных смол — меламиновой и фе­нольной — декоративные слоистые пластики имеют склонность к короблению, особенно в условиях переменной влажности 38. Под­сушка плит вызывает их искривление, а увлажнение — вторичное выпрямление. В связи с этим рекомендуется хранить декоративные слоистые пластики во влажных складских помещениях.

Муллот38 получил фенольные и меламиновые слоистые пла­стики и определил изменение их размеров и водопоглощение при 38°С и 92%-ной относительной влажности. Увеличение массы слоистых пластиков на основе меламиноформальдегидных смол продолжалось в течение 12 суток, а фенолоформальдегидных — всего 4 суток.

ПОЛУЧЕНИЕ ОБЛАГОРОЖЕННЫХ ДРЕВЕСНЫХ ПЛИТ

Специальной областью применения декоративной бумажной ос­новы, пропитанной меламиновой смолой, является получение обла­гороженных древесных плит, прежде всего древесноволокнистых и древесностружечных, — так называемая облицовка плит28’52. При облицовке древесноволокнистых плит плотностью 0,9—1,1 г/смэ можно применять давление прессования 35—50 кгс/см2, что позво­ляет использовать немодифицированные меламиновые смолы. При получении облицованных древесностружечных плит плотностью 0,5—0,7 г/см3 давление прессования должно быть 10—20 кгс/см2 и поэтому неизбежно применение специальных меламиновых смол. Поверхность плит должна быть без пор — это достигается не только шлифованием плиты, но и применением довольно мелкой

Стружки. Влажность древесностружечных плит должна равняться 8±2%. На рис. VII. 5 показано влияние давления прессования на усадку типовых древесноволокнистых и древесностружечных плит. Непосредственное нанесение растворенной в воде меламиновой смолы, сушка и прессование без осно­вы применяются иногда вместе со склеиванием плиты, т. е. на одном эта­пе прессования52. Количество наноси­мой смолы равно 150 г/м2.

Анализ качества поверхности об­лицованных древесностружечных плит, включает следующие испытания:

Испытание с помощью графитного карандаша — мягкий карандаш при вытирании мокрой щеточкой полно­стью стирается;

Испытание на образование трещин; плиту размером 250X250 мм выдер­живают в течение 48 ч при 20 °С и 65%-ной относительной влажности, потом нагревают в течение 20 ч при 80 °С, охлаждают и через 24 ч прове­ряют визуально;

Определение степени отверждения поверхности; на 17 ч на по­верхности оставляют слой водного раствора пикриновой кислоты, наблюдают за окрашиванием поверхности (в желтый цвет) и срав­нивают с таблицей образцов; отсутствие окрашивания свидетель­ствует о переотверждении смолы 52.

ОТДЕЛКА СЛОИСТЫХ ПЛАСТИКОВ

Охлажденные листы слоистого пластика после отделения от подкла­дочных листов отпиливаются до установленных размеров дисковой пилой, а нижняя часть подвергается очистке (в частности, песком) для облегчения их склеивания. Эти операции должны быть выпол­нены так, чтобы декоративная поверхность плит не была повре­ждена. Применяются дисковые пилы из быстрорежущей стали 14 со следующими характеристиками:

Края слоистого пластика можно выравнять при помощи фрезы.

Декоративные прессованные слоистые пластики на основе дре­весноволокнистых или древесностружечных плит могут применять­ся как готовые конструкционные элементы, однако более часто

Производят тонкие слоистые декоративные плиты, которые потом соединяют с основой путем приклеивания, клепки или прикручива­ния винтами. Широко распространена продажа плит вместе с не - опреновым клеем и лентой для окаймления, что позволяет исполь­зовать их в домашних условиях, например для покрытия верхних плоскостей столов8-17. При промышленном производстве шерохо­ватая нижняя поверхность слоистого пластика приклеивается к дре­весной основе без нагревания при помощи водостойких клеев, даю­щих прочный шов, например карбамидных, фенолоформальдегид - ных и эпоксидныхСклеенные плиты несколько часов находятся в зажимах под давлением 1,5 кгс/см2. Когда требуется большая во­достойкость, рекомендуется применение фенольного или резорцино­вого клея с добавкой отвердителя8 или прессование в нагретых этажных прессах Для склеивания без зажимов можно использо­вать неопреновые клеи с добавкой отвердителей. Эти клеи нано­сятся зубчатым шпателем на обе склеиваемые поверхности. Нео­преновые клеи обеспечивают достаточную прочность при соедине­нии слоистого пластика с металлом.

Отделка краев шщт с наклеенным слоистым пластиком произ­водится при помощи отходов из, декоративного слоистого пластика, деревянных реек или мягкого профилированного поливинилхло­рида. Полоски слоистого пластика приклеиваются неопреновым клеем перед наклеиванием верхнего слоя. Применение деревянных реек очень трудоемкий процесс, проще монтировать рейки из про­филированного ПВХ. Концы профилей соединяют пайкой медным паяльником, а с бояовои поверхностью плиты — неопреновым клеем.

Благодаря достаточно высокой' эластичности даже холодные тонкие декоративные слоистые пластики можно гнуть; чтобы из­бежать растрескивания поверхности, радиус кривизны должен быть не меньше 300 мм. Как уже было сказано выше, для формо­вания изогнутых поверхностей применяют недоотвержденные слои­стые пластики на основе модифицированных аминосмол, так назы­ваемые плиты для последующего формования. Они обычно менее прочны и менее стойки к действию воды, и это ограничивает их применение главным образом футеровкой стен, комнатной мебели и т. д.

Для последующего формования такую пЛиту нагревают в те­чение 50—70 с до 150—160 °С, лучше всего при помощи источников инфракрасного излучения, расположенных или со стороны декора­тивного слоя, или симметрично над и под плитой. Температура про­веряется со стороны нижнего слоя с помощью красителей, изменяю­щих окраску при повышении температуры. Нагретую плиту по­мещают в формующий зажим и оставляют в нем до охлаждения. Возможно получение радиуса кривизны даже менее 20 мм 7>19.

Из-за переменной влажности стен и различия в коэффициентах линейного расширения стены и плит8-12 декоративные слоистые пластики на, стенах крепятся всегда при помощи подкладки или де­ревянных реек. В исключительных случаях и только на очень сухие стены слоистые пластики можно наклеивать непосредственно, од­нако лучше на древесностружечную или столярную плиту. Края плит заделывают тонкими рейками из легкого металла. Вместо подкладок из древесностружечных и столярных плит на больших поверхностях применяются плиты из пенополистирола, к которым пластики приклеивают неопреновым клеем 12.

СВОЙСТВА СЛОИСТЫХ ПЛАСТИКОВ

Многие свойства слоистых пластиков на основе аминосмол опреде­ляются теми же методами, что и свойства прессованных изделий. Это касается ударной вязкости, пределов прочности при растяжении, сжатии и изгибе, теплостойкости по Мартенсу и Вика, жаро­стойкости по Шрамму, диэлектрических свойств, степени отвержде­ния, водостойкости и водопоглощения. Свойства слоистых пласти­ков приведены в табл. VII. 1. Кроме общих методов существует много методов, предназначенных только для оценки свойств слои­стых пластиков, — они касаются прежде всего декоративных слои­стых пластиков. Во многих странах (США, Англия, ФРГ, Италия) принят комплекс методов испытания и введенный в США — стандарт NEMA LD-1—1964. Стандарт касается декоративных слоистых пластиков на основе меламиноформальдегидных смол с фенольным связующим 9-99- 40. Различаются два типа пласти­ков — обычный и стойкий к огню сигареты, со слоем специальной металлической пленки, проводящей тепло. К этим пластикам предъявляются следующие требования:

Отсутствие видимых дефектов и повреждений; возможность резки и механической обработки без расслаивания и обламывания краев;

Хороший блеск или равномерная матовость всей поверхности. Испытание на истирание слоистого пластика состоит в сдира­нии поверхности наждачной бумагой соответствующей зернистости, закрепленной на вращающихся валиках. Слоистый пластик прижи­мается к наждачной бумаге под действием гири 500 гс. Показате­лем истиралия считается число оборотов, при котором происходит заметное стирание части печати или слоя краски. После окончания испытания образец взвешивают, потери массы не должны превы­шать 0,08 г на 100 оборотов, а скорость должна равняться 200 об/мин. Ниже приводятся результаты испытания на истирание декоративных слоистых пластиков на основе меламиноформальде - гидной смолы (содержание смолы в лицевой бумаге •~70%, в де­коративной бумаге ~50%) в зависимости от массы 1 м2 лицевой бумаги: ,,

Масса 1 м2 лицевой бума­ги, г.... ,Без лицевой 16—18 25 40—45

Бумаги

Число оборотов до сдирания декоративного слоя, , . , 80—100 300—350 450 500—700

Плотность, г/см3 Предел прочности, кгс/см2 при растяжении при сжатии при изгибе Модуль эластичности при растяже­нии X Ю5, кгс/см2 Прочность при скалывании, кгс/см2 Ударная вязкость с надрезом, кгс • см/см 2 Твердость по Роквеллу, шкала М Т ермостойкость, °С Электрическая прочность, кВ/мм Диэлектрическая проницаемость при 60 Гц при 103 Гц 108 Гц Угла диэлектрических по-
1,40—1,55 700—1750 2100—3300 1000—1400	1,82-1,98 1750—2800 2100—6000 2500—6000 1.4- 1,75 1300—2450 5—15 115—125 150 8-20 6.5— 10,0 6,1-9,5 6,0—9,0	1,75—1,85 1100—1750 4200 1500—2100
	1,75-1,95 420—840 1900—3500 840- 1700 1,12-1,54 900—1200 0,75—4 110—118 110—135 2-6
5-65 115-125 145 12—18 4,5-6,5 4.2- 6,0 4.2— 6,8
0,3—1,5 110—125 100—130 16—28
7,9 6,4—8,5
	8,0-9,6 0,12—0,22 1—5
0,04—0,10 0,012—0,03 0,011—0,025 175—200 1—2,5	0,004—0,05 0,004—0,05 0,006 —0,08 170—200 1,25—2,8
0,057 0,035—0,05 100 1-2
Недостаточная

В стандарте №МА ЬО-1 —1964 приводятся также методики ис­пытания стойкости к кипящей воде, свету, повышенной темпера­туре, огню сигареты и химическим реагентам. Кипящую воду нали­вают на поверхность слоистого пластика, ставят на нее алюминие­вый сосуд с кипящей водой и оставляют его до остывания на 20 мин. После этого на материале не должно быть никаких види­мых изменений. Для испытания стойкости к высокой температуре на поверхность слоистого пластика на 20 мин ставят алюминиевый сосуд с парафиновым маслом, нагретым предварительно до 180 °С. Пластик должен выдержать испытание без всяких изменений.

Упрощенный метод испытания стойкости к горящей сигарете со­стоит в том, что тлеющую сигарету оставляют на поверхности слои­стого пластика на 60 с. После промывки места соприкосновения плиты с сигаретой на ней не должно остаться никаких следов. Пол­ное испытание состоит в воздействии на поверхность слоистого пластика в течение определенного времени нагревательного эле­мента из посеребренной медной проволоки, нагретой с точно уста­новленной скоростью в течение 10 мин до 290 °С. На обычных слоистых пластиках не должны появляться никакие изменения в течение 110 с нагревания (при 260 °С), а на стойких слоистых пла­стиках— в течение 10 мин.

При испытании химической'стойкости реагент разливают на по­верхности слоистого пластика, накрывают стеклом, чтобы предот­вратить испарение, и наблюдают в течение 16 ч. Слоистый пластик должен быть абсолютно стойким к действию нефти, воды, низших спиртов, ацетона, тетрахлоруглерода, мыла и моющих средств, 10%-ного раствора аммиака, 10%-ного раствора лимонной кис­лоты, кофе и горчицы. Следующие жидкости могут вызвать небольшое, легко устраняемое загрязнение: чай, свекольный сок, красители. С отбеливающими хлорсодержащими веществами, пе­рекисями, минеральными кислотами, едким натром, пермангана­том калия и фруктовыми соками слоистые пластики не должны соприкасаться.

Ниже приведены свойства сотовых плит толщиной 50 мм с бу­мажной основой, пропитанных фенольной смолой и покрытых с двух сторон меламиновым декоративным слоистым пластиком:

TOC o "1-5" h z Кажущаяся плотность, кгс/м3.................................. 6,85

Напряжение при изгибе, кгс.................................... 200 *

Коэффициент теплопроводности, ккал/(м • ч • град) 0,093

* Такая нагрузка вызывает ломку плиты толщиной 25 мм и длиной 30 см во время изгиба до кривизны радиусом 80 см.

ПРИМЕНЕНИЕ СЛОИСТЫХ ПЛАСТИКОВ

Декоративные слоистые пластики не являются конструкционными материалами и чаще всего применяются для фанеровки мебели. Ими покрывают верхнюю плоскость столов (в кухнях гостиниц,

Ресторанах, 6 самолётах и прездах), школьные йарты и полкй 8 магазинах83.

Слоистые пластики на основе аминосмол нашли широкое при­менение и для облицовки стен в ресторанах, санаториях, самолетах, железнодорожных вагонах, автобусах.

Так называемые технические слоистые пластики — меламиновые бумажные слоистые пластики с фенольным связующим и мелами­новые стеклопластики — применяются в электротехнических уст­ройствах, работающих при низких частотах и больших напряже­ниях. Бумажные слоистые пластики с фенольным связующим при­меняются в электротехнике, так же как фенолоформальдегидные слоистые пластики, главным образом для работы в условиях, при которых возможно возникновение коротких замыканий в резуль­тате наличия блуждающих токов. Как и пресс-материалы, эти слоистые пластики характеризуются отличной стойкостью к элек­трической дуге и блуждающим токам. Стеклопластики дороже и применяются только там, где механическая прочность и теплостой­кость бумажных слоистых пластиков недостаточны. Они исполь­зуются для производства разделительных устройств, работающих при 120—150 °С.