Co znamená bakelit?

Pokračování příručky o elektrotechnických materiálech. V této části pokračujeme v analýze dielektrik, která jsou zcela syntetického původu. Tedy známé plasty. V této části: karbolit, getinax, textolit.

Vítejte u kočky (TRAFFIC)

Dostupné přírodní materiály byly hojně využívány, ale s rozvojem technologií bylo stále více zřejmé, že přírodní materiály byly někdy úplné svinstvo. Široká škála vlastností, náchylnost k hnilobě, potíže s extrakcí – proto neustále probíhalo a probíhá hledání umělých náhražek. Vznik syntetických materiálů není jen revolucí technickou, ale také ekonomickou a politickou. Už nepotřebujete kolonie, abyste pokryli svou potřebu gumy. Výstroj vašeho vojáka se několikrát odlehčila. Tato část obsahuje materiály získané „od nuly“ a ne pokus o vylepšení přírodních, jako v předchozí části.

Mnohé z těchto materiálů jsou polymery – materiály s dlouhými molekulami sestávajícími z jednoduchých cihel stejného typu – monomery. Polymery lze rozdělit do dvou velkých skupin na základě jejich chování při zahřívání: termoplasty a termosety. Termoplasty se při zahřívání taví, termosety se při zahřívání rozkládají.
V souladu s tím lze horu starých plastových hraček vyrobených z termoplastů přetavit na nový výrobek, ale horu starých termoplastických výrobků nelze tímto způsobem zpracovat.

Polymer může sestávat z čistého monomeru nebo může také obsahovat kopolymer, který je začleněn do struktury molekuly. Například existují dva monomery: A a B. Molekula polymeru z čistého A bude vypadat takto:

Molekula polymeru z kopolymerů A a B může vypadat takto:

Zavedení kopolymeru umožňuje změnit vlastnosti plastu. Příkladem je polystyren a ABS plast. Polystyren je průhledný, křehký plast; přidání akrylonitrilového kopolymeru a přidání polybutadienu vede k nárazuvzdornému plastu.

Někdy může být navíc indikována stereoregularita polymeru. Řekněme, že máme monomer -G-, který může zapadnout do polymerního řetězce “vzhůru nohama” -L-. Polymer, ve kterém jsou monomery náhodně uspořádány v řetězci, se nazývá ataktický:

Pokud všechny asymetrické články v polymeru směřují stejným směrem, nazývá se takový polymer izotaktický:

Pokud se střídají v polymeru, pak se takový polymer nazývá syndiotaktický:

Stereoregularita typicky ovlivňuje vlastnosti materiálu důležité pro elektroniku jen nepatrně, a proto není indikována.

Obecné vlastnosti polymerů

Polymery mají díky své struktuře dlouhých molekul některé společné
vlastnosti, které stojí za bližší zvážení.

1. Polymery nemají jasnou teplotu fázového přechodu, jako například kovy. Jsou jako karamel, s rostoucí teplotou měknou a mění se ve viskózní kapalinu. Proto je u polymerů „bod tání“ teplota, při které viskozita polymeru již umožňuje tok, ale to neznamená, že do této teploty je pevný.

Teplota skelného přechodu – je to teplota, pod kterou polymer přechází z vysoce elastického stavu do skelného stavu se zvýšením tvrdosti a křehkosti. Představte si žvýkání marmelády – při pokojové teplotě je ve vysoce elastickém stavu. Pokud ji v mrazáku ochladíte pod teplotu skelného přechodu, může se marmeláda rozbít a úlomky budou vypadat jako sklo.

Maximální provozní teplota – teplota, při které může polymer fungovat po dlouhou dobu bez výrazných změn jeho vlastností. S rostoucí teplotou se často zvyšuje tečení polymeru, a proto se při maximální provozní teplotě snižují pevnostní vlastnosti.

Uvedené teploty se mohou lišit při stanovení i pro stejný vzorek, pokud jsou metody stanovení odlišné.

2. Polymery jsou náchylné ke stárnutí a destrukci. Faktory, které urychlují proces stárnutí polymeru, jsou záření, ultrafialové záření, vysoká teplota a agresivní prostředí. Různé polymery jsou náchylné ke stárnutí v různé míře, kromě toho mohou různé přísady snížit rychlost degradace polymeru. Nylonová spona na silikonové hadici s horkou vodou tak během několika let ztratí svou pružnost a zkřehne, zatímco silikonová hadice bude stále měkká a pružná.

Jen velmi malý počet plastů vydrží delší zahřívání nad 100°C – fluoroplast-4, Kapton, peek, silikony. Ve všech ostatních případech platí, že čím vyšší je provozní teplota, tím rychleji probíhají procesy stárnutí a degradace v polymeru.

3. Polymery jsou propustné pro plyny a některá rozpouštědla. Molekuly plynu jsou velmi malé (čím nižší atomová hmotnost, tím menší je velikost atomu; vodík je v tomto ohledu nejhnusnější, protlačuje se i kovy.), takže mohou postupně pronikat do rozvětvené molekulární sítě plastu. Aby se tomuto procesu zabránilo, je povrch polymeru potažen vrstvou kovu. Dávejte na to pozor při otevírání obalů potravin. K tomuto účelu slouží metalizace v obalech – zabránění přístupu kyslíku k produktu. Kovoplastové trubky obsahují vrstvu hliníku za stejným účelem – aby se zabránilo pronikání kyslíku do chladicí kapaliny, která způsobuje korozi.

Materiály na bázi fenolformaldehydových pryskyřic

Fenolformaldehydové pryskyřice, jak název napovídá, jsou polykondenzačním produktem fenolu a formaldehydu. Molekuly polymeru tvoří rozvětvenou trojrozměrnou strukturu, která určuje mechanické vlastnosti – tvrdost.

Níže budeme zvažovat pouze fenolformaldehydové plasty – fenoplasty. Močovinoformaldehydové, melaminformaldehydové plasty – aminoplasty, nebudeme uvažovat, jejich základní vlastnosti jsou shodné, způsoby zpracování stejné, rozdíl je pouze v síle a barvě.

Chemická struktura bakelitu (příklad) Polymery s takto rozvětvenou, nahodilou strukturou jsou obvykle tvrdé a křehké. Autorem obrázku je Dirk Hünniger, převzato z Wikipedie

Proces polykondenzace objevil Leo Baekeland, americký chemik z Belgie.
původ. Nový materiál získaný vytvrzením pryskyřice pojmenoval – bakelit.

V SSSR se podobný materiál nazýval „karbolit“ – z kyseliny karbolové,
starý název pro fenol.

Příklady použití fenolformaldehydových pryskyřic:

• Jako samostatný materiál ve své čisté formě jako lepidla a laky.
• S práškovými plnivy (dodávajícími pevnost nebo ředění materiálu
• jen pro úsporu peněz) a bez – karbolit/bakelit
• Plněné skelným vláknem v chaotickém pořadí – sklolaminát, například lisovací materiál AG-4V
• Vyplněno vrstvami bavlněné látky – Textolites
• Plněné skelným vláknem – laminátové lamináty
• Vyplněno vrstvami lepeného papíru – Getinaky

karbolit (bakelit)

Je to tvrdý, tepelně odolný plast. Pokud vezmete nějaké zařízení,
sestavený před rokem 1950, pak jsou téměř všechny plastové díly v něm karbolitové.

Různé výrobky vyrobené z karbolitu – krabice, zásuvka. Zástrčka, tělo voltmetru, zásuvky, nastavovací knoflíky.

Produkty se získávají jak litím do forem, tak (častěji) lisováním pryskyřičného prášku s plnivem do kovových forem s ohřevem. Zahřátím se ukončí polymerační proces, který již částečně započal při výrobě prášku, ale protože je prášek v tuto chvíli pod tlakem lisován ve formě, vzhled konečného produktu sleduje tvar. Vážným nedostatkem tohoto způsobu je, že trvá určitou dobu, než je výrobek ve formě, než získá dostatečnou pevnost k otevření formy bez zničení, proto byl v mnoha úkolech bakelit nahrazen termoplastickými materiály, které lze vyrobit vstřikovacím lisem výrobky daného tvaru mnohem rychleji.

Toto americké propagační video z minulého století vám prozradí něco málo o procesu.

Tělo elektroměru je vyrobeno z karbolitu.

Dnes jsou výrobky vyrobené z karbolitu sériově vyráběny, ale už není tak populární jako dříve, i když jsou úkoly, kde je obtížné jej něčím nahradit.

Buchty

Tepelně odolný plast. Dokáže dlouhodobě fungovat při teplotách do +150°C Jedná se o termosetový plast – netaví se, ale zahříváním se ničí. Tímto způsobem se karbolitová objímka pro žárovku při přehřátí rozpadne, místo aby vám kapala na hlavu.

Odolný vůči rozpouštědlům, palivům a mazivům (Paliva a maziva). Karbolitové díly snadno fungují v blízkosti motoru automobilu, v podmínkách zahřívání, kontaktu s olejem, benzínem.

Solidní. Typicky lze karbolitové části rozpoznat podle jejich lesklého povrchu a tvrdosti, takový plast neškrábe nebo dokonce neulpívá na nehtu. Velké ploché části se téměř neohnou a při překročení síly se prasknou se zvukem „křupnutí“.

Dobře zpracované. Na rozdíl od mnoha jiných plastů se dobře brousí. Pokud se pokusíte brousit například polypropylen, rychle se z tepla začnou tvořit „vousy“ z plastu. Karbolit je výborný na broušení a po obvodu dílu jsou často vidět stopy po broušení – odstranění záblesku.

Skvělý vzhled. Schopnost vytvořit tvrdý lesklý povrch je patrná zejména na vzhledu retro zařízení. Dokonce i v obchodě na polici vypadají rukojeti pro rezistory vyrobené z karbolitu pevněji než stejné, ale vyrobené z termoplastů.

Omezení

Vysoká cena. Zvláštnost výroby ve formě lisování z prášku určuje poměrně vysoké náklady na výrobky v důsledku nízké rychlosti procesu a přítomnosti ruční práce. Výroba dílů z termoplastů je někdy několikanásobně levnější.

Křehkost. Rubová strana je tvrdá, při nárazu praská, nelze z ní vyrobit
flexibilní hadice, měchy atd.

Prakticky nerecyklovatelné. Jsou způsoby, ale nedostali to
rozšířený.

Omezený rozsah barev. Samotná fenolformaldehydová pryskyřice má hnědou barvu, což ztěžuje výrobu světlých produktů. Například melaminformaldehydové pryskyřice, ze kterých se vyrábějí bílé produkty, tuto nevýhodu nemají. Nádherný film ze 40. let, který ukazuje výrobu fenolformaldehydové pryskyřice, lisování dílů lisováním, výrobu getinaxu, textolitu, galalitu a mnoho dalšího.

Getinaky

Getinax je laminovaný plast získaný lisováním impregnovaného papíru
fenolové nebo epoxidové pryskyřice. V anglické literatuře se nazývá FR-2. (od FR – Flame Resistant – ohnivzdorné) (FR-1, FR-2, FR-3 jsou všechny getinaky, rozdíl je pouze v materiálu pojiva) Pro getinaky máme GOST 2718-74. Má nízkou pevnost, ale zároveň docela nízkou cenu. Jedná se o elektroizolační materiál z getinaxu lze vyrábět lisováním, takže panely s lamelami, vložkami, izolačními podložkami a držáky kontaktů jsou někdy vyráběny z getinaxu.

Příklady aplikací

Levný jednostranný materiál plošných spojů. V úlohách, kde není vyžadována vysoká spolehlivost a lze si vystačit s jednou vodivou vrstvou, jsou desky plošných spojů vyráběny z getinaxu. Levné elektronické čínské hračky mají nejčastěji desky getinax. Getinax není dostatečně silný, aby vytvořil spolehlivé prokovy, takže oboustranné a vícevrstvé desky plošných spojů nejsou vyrobeny z getinaxu.

Různé produkty od getinaxu. Deska byla speciálně rozbita, aby se na lomu projevil charakteristický vzor. Blok getinaxu je vpravo mírně nabobtnal – výsledek štěpení vrstev při řezání.

Laminovaný getinax (sloplast, laminovaný plast) – getinax s nalepenou dekorativní fólií – materiál pro dekoraci interiéru autobusů, vlakových vozů, stolních desek. Trvanlivý, otěruvzdorný materiál zpomalující hoření.

Lamely pro připojení vinutí transformátoru jsou vyrobeny z getinaxu, výstelka izolující lamely od jádra a bočnice trnu vinutí jsou vyrobeny z getinaxu.

Poznámka

Materiál je křehký a náchylný k praskání při zpracování je nutná zvláštní opatrnost při řezání pilami s velkými zuby. Vzhledem ke své nízké pevnosti je jako konstrukční materiál málo využitelný.

zdroje

Prodává mnoho společností specializujících se na elektromateriál.
Google „Getinax GOST2718-74“.

Textolit

Textolity jsou celou třídou kompozitních materiálů skládajících se z lisované tkaniny s pojivem. Například bavlněná tkanina napuštěná fenolformaldehydovou pryskyřicí. Má charakteristický vzhled – na rovinách a řezech je vidět tkaní látky. Obvykle hnědé a tmavě hnědé barvy. V zahraničí známý pod obchodními značkami Novotext, Turbax, Resitex, Cerolon, Textolit, Micarta. Materiál je znám již od 30. let 20. století.

Textolit různých forem – desky, tyče. Uspořádání látky v materiálu se liší – u tyčí se látka spíše navíjí než pokládá ve vrstvách.

Příklady aplikací

Jako stavební materiál. Textolit je odolný a nevede proud, proto se používá jako materiál pro těsnění, podložky, přepážky, vložky, ozubená kola atd. Při zahřátí neteče, čímž se příznivě odlišuje od termoplastických materiálů.

Ozdobný materiál. Rukojeti nožů, přípravky a vybavení jsou často vyráběny z DPS v malých dílnách. Textolit se dobře zpracovává, neabsorbuje vodu a je odolný vůči palivům a mazivům.

V závislosti na tkanině použité při výrobě se pozorovaná struktura může lišit.

Textolit vyrobený z tkanin s různými roztečemi tkaní. Textolit lze vždy rozpoznat podle jeho charakteristické textury a vzhledu.

Materiál je dostupný k prodeji v Rusku, ale postupně je nahrazován jinými materiály.

Odkazy na části návodu:

1: Vodiče: stříbro, měď, hliník.
2: Vodiče: železo, zlato, nikl, wolfram, rtuť.
3: Vodiče: Uhlík, nichromy, tepelně stabilní slitiny, pájky, průhledné vodiče.
4: Anorganická dielektrika: Porcelán, sklo, slída, keramika, azbest, SFXNUMX a voda.
5: Organická polosyntetická dielektrika: Papír, louh, parafín, olej a dřevo.
6: Syntetická dielektrika na bázi fenolformaldehydových pryskyřic: karbolit (bakelit), getinax, textolit.
7: Dielektrika: Sklolaminát (FR-4), lakovaná tkanina, pryž a ebonit.
8: Plasty: polyethylen, polypropylen a polystyren.
9: Plasty: polytetrafluorethylen, polyvinylchlorid, polyethylentereftalát a silikony.
10: Plasty: polyamidy, polyimidy, polymethylmethakrylát a polykarbonát. Historie použití plastů.
11: Izolační pásky a trubky.
12: Finále

• vědy o materiálech
• elektřina
• dielektrika
• domácí

• Firemní blog MakeItLab
• Populární věda
• DIY nebo Udělej si sám