Номера

2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2009

2008

2007

2006

Главная / №5 Ноябрь 2006 / Статьи и обзоры оборудования

Полимерные композиционные материалы: достоинства, проверенные практикой

Основной частью любого автоматического выключателя является корпус. Он несет функции размещения и крепления других элементов выключателя, а также сохранения целостности и геометрии устройства.

В силовых автоматических выключателях при гашении дуги ток короткого замыкания может превышать 100 кА, при этом за время порядка 0,01 сек. выделяется значительное количество энергии.

Для того, чтобы автоматический выключатель переносил нагрузки в момент коммутации без разрушения, отвечал требуемым электроизоляционным характеристикам, первостепенное значение имеют свойства и качество материала, из которого изготовлен корпус.

Материал должен быть прочным, жестким, трудновоспламеняемым, иметь высокую теплостойкость, атмосферостойкость, обеспечивать стабильность размеров изделия, обладать высокими диэлектрическими характеристиками, в том числе высокой дугостойкостью.

Прочность, жесткость, трудновоспламеняемость — характерные качества металла. Электроизоляционные свойства и стойкость к коррозии — характерные качества пластмасс. Как совместить эти характеристики в одном материале? Как укоротить производственную цепочку, уменьшить количество технологических операций и, соответственно, затраты на оборудование?

Материалами, способными перерабатываться в изделие с меньшим числом технологических операций, чем металл, являются полимерные композиционные материалы.

В начале 70-х годов ХХ века, благодаря разработкам химиков фирмы BAYER в Европе и США появились тестообразные термореактивные полимерные материалы на основе ненасыщенных полиэфирных смол, упрочненные стекловолокном, формующиеся в закрытой нагретой форме. Эти материалы получили название — BMC / DMC (сокращение от англ. bulk moulding compound и dough moulding compound) или премиксы. Благодаря своим свойствам и высокой производительности процесса переработки, премиксы получили широкое распространение для производства корпусов низковольтной аппаратуры, корпусов автомобильных фар и деталей бытовой техники. Переработка премиксов ведется прессованием на гидравлических прессах, высокопроизводительным литьем под давлением на литьевых машинах-реактопластавтоматах.

Таблица 1. Свойства материалов
Материал Сталь Al, Mg Термопласт Премикс (DMC/BMC)
Интегрирование деталей --- + +++ +++
Коэффициент использования материала --- + +++ +++
Коррозионностойкость --- --- ++ +++
Прочность +++ ++ --- ++
Жесткость +++ +++ --- ++
Вес --- --- +++ +++
Трудновоспламеняемость +++ ++ --- ++
Термостойкость +++ ++ --- ++
Повторное использование ++ ++ ++ ---
Электромагнитная проницаемость --- --- +++ +++

+++ положительно, --- отрицательно.

Ежемесячно в России для изготовления корпусов низковольтной аппаратуры перерабатываются сотни тонн полимерных композиционных материалов (комплект корпусных деталей одного изделия может весить от нескольких десятков грамм до десяти килограмм и более) на основе как термопластов, так и реактопластов. (Термопласты могут повторно при нагревании переходить в текучее состояние. Реактопласты находятся в нем только один раз при переработке в изделие с образованием трехмерной сшитой структуры).

Еще 5-7 лет назад приблизительно половину объема отечественного рынка реактопластов составляли фенопласты, единственными преимуществами которых является низкая цена, недостатками же — горючесть и низкая прочность. Оставшаяся часть рынка делилась между различными стеклонаполненными материалами (премиксы, стекловолокниты АГ-4, ДСВ, и др.)

Развивающаяся конкуренция на рынке электротехнической продукции, а также ориентация на международные стандарты все чаще приводят конструкторов предприятий к техническим решениям по замене фенопластов на стеклонаполненные композиционные материалы (в т.ч. премиксы) для изготовления корпусных деталей электротехнического назначения.

В последнее время в электротехнической промышленности премикс используется взамен АГ-4, ДСВ, ГСП по причине высокой технологичности в переработке и более низкой цены.

Немного подробнее об отечественном премиксе

В отличие от зарубежных отечественные производители изготавливают в основном премикс без использования летучих растворителей (стирол и др.), учитывая экологические требования (переработка стирольных материалов предусматривает наличие дополнительных вентиляционных систем, а также закрытого оборудования) и протяженность нашей страны (доставка материала по железной дороге из центрального региона до Восточной Сибири занимает несколько недель).

Премикс DМС изготавливается на основе ненасыщенных полиэфирных смол, рубленого стекловолокна, порошкообразного минерального наполнителя и других добавок. Большое содержание наполнителей обеспечивает жесткость и прочность. Высокая текучесть в форме позволяет получать мелкогабаритные тонкостенные детали сложной конфигурации. Специальные добавки придают материалу специфические свойства: трудногорючесть, тропикостойкость, антистатические свойства.

Премиксы отличают малая усадка и повышенная скорость отвердевания, что обеспечивает товарный внешний вид и точность размеров. Материал масло и бензостоек, невзрывоопасен. Детали из премикса могут эксплуатироваться в диапазоне рабочих температур от -60°С до +130°С. Премикс применяется для изготовления деталей взрывозащищенного оборудования.

Гарантийный срок хранения премикса, изготовленного на бесстирольных смолах при температуре +25°С — 4 месяца со дня изготовления. Практика показывает, что при температуре +25°С премикс хранится 1 год без потери технологичности. Премикс, изготовленный на стирольных смолах, может храниться в герметичной упаковке при температуре +25°С не более месяца.

Таблица 2. Дугостойкость прессматериалов
Прессматериал DMC ТУ 2253-013-00204961-01 ДСВ ГОСТ 17478-95 Фенопласт ГОСТ 28804-90 Аминопласт ГОСТ 9359-80 АГ ГОСТ 20437-89
Показатель дугостойкости, сек. Не менее 200 160-180 Не указана 190 Не указана

Условное обозначение марки премикса состоит из трех частей, сорта и обозначения технических условий (ТУ 2253-013-00204961-01, разработчик ОАО «Тверьстеклопластик»).

Первая часть: буквы «DМС» обозначают тип прессматериала (англ. dough moulding compound — тестообразный формовочный компаунд).

Вторая часть: цифры: 10, 18, 20, 30 — максимальная доля стекловолокна в процентах.

Третья часть: буквы, обозначают:

М — с малой усадкой (до 0,02 %);

К — с повышенной текучестью;

О — пониженной горючести;

Т — тропикостойкий;

В — повышенная прочность изделия из этого материала;

Р — с повышенной реакционной способностью (скоростью отвердевания).

В настоящее время, комбинируя эти свойства, существуют следующие марки премиксов:

DМС-20-РМ — предназначен для переработки в изделия конструкционного, электротехнического и общетехнического назначения методами прессования и литья под давлением;

DМС-30-В - материал повышенной прочности предназначен для переработки в изделия конструкционного, электротехнического и общетехнического назначения методом прессования;

DМС-20-ОРМТ — предназначен для изготовления методом прессования деталей конструкционного, электротехнического назначения пониженной горючести;

DМС-30-ОРМТ — предназначен для изготовления конструкционных деталей в пожаробезопасном исполнении с повышенными физико-механическими показателями;

DМС-18-Т — предназначен для переработки прессованием и литьем под давлением в изделия электротехнического назначения, имеющих сложный контур, разнотолщинность или тонкие стенки (1-2 мм);

DМС-10-РКМ — предназначен для опрессовки катушек соленоидов.

Таблица 3. Физико-механические показатели премиксов DМС
Наименование показателей DMC-20-РМ DMC-30-В DMC-10-РКМ DMC-18-Т DMC-20-ОРМТ DMC-30-ОРМТ
Изгибающее напряжение при разрушении, МПа (кгс/см2), не менее 100 (1000) 130 (1300) 60 (600) 80 (800) 100 (1000) 110 (1100)
Ударная вязкость, кДж/м2 (кгс/см2), не менее 30 (30) 35 (35) 10 (10) 20 (20) 30 (30) 30 (30)
Электрическая прочность при частоте 50 Гц, кВэфф/мм, не менее 12 12 12 12 12 12
Водопоглощение при t° = (23±2)°С за (24±1) часа, %, не более 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
Линейная усадка, %, не более 0,08 0,08 0,08 - 0,08 0,08
Теплостойкость по Мартенсу,°С, не менее 200 200 80 180 200 200
Дугостойкость, сек., не менее 200 200 200 200 200 200
Трекингостойкость, В, не менее 500 500 500 500 500 500
Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·см, не менее 1×1014 1×1013 1×1014 1×1013 1×1014 1×1014
Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом, не менее 1×1014 1×1013 11×1014 1×1013 1×1014 1×1014

ООО «Экспонента», представитель ОАО «Тверьстеклопластик» по реализации прессматериалов, постоянно посещая и участвуя в профильных электротехнических выставках и имея многолетние хозяйственные связи с потребителями отмечает, что производители низковольтной аппаратуры России расположены к применению отечественных реактопластов. В 2005-2006 годах, наблюдая за положительной динамикой развития электротехнического рынка России, иностранные производители конструкционных пластмасс неоднократно вторгались со своими предложениями. Присутствие импортных материалов электротехнического назначения измерялось десятками тонн в месяц, однако, на сегодняшний день конструктора предприятий все чаще приходят к техническим решениям в пользу отечественных реактопластов. Проконсультироваться по вопросам подбора оптимального прессматериала, исходя из конкретных требований, предъявляемых к конечным деталям, можно у автора статьи, позвонив по тел. +7-910-648-32-42.

Справедливости ради следует отметить, что при продвижении отечественных премиксов и готовой низковольтной аппаратуры на европейский рынок производители сталкиваются с определенными трудностями. Однако, в числе причин, подталкивающих конструкторов и топ-менеджеров предприятий и энергосистем Европы к ориентации на собственные прессматериалы, рассматривается также и социальный аспект вопроса. Производство конструкционных пластмасс и изделий из них — это рабочие места и налоги, остающиеся в государстве.

Д. О. БУДНИКОВ.