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 0,01сек 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 70х 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 – ДMC / 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/ВМС)
Интегрирование деталей	---	+	+++	+++
Коэффициент использования материалов	---	+	+++	+++
Корозионностойкость	---	---	++	+++
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 стекло наполненными материалами (премиксы, стекловолокниты АГ4, ДСВ, и др.)

Развивающаяся конкуренция на рынке электротехнической продукции, а так же 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 АГ4, 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 так же 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 указан	190	Не указан

Условное обозначение марки премикса состоит из трех частей, сорта и обозначения технических условий (ТУ 22530130020496101, 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-B– 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 физикомеханическими показателями;

DМС-18-Т– предназначен для переработки прессованием и литьем под давлением в изделия электротехнического назначения, имеющих сложный контур, разнотолщинность или тонкие стенки (12 мм);

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

DМС-20-ОРМA (ранее ПСК-20-ОРМА) – антистатический (антистатичный) прессматериал. Предназначен для переработки в изделия пожаробезопасного и взрывобезопасного исполнения с пониженным удельным поверхностным электротехническим сопротивлением (105 ... 109 Ом) с последующей эксплуатацией изделий во взрывоопасных зонах (шахты, загазованные помещения, дымоходы, зольники, элеваторы, нефтехимическая промышленность, лакокрасочные производства и др.) (корпуса ТАШ, коробки и др.)

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.

Таблица 3. "Физико-механические поазатели премиксов DMC"
Наименование показателей	DMC-20-PM	DMC-30-B	DMC-10-PKM	DMC-18-T	DMC-20-OPMT	DMC-30-OPMT	DМС-20-ОРМA
Изгибающее напряжение при разрушении, МПа (кгс/см²), не менее	100 (1000)	130 (1300)	60 (600)	80 (800)	100 (1000)	110 (1100)	80 (800)
Ударная вязкость, кДж/м² (кгс/см²) не менее	30 (30)	35 (35)	10 (10)	20 (20)	30 (30)	30 (30)	20 (20)
Электрическая прочность при частоте 50Гц, кВ_эфф/мм, не менее	12	12	12	12	12	12	2,5
Водопоглащение при t°=(23±2) С за (24±1)часа, % не более	0,5	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	0,08
Теплостойкость по Мартенсу, °С, не менее	200	200	80	180	200	200	155
Дугостойкость, сек., не менее	200	200	200	200	200	200	200
Трекингостойкость, В, не менее	500	500	500	500	500	500	500
Удельное объемное сопротивление, Ом·см, не менее	1×10¹⁴	1×10¹³	1×10¹⁴	5×10¹³	1×10¹⁴	1×10¹⁴	1×10^5-9
Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом, не менее	1×10¹⁴	1×10¹³	1×10¹⁴	5×10¹³	1×10¹⁴	1×10¹⁴	1×10^5-9