Карбэлиты

Карбэлиты, класс альдегидно-фенольных смол (смотрите) кислой конденсации, получаемых преимущественно из технич. трикрезола и формальдегида в присутствии и с участием в конечном продукте нафтеновых или аро-матич. сульфокислот (т. н. контакта). Вследствие неустановленности терминологии синтетич. смол К. в настоящее время невозможно точно отграничить от бакелитое (ем.). В нек-рых К.функцию крезола несет фенол, а функцию формальдегида—фурфурол. В отличие от бакелитов, получаемых гл. обр. конденсацией в основной среде, карболиты конденсируются чаще в среде кислой. Отношение ускорителя процесса к готовому продукту конденсации сложно и не вполне выяснено: кроме каталитического действия, ускоритель, повидимому, непосредственно участвует в реакции, и, кроме того, он входит в продукт как своеобразный наполнитель. ““Конденсация крезолов с формальдегидом и другие конденсации в кислой среде изучены и типически разработаны группой русских химиков (П. П. Шестаков? в И. Лисев, Г. С. Петров, К. И. Тарасов, А. Н. Петров), работавшей с 1910 года и в 1914 году наладившей производство карболита. Основание завода «Карболит» торговым домом Васильева п К в 191 * г. в деревне Дубровке, возле г. орехово-Зуева, было началом карболитового дела и производства синтетических смол в России. С 1928 г. этот завод вошел в состав Треста связи.

Виды К. Наиболее важен К. литой, по своим Т хническ. свойствам близкий к эбониту, целлону и плотной древесине, но с существенным" преимуществом — способностью отливаться в формах. Имеется большое число марок литого К., но многие из них еще мало изучены и не усвоены промышленностью. Наиболее известны следующие марки К.: 1) фенольный с формальдегидом (Ф); 2) крезольный с формальдегидом (К); 3) крезольный с формальдегидом, жирнокислотный (Ж);4) крезольный фурфуроль-ный (Фур); 5) фенольный с формальдегидом, касторовый; 6) прозрачный (Пр); 7) щелочной кальциевый; 8) щелочной бариевый; 9) скипидарный; 10) белковый; 11) крезольный, обезвоженный проваркою при ί°>100° в высыхающих или полувысыхающих маслах—«а», «б», «в», «г»; 12) крезольный, обезвоженный обработкою нагретыми растворителями (нефтяными дистиллятами), ароматическими углеводородами, хлорирован ными углеводородами; 13) крезольный с огнестойкостью, повышенной путем введения хлорированных углеводородов; 14) крезольный с формальдегидом и сульфированным ом. Вторую группу К. составляют продукты, близкие к предыдущим, но не доведенные до полимеризации и остающиеся временно или навсегда в промежуточном состоянии: 15) К.-сырец, фенольный, крезольный или жирнокислотный, поставляемый в жидком виде для отливок, заливок или склеек на месте потребления; 16) смолы, заменяющие шеллак; 17) такие же смолы в овых или масляных растворах, применяемых как лаки, с полимеризацией и без полимеризации; 18) лаки для разных целей, гл. обр. для изготовления пертинакса, для пропитки полотна, бумаги, слюды и т. д. Третью группу составляют К. с наполнителями, обрабатываемые штамповкой (этот штампованный К. поставляется как в сыром виде, для штамповки на месте, так и в виде готовых изделий): 19) К. в пасте, для холодной штамповки на ручных прессах; 20) К. в порошке, для горячей штамповки на гидравлич. прессах; 21) К. в пасте, для горячей штамповки. В дальнейшем описываются свойства преимущественно литого К. марок «Ф», «К» и «Ж».

Свойства К. Карболит превосходно поддается механич. обработке на токарном станке, рубанком, фрезером, сверлится, принимает винтовую нарезку, шлифуется и полируется. При покрытии его карболито-вым же лаком получается вполне однородная пленка, которая не отслаивается при изменениях ί°, действии влажности и тому подобное. Отдельные части из К. могут склеиваться кар-болитовою же смолою, связывающей их после прогрева в монолитное целое. Кроме того, возможна заливка в К. железных частей: такие изделия, вследствие близости коэффициентов расширения железа и К., не страдают от изменения ί°, и железо оказывается прочно зажатым в карболитовые заделки.

При механич. обработке К. весьма важно, чтобы скорости и геометрич. формы инструментов были подобраны правильно. Так, при обработке на токарном станке рекомендуется скорость резания 30—42 мшин и скорость подачи 0,15—0,20 миллиметров за 1 оборот. Проходной резец должен иметь радиус закругления 3— 4 миллиметров, угол резания 90° и угол зазора 25—40°. Отрезной резец берется такой же, но с вогнутыми, радиуса 25—75 миллиметров, боковыми поверхностями. При винтовой нарезке наиболее удобен резец с углом резания 95° и углом зазора 15—20°; нормальная стружка при начале резания должна быть 0,15—0,30 миллиметров толщиною, а затем постепенно уменьшаться до толщины 0,05 миллиметров и далее. Сверление К. рекомендуется вести лопаточными сверлами, при скорости резания 15—30 м/мин, в зависимости от марки К, и при подаче, равной 0,05 0,4 миллиметров. При фрезеровке зуб делается с углом заострения 60—75° и углом резания 90°; скорость резания должен быть 48—90 м/мин, а подача фрезерного стола 15— 150 миллиметров/мин. Разрезание карболитовых листов ведется циркулярными пилами с боковыми поверхностями, сточенными к центру под углом друг к другу в 20—30; скорость допускается 300—480 м/мин, а подача 30—300 миллиметров/мин. Отделка поверхности К. слагается из шлифовки (наждачным полотном и пемзой) и полировки (мастикой).

Естественный цвет К. различен. Так, прозрачный К. (Пр) стекловиден, с легким желто-розовым оттенком, но через несколько лет он приобретает интенсивную краснооранжевую окраску,сохраняя прозрачность. Фурфурольный К. (Фур) — черного цвета; крезольный (К) и фенольный (Ф)—светло серые, быстро буреющие; жирнокислотный К. (Ж)—серо-желтого цвета. Смолу фенольного К. (Ф), особенно фенольно-касторового, можно красить искусственно в самом процессе изготовления в любые цвета, предпочтительно темные. Штампованный К. (Ш) обыкновенно поступает в продажу черным. Возможна также прокраска готовых изделий из карболита.

По своему строению литой К. изотропен и в этом отношении выгодно отличается от других альдегидно-фенольных изоляционных материалов, представляющих диэлектрики слоистые. Микроструктура карболита представляет сложную дисперсную систему тонкость которой возрастает слева направо по маркам: Ш_ж, Ф, К, Hi, Фур, Пр. Марки Ф, К, Ж, Фур структурно родственны между собою и м.б. охарактеризованы как отвердевшие эмульсии. В отношении механическ. деформаций К. при растяжении следует отметить высокую упругость его, особенно марки К; удлинение при разрыве не превосходит 0,0004%. При сушке К. теряет до 8,5% влаги; при погружении К. в воду происходит, наоборот, поглощение ее в количестве до 0,5%. В химическом отношении К. стоек к воде, маслам, кислотам, органич. растворителям (кроме ацетона) и в некоторых случаях (для щелочных К.) к щелочам. Наиболее слабое место К.—его повреждаемость оки азота и азотной к-той, а также крепкими щелочами. В отношении 25 %-ной серной кислоты К. может считаться практически вполне стойким. Низкие t° не отражаются на свойствах К. Различные марки К. выдерживают длительное нагревание до 100° (Ф)—150° (Ж) и временное повышение f° до 270° (Ф)—350° (Ж); сорт К занимает промежуточное положение. Огнестойкость К. может быть повышена введением хлорированных углеводородов. Объемное удельное сопротивление К. при повышении t° ускоренно падает, причем скорость этого падения возрастает с градиентом приложенного напряжения. При возрастании ί° от 0° до 60—70° сопротивление уменьшается примерно в 18 раз. Поверхностное удельное сопротивление К. (оцениваемое высшим баллом 5 по сист. Союза герм, электриков) не падает после вымачивания К. в воде и уменьшается лишь в 3—4 раза после действия ультрафиолетовых лучей. В отношении диэлектрической крепости К. (марок К и Ж) следует отметить ее малую зависимость от температуры в интервале от —10° до +110°. С данных о свойствах К. представлена ниже в таблице.

Производство К.В качестве «контакта» при конденсации исходных материалов применяются обычно сульфонафтеновыек-ты (C₂₀H,₈SO₃), с успехом заменяемые иногда сульфированным ом, бензолом и т. д. Что касается трикрезола, то получение литого карболита требует возможно большего содержания в нем .«-крезола, тогда как для лаковых смол наиболее выгодно значительное содержание о-крезола. В конденсирующуюся смолу вводят в некоторых случаях жирные к-ты, белки, смолы. Химический характер процесса в грубом приближении подобен таковому же при конденсации бакелита. Из производственных особенностей выгодно отличает К. от бакелита возможность вести конденсацию без применения давлений, а также изготовлять большие отливки и крупные изделия из одного

Сравнительные данные о физических свойствах карболитов.

Свойство	Литые к ар б о		ТИТЫ
Свойство	«Ф»	«К»	«Ж»
Поверхностное элек-трич. сопротивление при 50% OTLOC. влажности, У-см.	5.8-1011	4.6-1013	4,6-1013
Объемное электрич. сопротивление при ΚΟΜΗ. ί°, У-см. ,.	5,4-109	1,7-ЮИ	5,5-1013
Угол сдвига фаз (угловые градусы).	27°	3,6°	1,5°
Диэлектрич. коэфф.с	5,7	3,5	2,7
Диэлектрич. крепость kV/мм.	10	И	12
Разрывающее усилие, кг/см2.	184	144	120,3
Раздавливающее усилие, кг/см².	863	999	771
Изгибающее усилие, кг/см².	637	445	401
Вода, поглощенная за 24 ч., %.	0,30	0,25	0,18
Плотность, г емз.	1,18	1,12	1.13
Механич. теплостойкость (по англ, нормам), °С.	70°	120°	100°
Оп естойность (по герм, нормам).	1	1	1
Коэфф-т теплового расширения при 20-60°.	93-10-6	75-10-6	120-10-6
Теплопроводность, eal/CA* в ск.	100-10-5	65-10-5	51-10-5
Теплоемкость, cal/s. Твердость по Брине-лю при нагрузке 300 килограмм, в килограммах/мм².	0,48	0,46	0,46
	24	31	25
Твердость по Шору, с тверд, молотк.	45	59	53
Твердость по Марте су. г/О 01 миллиметров.	3.2	3,4	4,6
Твердость по Мосу.	2,6	2,7	2,8

куска. Все видоизменения процесса производства К. трудно охватить общей схемой; поэтому ниже приводится лишь один из наиболее простых рецептов. На 10 вес. частей технич. трикрезола берут 7 вес .4.40 %-ного продажного формалина; сюда же добавляется 3% (от веса трикрезола) «контакта». При непрерывном перемешивании смесь нагревают в кубе до момента бурного вскипания—образования синтетич.смолы (с выходом 13 вес. частей) и водного слоя. Этот последний отделяют, а смолу обезвоживают нагреванием при 75—80° в вакуум-аппарате в течение нескольких часов. Затем в нее вводят еще 2—3 вес.ч. 40%-ного формалина и некоторые другие вещества (наполнители, окрашивающие вещества); жидкую массу разливают по формам, в которых она полиме-ризуется нагреванием в течение нескольких часов в особых печах при 60—80°. Затвердевший иполимеризованный К. подвергается просушке при 125° в сушильном шкафу в течение около одного часа. Далее,к полученному карболиту применяется, если нужно, механическая обработка: полировка, лакировка и т. д. В некоторых случаях конденсация ускоряется иными катализаторами, а нафтеновые сульфокислоты вводятся уже после процесса обезвожения смолы.

Для производства штампованных К. количество катализатора увеличивают и в смолу вводят твердые наполнители, минеральные (асбест, слюда, тяжелый шпат, переработанный кварц) или органические (старый и бракованный К., кокосовая скорлупа, древесина, гидроцеллюлоза), достаточно измельченные. Т.о., получается либо вязкое карболитовое тесто либо порошок. Тесто может подвергаться как горячей, так и холодной штамповке; последняя требует дальнейшей полимеризации изделий в сушильных шкафах. Карболитовый порошок (а иногда и тесто) штампуется горячим способом, полимеризуясь непосредственно в матрицах.

Применение К. По совокупностифизич. свойств К. представляет материал, применимый в электропромышленности как слабых, так и сильных токов (изоляторы для внутренних установок, щиты, аппаратура, измерительные приборы, радиотехнич. аппаратура), в электрическом и общем аппарато-it машиностроении (подшипники, валы, части текстильных машин, валики пишущих машин), в поделочной (пуговицы, гребни, бусы, ручки для «вечных» перьев, зажигалки, портсигары, линейки, лекала и т. д.), в текстильной и химии, промышленности (кружки и фильтры для производства вискозы, облицовка ванн, сосуды), в оборудовании лабораторий, в производстве предметов медицинского и гигиенического назначения. Кроме этих разнообразных применений, следует отметить два новых, еще не вошедших в практику: 1) пропитка К. древесины (смотрите Дерево, электроизоляционный материал), которая дает электроизоляционный и другого назначения материал высокого качества, и 2) использование К. в хирургии, в частности при рино-пластических операциях, в качестве искусственной кости.

Лит.: Карболит, его производство и свойства, под ред. П. А. Флоренского, «Труды гос. эксперим. элек-тротехнич. ин-та», М., 1928, вып. 21; П е т р о в Г. С., Сульфокислоты нефтяных углеводородов, их применение в промышленности, «Иефт. и сланц. хоз.», М., 1922, δ—6, стр. 279—288; его ж е, Продукты конденсации фенолов с альдегидами и их диэлектрические свойства в зависимости от исходных материалов и способов конденсации, «Труды химич. ин-та им. Л. Я. Карпова в Москве», П., 1923, 1, стр. 115—129; его же, Пластические продукты конденсации фенолов с альдегидами и их отношение к химическим реагентам, там же, 1926, вып. 5, стр. 71—80; Petroff G. S., Karbolit, ein Kondensationsprodukt von Pbenolen mit Aldebyden, «Kunststoffe», Miinchen, 1926, Jg. 16, .5, p. 81—83. П. Флоренский.