Фаолит

Газоотводящий ствол из слоистого пластика на основе фаолита

Фаоли́т — кислотоупорная термореактивные пластмасса, изготовляемая на основе водноэмульсионной резольной фенолоформальдегидной смолы (бакелитовой смолы). Обязательным компонентом фаолита, выступающим в качестве наполнителя, является асбест (фаолит марки «А»). Обычно используют смесь хризотилового и антофиллитового асбеста в смеси с графитом (фаолит марки «Т», для повышения теплопроводности) или с песком (фаолит марки «П», для увеличения теплостойкости).

Свойства

По сравнению с другими химически стойкими материалами фаолит обладает рядом преимуществ. Под действием солнечного света и электрического освещения в течение года отвержденный фаолит немного темнеет, но механические показатели остаются без изменений. Поврежденные Фаолитовые изделия легко ремонтируются на месте, что почти исключено для керамических изделий. Эксплуатация фалитовых трубопроводов в зимних условиях подтверждает высокую морозостойкость фаолита.

Химическая стойкость

Фаолит и фаолитовые изделия обладают весьма высокой химической стойкостью к кислым средам и органическим растворителям. Основная качественная характеристика фаолита — высокая стойкость к действию кислот (кроме кислот-окислителей). Он стоек в кислотах:

• серной (средних концентраций до 50 °С),
• соляной (всех концентраций до 100 °С),
• уксусной,
• фосфорной (до 80 °С),
• лимонной (до 70 °С).

Также устойчив в растворах различных солей (до 100°С), в том числе натрия и кальция, в атмосфере газов: хлора и сернистого ангидрида до 90-100 °С. Фаолит нестоек в азотной кислоте, плавиковой кислоте и щёлочах^[1].

Физико-механические свойства

Фаолит отличается высокой стойкостью к вибрациям, ударам и резким перепадам температур^[2]. Материал вдвое легче (плотность 1,5÷1,7 г/см³) и в 4-6 раз прочнее кислотоупорной керамики^[3]. Основные характеристики:

• Коэффициент теплопроводности при 0÷100°С — от 0,25 до 0,9 ккал/м·ч·град.
• Фаолит можно применять при более высокой температуре, чем многие другие кислотостойкие пластические массы. По техническим условиям теплостойкость фаолита гарантируется до 100÷130°С. Сырой фаолит может формоваться при обычных или несколько повышенных температурах без использования высокого давления. Это позволяет изготовлять из него аппаратуру, не применяя прессов и дорогостоящих прессформ. Теплостойкость по Мартенсу — не менее 170°С.
• Твёрдость по Бриннеллю — 200÷400 MПa
• Коэффициент линейного расширения при 20÷100°С — 2,3·10⁻⁵ К⁻¹
• Ударная вязкость — не менее 2,0 KДж/m²
• Массовая теплоёмкость — 1045÷1060 Дж/кг·K
• Огнестойкость по Шрамму — 4÷5
• Электрическая прочность — 3÷4 Кв/м
• Удельное объемное электрическое сопротивление — 10⁸÷10¹⁰ Ом·м
• Адгезия к стали (прочность склеивания) — 0,51÷2,0 MПa.

Недостатки

Основной недостаток фаолита заключается в том, что его малая ударная вязкость и отсутствие эластичности в ряде случаев приводит к необходимости увеличивать прочность фаолитовых изделий за счет применения тканевых прослоек (изделия из текстофаолита) или помещать фаолитовые аппараты в стальные кожухи. Плохая теплопроводность фаолита марки «А» не позволяет использовать его для теплообменной аппаратуры. Фаолит марки «Т», имеющий более высокий коэффициент теплопроводности, может использоваться в ряде подобных случаев. Недостатком фаолитирования является необходимость термической обработки в специальной камере-сушилке, что затрудняет применение фаолита для защиты арматуры в аппаратах, имеющих большие габариты.

С ростом температуры агрессивной среды увеличивается износ фаолита в результате более глубокого проникновения химических реагентов в фаолит и частично — его набухания. За стадией набухания может наступит стадия разрушения фаолита — это зависти от агрессивной среды и температуры. Резкие колебания температуры при эксплуатации фаолита нежелательны, так как они могут привести к образованию трещин.

Технология производства

Производство фаолита состоит из двух основных этапов:

1. получение резольной эмульсионной фенолоформальдегидной смолы;
2. смешение в смолы с наполнителями.

Образование смолы

Образование смолы происходит в вакуумном-варочном реакторе. В определенной дозировке Фенол, формалин и аммиачная вода подается в реактор, где происходит поликонденсация реакционной смеси. Процесс длится в течение 20-30 минут при 900°С, до расслоения массы на смолу и водный слой. После этого молекулярная масса охлаждается в вакууме (не менее 500 мм рт.ст.). Из реактора удаляется вода. Высушенная смола поступает в смеситель для приготовления фаолитовой массы. Весь цикл производства смолы длится до 10 часов и позволяет получить на выходе фенолоформальдегидную смолу в объёме 115—120 % от количества загруженного фенола^[4]. Содержание свободного фенола в смоле — не более 10 %, формальдегида — не более 2 %, летучих — не более 10 %^[5].

Смешение компонентов

Жидкую резольную смолу подогревают до 50÷60°С и помещают в смеситель. Производится загрузка наполнителей и добавок, в зависимости от марки выпускаемого фаолита:

• Для марки А — на 100 весовых частей смолы добавляют 95÷165 вес.ч. антофилитового асбеста, 5÷10 вес.ч хризотилового асбеста и от 0 до 3 вес.ч стеарина;
• Для марки Т — на 100 весовых частей смолы добавляют 20÷26 вес.ч хризотилового асбеста и 80÷105 вес.ч графита^[4];
• Для марки П — на 100 весовых частей смолы добавляют 35 вес.ч хризотилового асбеста, 135 вес.ч песка и 3 вес.ч. стеарина^[5].

Каждая марка фаолитов может отличаться по рецептуре в зависимости от назначения. В настоящее время производится фаолит марки В — на основе талька.^[6]

Для повышения кислотостойкости фаолита асбест обрабатывают соляной кислотой, промывают и просушивают, чтобы удалить кислоторастворимые продукты. Смешение компонентов проводится течение 1 часа. Для поддержания температуры в «рубашку» смесителя подается горячая вода.

Готовый продукт

Схема процесса каландрирования

Смола придает композиции пластичность до отверждения и твердость после отверждения. На свойстве пластичности сырого фаолита основаны способы переработки его в полуфабрикаты (листы, трубы), готовые прессованные изделия и способы изготовления из него замазок.

Готовая сырая масса может применяться в качестве фаолитовой замазки, а так же для изготовления листовых и фасонных изделий.

• Листы получают путём вальцевания при заданной температуре и каландрованием при заданном зазоре.
• Трубы получают путём экструзии подогретой провальцованной массы.
• Фасонные изделия изготавливают прессованием^[4]..

Полученные изделия подвергают отверждению в специальных камерах при плавном повышении температуры от 60÷70°С до 120÷1300°С, производимой подачей пара в течении 25÷30 часов. Когда температура снизится до 60÷700°С листы или изделия из камеры выгружаются. Поверхность изделий из фаолита покрывают бакелитовым лаком (спиртовым раствором фенолоформальдегидной смолы) в ванне. Лаковое покрытие дополнительно отверждают в камере примерно по такому же режиму, как и изделия из фаолита.^[7]

Применение

Фаолит применяют в качестве теплозащитного и кислотоупорного материала^[2]. Фаолитовые изделия можно собирать из отдельных деталей, изготовляемых из отвержденных фаолитовых листов и труб. Листы и изделия, изготовляемые из сырого фаолита, отверждают для перевода смолы в неплавкое и нерастворимое состояние, после чего они становятся пригодными в качестве кислотостойкого материала в химических аппаратах, трубопроводах.

• Фаолитовая замазка применяется для уплотнения швов при сборке фаолитовых ванн, аппаратуры и фасонных частей, а так же для фаолитирования поверхностей.
• Сырые фаолитовые листы предназначаются для защиты от коррозии поверхностей аппаратов и формования различных кислотоупорных изделий: царг, ванн, труб и др. Внутренние поверхности защищают футеровкой, внешние поверхности фаолитированием.
• Отвержденные фаолитовые листы предназначаются для защиты от коррозии прямоугольных емкостей и кислородных ванн.
• Трубы из фаолита применяются на предприятиях с агрессивными средами. Например, башня с текстофаолитовой трубой используется для отвода газов и паров травильного отделения стана на Челябинском металлургическом комбинате (высота трубы 60 м, внутренний диаметр 1,5 м). Царги трубы выполнена из фаолита марки Т с армированием бязью, пропитанной бакелитовым лаком.
• Фасонные части и арматура к трубопроводам, детали насосов изготовляются из фаолитовой массы методом шприцевания, формования и прессования и применяются для транспортировки агрессивных жидкостей и газов^[8].

Текстофаолит

Текстофаолит представляет собой материал, состоящий из нескольких слоев фаолита с проложенными между ними слоями ткани. Различают ткани на основе стеклянных нитей (стеклоткань, стеклосетка), на основе хлопчатобумажных тканей (бязь, миткаль, бельтинг), на основе угольной, графнтированной или какой-либо другой ткани. За счет применения тканей изделия из текстофаолита становятся прочнее в 1,5—2 раза по сравнению с изделиями из фаолита. Текстофаолит применяют для изготовления крупногабаритных вентиляционных труб высотой до 200 м, работающих в жестких условиях воздействия различных агрессивных сред.

Примечания

1. ↑ Сложные поликонденсационные пластические массы
2. ↑ ^{1 2} Технология конструкционных материалов / под ред. Ю.М.Барона. — Спб: Питер, 2012. — С. 90. — 512 с. — (Учебник для вузов). — ISBN 978-5-459-00933-0
3. ↑ БСЭ на Яндексе
4. ↑ ^{1 2 3} Николаев Анатолий Фёдорович Технология пластических масс / А.Е. Пинчук. — Ленинград. — Химия, 1977. — 368 с. — (Учебник для хим.-технол. специальностей вузов). — 15 600 экз.
5. ↑ ^{1 2} Иосиф Яковлевич Клинов, Абрам Наумович Левин Пластмассы в химическом машиностроении. — Машгиз, 1963. — С. 11. — 214 с.
6. ↑ В.Д. Любановский Защита строительных конструкций зданий и сооружений и оборудования от коррозии // Химическая техника. — Информационно-издательский центр «КХТ», 2003. — В. 12. — С. 11-13.
7. ↑ Производство фаолита
8. ↑ Асбестовский завод металлоконструкций: Фаолит. Технические условия

См. также

Фаолитирование