Ваш браузер устарел. Рекомендуем обновить его до последней версии.

Пластмассы

 

      В машиностроительной промышленности, кроме черных и цветных металлов и их сплавов, широко применяются различные неметаллические материалы. Их используют не только в качестве заменителей металлов, но и как новые высококачественные конструкционные материалы.

      Цепными свойствами для машиностроения обладают пластмассы — неметаллические материалы на основе природных или синтетических полимеров. Они отличаются низким удельным весом, высокими химической стойкостью, антифрикционными свойствами, износостойкостью и диэлектрическими характеристиками, хорошими ударной прочностью, фрикционными свойствами, обрабатываемостью и другими свойствами.

      К недостаткам пластмасс относятся низкие теплопроводность и теплостойкость, малая жесткость, низкая твердость, ползучесть, старение и другие. Это ограничивает область применения их в отдельных конструкциях машин.

      Использование синтетических материалов в машиностроении способствует значительному снижению веса машин, повышению их долговечности и надежности, снижению трудоемкости изготовления, усовершенствованию конструкции изделий, а также значительной
экономии металла. Многие детали из пластмасс почти не требуют механической обработки, что также дает значительную экономию.

      Трудоемкость изготовления пластмассовых деталей в 3—8 раз меньше, чем металлических.

      Некоторые виды пластмасс характеризуются высокой износостойкостью. Так, сопротивление износу полиамидных деталей в 6-10 раз больше, чем металлических. 

      Пластмассы в зависимости от поведения связующего под действием тепла и давления подразделяются на две группы: термопластические и термореактивные. Термопласты под действием тепла и давления не претерпевают коренных химических изменений. Изготовленные из них детали можно повторно размягчить и переработать на новые изделия. Многие термопласты характеризуются большой прочностью, однако теплостойкость их в большинстве случаев недостаточна.

      Отличительной особенностью термореактивных пластмасс является то, что при воздействии определенных температур и давления в них происходят необратимые изменения. Изготовленные из таких материалов изделия не могут быть переработаны заново, так как при повторных нагревах они не размягчаются и не поддаются действию растворителей.

      Свойства пластмасс, а следовательно, и область их применения зависят от природы связующих и наполнителей. В качестве связующих применяют синтетические смолы (полимеры), а в качестве наполнителей органические и минеральные вещества. Наполнители оказывают существенное влияние на механическую прочность, электроизоляционные свойства, теплостойкость и другие свойства, а также снижают стоимость пластмасс. 

      В зависимости от рода наполнителя пластмассы можно разделить на три вида:

    1. порошковые;
    2. волокнистые;
    3. листовые или слоистые.

      К наиболее распространенным порошкообразным наполнителям относятся древесная мука, мелкий асбест, каолин, кварц, бумажная и текстильная крошка, кизельгур и др. 

      К широко применяемым волокнистым и слоистым наполнителям относятся бумага, хлопчатобумажная, асбестовая и стеклянная ткани, асбестовое и стеклянное волокно, древесный шпон, картон и др.

      Высокой теплостойкостью отличаются стеклопластики, а также пластмассы на основе кремнийорганических смол.

      Пластмассы условно можно разделить на конструкционные и электротехнического назначения .

      Конструкционные пластмассы в свою очередь можно разделить на три подгруппы: 

  1. низкой прочности — полистирол, фенопласты, аминопласты и др.; предел прочности при растяжении до 500 кГ/см3
  2. средней прочности — древесно-слоистые пластики, текстолит, волокнит, полиамиды, полиэтилен, прессматериал ФКП-15 и др.; предел прочности при растяжении 800 -3000 кГ/см2, удельная ударная вязкость 16-20 кГ • см/см2
  3. высокопрочные — стеклопластики, предел прочности при растяжении 1000—4000 кГ/см2, удельная ударная вязкость более 100 кГ - см/см2.

      Большую группу пластмасс конструкционного назначения составляют термопластические материалы. 

      Термопласты условно можно разделить на две группы: 1) пластики, не содержащие наполнителей, и 2) более сложные композиции.

      Наиболее широкое распространение получили материалы первой группы: целлулоид, органическое стекло, винипласт, листовые пластикаты, фторопласты, полиамиды, листовой полиэтилен и др. Ко второй группе относятся такие пластики: винипроз, СН-прочный, электронит и др. В своем составе, кроме смол, они имеют в качестве необходимых добавок и другие вещества.

      Целлулоид представляет собой тщательно приготовленную смесь нитроцеллюлозы и камфоры. Он легко окрашивается, кроме того, на нем можно создавать имитацию кожи, драгоценных камней, слоновой кости и т.п. Выпускаются следующие марки целлулоида: 1) технический- белый и прозрачный; 2) галантерейный; 3) художественный. Перерабатывается целлулоид в изделия методами штамповки, горячего прессования и механической обработки.

      Полиметилметакрилат (органическое стекло) — продукт полимеризации мономера (метилметакрилата), легко окрашивается красителями. Характерной особенностью является то, что он почти не задерживает ультрафиолетовых лучей. В настоящее время выпускается много марок органического стекла, которые отличаются друг от друга прочностью, степенью прозрачности, светостойкостью. Перерабатывается в изделия методами прессования, штамповки, выдавливания, резания.

      Винипласт — продукт переработки полихлорвиниловой смолы, непрозрачная пластмасса темно-коричневого цвета; применяется как конструкционный и антикоррозионный материал; выпускается в виде листов, труб, стержней, сварочных прутков, пленок. Характеризуется винипласт высоким модулем упругости, хорошими сопротивляемостью ударным нагрузкам, электроизоляционными свойствами, свариваемостью, склеиваемостью, хорошо поддается механической обработке, может подвергаться глубокой вытяжке, отличается высокой химической стойкостью; растворяется в простых и сложных эфирах, в ароматических и галоидосодержащих углеводородах.

      К недостаткам этого материала относятся хрупкость при низкой температуре, недостаточная теплостойкость, хладотекучесть, большая чувствительность к температуре, слабая сопротивляемость действию длительных нагрузок.

      Полиэтилен представляет собой высокомолекулярный парафин. Благодаря высоким техническим свойствам он является одним из
наиболее ценных материалов. В зависимости от способа получения различают: полиэтилен высокого давления (ВД) — полиэтилен I и полиэтилен II, а также полиэтилен низкого давления (НД) — полиэтилен III, полиэтилен среднего давления (СД), обладающий промежуточными свойствами.

      Полиэтилен НД обладает более высокими теплостойкостью и химической стойкостью, чем полиэтилен БД, а также большими прочностью на разрыв и жесткостью; под действием солнечного света быстро «стареет» и теряет механические свойства; перерабатывается в изделия литьем под давлением, прессованием, напылением, экструзией, вальцеванием.

      Полиамиды— материалы бесцветпого или желтовато-коричневого цвета; характеризуются небольшой плотностью, высокими ударной вязкостью, прочностью на растяжение, на сжатие и изгиб, способностью к поглощению вибраций, твердостью, износостойкостью, незначительным коэффициентом трения. Сочетание высоких физико-механических свойств способствовало их широкому применению в технике в качестве конструкционного и антифрикционного материалов. В отличие от других пластиков полиамиды обладают способностью изменять эксплуатационные свойства в зависимости от структуры материала; перерабатываются в изделия методом литья под давлением, экструзией, центробежным литьем, в некоторых случаях — свободным литьем.

      Длительная эксплуатация деталей из полиамидов рекомендуется при рабочих температурах не выше 100°С. Не рекомендуется применять полиамиды в узлах трении в паре с алюминием и другими цветными металлами.

      Полиамиды отличаются низкой вязкостью расплава, высокой температурой плавления, быстрой окисляемостью и узкой зоной плавления.

      Нейлон и перлон отличаются не только очень высокими антифрикционными свойствами, но и способностью звукопоглощения. 

      Капрон в настоящее время широко применяется в отечественной промышленности, обладает исключительной стойкостью к щелочам, устойчив к бензину, спирту, однако необходимо учитывать его значительную гигроскопичность. Характеризуется капрон высокими механической прочностью, износостойкостью, антифрикционными свойствами, значительной теплостойкостью; перерабатывается в изделия методом литья под давлением в среде инертных газов.

      Капрон широко применяется для изготовления различного рода втулок, вкладышей, уплотнений, манжет, фитингов и т.п.

      Полиуретаны — порошкообразные материалы белого цвета, получаются полимеризацией гликолей, обладают пониженной гигроскопичностью и термической стойкостью по сравнению с полиамидами, более высокими диэлектрическими свойствами и устойчивостью к атмосферным воздействиям; характеризуются хорошей свариваемостью и прочным сцеплением с металлами.

      Полистирол получают полимеризацией стирола; характеризуется высокой химической и водостойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами, прозрачностью; растворяется в ароматических и хлорированных углеводородах, эфирах жирных кислот, не растворяется в спиртах, растительных маслах, парафиновых углеводородах; перерабатывается в изделия методами прессования, литья под давлением, экструзии и выдувания.

      Фторопласт— полимер производных этилена, в которых атомы водорода замещены фтором; характеризуется самой высокой химической стойкостью, превосходящей стойкость всех природных (в том числе золота и платины) и синтетических материалов.

      Фторопласт-4 (тефлон) — рыхлый, волокнистый и легко комкующийся порошок, при прессовании на холоду дает плотные и прочные таблетки, при нагревании не плавится, а только размягчается, не смачивается водой и не набухает, не окисляется и не растворяется ни в каких растворителях, кислотах, щелочах, имеет самые высокие диэлектрические свойства из всех известных электроизоляционных материалов, которые но изменяются в широком диапазоне температур (от -60 до +200°C). К недостаткам этого материала относится невысокая твердость, текучесть на холоду, а также невозможность склеивании и сваривании обычными способами.

 

      Фторопласт-3 по внешнему виду и свойствам отличается от фторопласта-4; плавится при температуре 210°С, не обладает текучестью на холоде. Выпускается фторопласт-3 нескольких марок; характеризуется очень высоким удельным объемным электрическим сопротивлением и хорошей электрической и механической прочностью; в условиях повышенной влажности не изменяет своих диэлектрических свойств, не смачивается водой, несколько уступает фторопласту-4 по химической стойкости; перерабатывается в изделия, методами пресс-литья, литья под давлением и экструзии.

      Фторопласт-ЗМ — полимер, получающийся из трифторхлорэтилена с небольшой примесью других мономеров; по физико-механическим свойствам близок к фторопласту-3, отличается от последнего более высокими пределом рабочей температуры и эластичностью. 

      Характеризуется фторопласт-ЗМ очень высокой удельной ударной вязкостью и высокими диэлектрическими показателями, выдерживает длительный перегрев при температуре 150—170° С без заметного ухудшения механических качеств.

      Фторопласты всех марок применяют для получения суспензий, которые используют для нанесения антикоррозийных и электроизоляционных покрытий на металлы, а также для приготовления клеев.

      Термореактивные пластмассы составляют вторую группу конструкционных пластиков. К этой группе относятся пластмассы, полученные на основе фенолоальдегидных и карбамидноформальдегндных смол, кремнийорганических соединений, эпоксидных смол и т.п.

      Изделия из термопластов отличаются твердостью, жесткостью и теплостойкостью.

      Фенопласты — пресспорошки, волокниты и слоистые материалы — составляют большую группу термореактивных пластмасс; отличаются относительно высокими физико-механическими свойствами, теплостойкостью и способностью заполнять пресс-форму. Повышенной ударной вязкостью обладают ФКП — пресспорошки, модифицированные каучуком и полимеризационными смолами; повышенной химической стойкостью — фенолиты и декоррозиты. Для изготовления деталей применяют гранулы (таблетки).

      Кроме лресспорошков, из фенолоальдегидных смол получают волокниты, которые характеризуются более высокими физико-механическими показателями, в том числе повышенной ударной вязкостью. В качестве наполнителей применяют такие волокнистые вещества, как хлопковые очесы, обрезки бумаги, стекловолокно, ткани и др. Волокниты плохо заполняют пресс-форму, поэтому при переработке их в изделия требуются более высокие давления прессования, чем для пресспорошков.

      В зависимости от состава и требовании, предъявляемых к изделиям, фенопласты классифицируются на 7 типов: общего назначения (О), специальный (Сп), электроизоляционный (Э), высокочастотный (Вч), влагохимстойкий (Вх), ударопрочный, крунноволокнистый (Вл) и жаростойкий (Ж).

      Аминопласты - пластмассы, получаемые па осниие сочетании мочевиноформальдегидных и меламиноформальдегидных смол с различными наполнителями. Такие прессовочные материалы обладают способностью легко окрашиваться в светлые тона и длительно их сохранять, характеризуются низкими физико-механическими показателями, склонностью к растрескиванию, высокой дугостойкостью. 

      Пластмассы, получаемые па основе кремнийорганических смол, отличаются повышенной теплостойкостью, жаростойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами и высокими дугостойкостью и химической стойкостью. 

      Жидкие кремнийорганические смолы применяются в качестве смазочных масел, как жидкие диэлектрики и т.д.; характеризуются высокой температурой вспышки; вязкость их мало зависит от температуры.

      Прессовочные порошки — смесь смолы и наполнителя (древеспой муки), применяются для изготовления деталей, к которым не предъявляют особых требований по механической прочности, химической стойкости и т.п.

      Слоистые пластмассы представляют собой спрессованные слоистые наполнители (бумагу, ткань или шпон), обработанные термореактивными смолами.

      Все слоистые пластики являются отличными диэлектриками, обладают высокими механической прочностью, химической стойкостью, почти не склонны к пластическим деформациям, очень чувствительны к ударам, кроме стеклотекстолита и стеклопластиков СВАМ; характеризуются неоднородностью и анизотропностью (механические характеристики различны во взаимно перпендикулярных направлениях).

      Лигностон — антифрикционный материал, получаемый из древесины; применяется для изготовления вкладышей подшипников, работающих в тяжелых условиях.

      Гетинакс— материал, изготовляемый прессованием листов бумаги, пропитанных фенолоформальдегидной смолой; обладает высокими диэлектрическими свойствами даже при повышенной влажности. Различают гетинакс следующих марок:

  1. гетинакс А — электроизоляционный;
  2. гетинакс В — конструкционный;
  3. гетинакс АВ — электроизоляционный и высокочастотный;
  4. гетинакс Г — конструкционный влагостойкий.
  5. гетинакс фольгированный;
  6. гетинакс декоративный
  7. и другие

       Текстолит по способу изготовления подобен гетинаксу, но отличается от последнего наполнителем, в качестве которого применяют текстильную ткань: штапельное полотно, бязь, миткаль и др. Характеризуется он хорошими антифрикционными свойствами, большими удельной ударной вязкостью, прочностью на сжатие и более высокой водостойкостью.

      Асбопласты — композиции, наполненные асбестом; характеризуются повышенной теплостойкостью; по диэлектрическим свойствам, пределам прочности при растяжении и изгибе, а также по ударной вязкости уступают текстолиту и гетинаксу; применяются для изготовления различных деталей механизмов сцепления.

      Стеклотекстолиты, или стеклопластики,— пластмассы, армированные стекловолокном; являются очень ценным и перспективным конструкционным материалом; отличаются высокими механической прочностью, ударной вязкостью, теплостойкостью, очень низким водопоглощением. По удельной прочности и стойкости к коррозии стеклопластики превосходят черные и цветные металлы и многие их сплавы. Их можно разделить на две группы: 1) материалы с длинным ориентированным волокном, к которым относятся СВАМ, прессматериал марки АГ-4, и 2) материалы с неориентированным коротким стекловолокном. Такие волокна используются в виде стекломатов.

 

 

Опубликовать в социальных сетях