Материаловедение. Неметаллические материалы (стр. 7 )

Слоистые пластмассы. Слоистые пластмассы являются сило­выми конструкционными и поделочными материалами. Листовые наполнители, уложенные слоями, придают пластику анизотроп­ность. Материалы выпускают в виде листов, плит, труб, заготовок, из которых механической обработкой получают различные де­тали.

Гетинакс получается  на основе модифицированных фенольных,  анилиноформальдегидных  и  карбамидных смол и различ­ных  сортов  бумаги.  По  назначению гетинакс подразделяют электротехнический и декоративный. Гетинакс можно применять при температуре 120—140 °С. Он устойчив к действию химикатрастворителей, пищевых продуктов: используется для внутренней облицовки пассажирских кабин самолетов, железнодорожных вагонов, кают судов, в строительстве.

Текстолит (связующее — термореактивные смолы, наполни­тель — хлопчатобумажные ткани) среди слоистых пластиков обла­дает наибольшей способностью поглощать вибрационные нагруз­ки, хорошо сопротивляться раскалыванию. В зависимости от на­значения текстолита делят на конструкционные (ПТК, ПТ, ПТМ), электротехнические, графитированные, гибкие прокладочные. Текстолит как конструкционный материал применяют для зубча­тых колес; шестеренные передачи работают бесшумно при частоте вращения до 30 000 мин‾1. Текстолитовые вкладыши подшипников служат в 10—15 раз дольше бронзовых. Однако рабочая темпера­тура текстолитовых подшипников невысока (80—90 °С). Они применяются в прокатных станах, центробежных насосах, турби­нах и др.

Древеснослоистые пластики (ДСП) состоят из тонких листов древесного шпона, пропитанных феноло - и крезольно-формальдегидными смолами и спрессованных в виде листов и плит, Древесно-слоистые пластики имеют высокие физико-механические свойства, низкий коэффициент трения и с успехом заменяют тек­столит, а также цветные металлы и сплавы. Шестерни из ДСП долговечны, при работе их в паре с металлическими заметно сни­жается шум. Подшипники из ДСП не образуют задиров на тру­щейся поверхности металлического вала. Недостатком ДСП является чувствительность к влаге. Из ДСП изготов­ляют шкивы, втулки, ползуны лесопильных рам, корпусы насосов, подшипники, детали автомобилей и железнодорожных вагонов, лодок, детали текстильных машин, матрицы для вытяжки и штамповки.

Асботекстолит содержит 38—43 % связующего, остальное асбестовая ткань. Асботекстолит является конструкционным, фрикционным и термоизоляционным материалом. Наиболее высо­кой теплостойкостью обладает материал на кремнийорганическом связующем (300 °С), а механическая прочность выше у фенольных асбопластиков. Из асботекстолита делают лопатки ротационных бензонасосов, фрикционные диски, тормозные колодки (без сма­зывания коэффициент трения ѓ = 0,3-0,38, со смазыванием мас­лом ѓ = 0,05-0,07).

Асботекстолит выдерживает кратковременно высокие темпе­ратуры и поэтому применяется в качестве теплозащитного и тепло­изоляционного материала (в течение 1—4 ч выдерживает темпера­туру 250—500 °С и кратковременно 3000 °С и выше).

В стеклотекстолитах применяют в качестве наполнителя стек­лянные ткани. На основе нетканых ориентированных материалов (нити в которых не перегибаются) получают стеклотекстолита (типа ВПР-10), имеющие те же показатели, что и у стеклотекстолитов на основе стеклотканей, а себестоимость их ниже на 20 %.

Стеклотекстолит на фенолоформальдегидном связующем (ти­па КАСТ) недостаточно вибропрочен, но зато по сравнению с обыч­ным текстолитом он более теплостоек и имеет более высокие электроизоляционные свойства. Стеклотекстолита на основе кремнийорганических смол (СТК, СК-9Ф, СК-9А) имеют относительно невысокую механическую прочность, но отличаются высокой теп­лостойкостью и морозостойкостью, обладают стойкостью к оки­слителям и другим химически активным реагентам, не вызывают коррозии металлов. Эпоксидные связующие (ЭД-8, ЭД-10) обе­спечивают стеклотекстолитам наиболее высокие механические свойства и позволяют изготовлять из них крупногабаритные де­тали. Стеклотекстолиты на основе ненасыщенных полиэфирных смол (ПН-1) также не требуют высокого давления при прессова­нии и применяются для изготовления крупногабаритных деталей.

Таким образом, стеклопластики являются конструкционными материалами, применяемыми для силовых изделий в различных отраслях техники: несущие детали летательных аппаратов, кузова и кабины автомашин, автоцистерны, железнодорожные вагоны, корпуса лодок, судов. Из стеклопластиков изготовляют корпуса машин, кожухи, защитные ограждения, вентиляционные трубы, контейнеры и др.

2.3  Газонаполненные пластмассы

Газонаполненные пластмассы представляют собой гете­рогенные дисперсные системы, состоящие из твердой и газообраз­ной фаз. Структура таких пластмасс образована твердым, реже
эластичным полимером — связующим, которое образует стенки
элементарных ячеек или пор с распределенной в них газовой фа­
зой — наполнителем. Такая структура пластмасс обусловливает
некоторую общность их свойств, а именно — чрезвычайно малую
массу и высокие теплозвукоизоляционные характеристики. В зави­-
симости от физической структуры газонаполненные пластмассы
делят на пенопласты, поропласты и сотопласты.        

Полимерные связующие могут быть как термореактивными, так и термопластичными. Для термопластичных пенопластов наиболее  опасны температуры, близкие к температуре текучести, когда значительно снижается прочность материала и избыточное давление газа внутри ячеек может разрушить пенопласт. Для получе­ния эластичных материалов вводят пластификаторы.

Пенопласты — материалы с ячеистой структурой, в которых газообразные наполнители изолированы друг от друга и от окру - жающей среды тонкими слоями полимерного связующего. Объем-нал масса пенопластов колеблется от 20 до 300 кг/м3. Замкнуто-ячеистая структура обеспечивает хорошую плавучесть и высокие теплоизоляционные свойства. Коэффициент теплопроводности низкий — от 0,003 до 0,007 Вт/(м-К). Прочность пенопластов невысока и зависит от плотности материала.

Наиболее распространенными термопластичными пенопла­стами являются пенополистирол (ПС) и пенополивинилхлорид (ПВХ), которые могут использоваться при температурах ±60 °C ненополистирол радиопрозрачен. Термореактивные на основе фенолоформальдегидной смолы (ФФ) и фенолокаучуковые (ФК) пенопласты работают до температуры 120—160 °С. Введением в их состав алюминиевой пудры (ФК-20-А-20) удается повысить рабочую температуру пенопласта до 200—250 °С. Термостоек и термостабилен пенопласт К-40 на кремнийорганическом связую­щей, который кратковременно выдерживает температуру 300 °С. Самовспенивающимися материалами являются пенополиуретан (ППУ) и пенополиэпоксиды (ПЭ), отличающиеся химической стой­костью, высокими электроизоляционными свойствами, низким водопоглощением.

Пенопласты применяют для теплоизоляции кабин, контейне­ров, приборов, холодильников, рефрижераторов, труб и т. п. Пенополиуретаны и пенополиэпоксиды используют для заливки деталей электронной аппаратуры. Широкое применение пено­пласты получили в строительстве и при производстве трудноза­топляемых изделий. Пенопласт, являясь легким заполнителем, повышает удельную прочность, жесткость и вибростойкость сило­вых элементов конструкций. Он используется в авиастроении, судостроении, на железнодорожном транспорте и т. д. Мягкие и эластичные пенопласты (типа поролона) применяют для амор­тизаторов, мягких сидений, губок.

Поропласты (губчатые материалы) с открытопористой струк­турой, вследствие чего присутствующие в них газообразные вклю­чения свободно сообщаются друг с другом и с окружающей атмо­сферой. Их кажущаяся плотность изменяется от 25—60 до 130— 500 кг/м3. Поропласты выпускаются эластичными, например ППУ-Э (на основе сложного полиэфира). На основе поливинилформалей выпускается поропласт ТПВФ, обладающий водопогло­щением 400—700 % за 2 ч.

Сотопласты изготовляют из тонких листовых материалов, которым придается вначале вид гофра, а затем листы гофра склеи­вают в виде пчелиных сот. Материалом для сотопластов служат различные ткани, которые пропитываются различным связующим (фенолоформальдегидным, полиимидным и др.) Сотопласты ис­пользуют как легкие заполнители в трехслойных панелях, состоя­щих из слоев сотопласта и приклееной к ним несущей обшивки. Такая конструкция обеспечивает высокую жесткость и предо­храняет от потери устойчивости. Для сотопластов характерны достаточно высокие теплоизоляционные, электроизоляционные свойства и радиопрозрачность.

Сотопласты применяют в виде заполнителей многослойных панелей в авиа - и судостроении для несущих конструкций; при создании наружной теплозащиты и теплоизоляции космических кораблей; в антенных обтекателях самолетов и др. Сотопласты из полиэтилентерефталатной пленки находят применение для тепло­изоляции сосудов в криогенной технике.

2.4 Экономическая эффективность применения пластмасс

Целесообразность применения пластмасс а конструк­циях машин часто диктуется техническими соображениями, но при этом весьма сушественную роль играет экономичность реше­ния. Иногда эффективность применения пластмасс не поддается денежной оценке (например, при улучшении условий труда, экономии остродефицитного материала, энергии и др.).

Применение пластмасс значительно сокращает капиталовло­жения, так как уменьшается трудоемкость проектных работ и по­требность в оборудовании. Экономичность применения пластмасс в производстве выражается в снижении себестоимости, массы и уменьшении затрат на материал (материалоемкости), уменьшении трудоемкости изготовления деталей из пластмасс по сравнению с металлическими (уменьшение величины зарплаты на единицу изделия); сокращения производственного цикла и сроков проек­тирования и освоения новых конструкций.

Экономичность применения пластмасс в эксплуатации выра­жается в снижении массы конструкции, уменьшении эксплуата­ционных затрат (на смазывание, ремонт и т. д.), повышении эксплуа­тационной надежности машин, расширении технических возмож­ностей работы конструкции и повышении ее технико-экономиче­ских параметров (грузоподъемности, КПД, срока службы и т. д.). Снижение материалоемкости конструкции и связанная с этим экономия металлов являются важнейшей народнохозяйственной  задачей.