Пластмассы

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Пластические массы (пластмассы) занимают особое место среди синтетических полимерных материалов. Некоторые из них обладают такими ценными свойствами: хорошей удельной прочностью, электроизоляционностью, теплозвукоизоляционностью, химической стойкостью и т.д.

Пластмассами (пластиками) называют искусственные материалы, получаемые на основе органических полимерных связующих веществ.

Основной компонент полимерного связующего - смола. От ее природы, реакционной способности, молекулярной массы и строения молекул зависят температура размягчения, растворимость, вязкость и конечные свойства связующего. Кроме смолы в состав связующего могут входить: катализаторы или инициаторы, которые вводятся в смолы в небольших количествах и способствуют их отверждению: пластификаторы, придающие полимеру запас пластичности и упругости; красители, которые окрашивают материал в нужный цвет; стабилизаторы, предотвращающие распад полимеров под действием светового излучения и повышенных температур.

Состав композиций разнообразен: простые пластмассы - это полимеры без добавок; сложные пластмассы - это смеси полимеров с различными добавками (наполнители, стабилизаторы, пластификаторы и т.д.).

Наполнители добавляют в количестве 40 - 70% (по массе) для повышения механических свойств, снижения стоимости и изменения других параметров. Наполнители - это органические и неорганические вещества в виде порошков (древесная мука, слюда, сажа, тальк, графит, SiO2, TiО2), волокон (хлопчатобумажные, стеклянные, асбестовые, полимерные), листов (бумага, ткани из различных волокон, древесный шпон).

Стабилизаторы - различные органические вещества, которые вводят в количестве нескольких процентов для сохранения структуры молекул и стабилизации свойств. Под влиянием окружающей среды происходит как разрыв молекул на части, так и соединение макромолекул друг с другом поперечными связями. Изменения исходной структуры макромолекул составляют сущность старения пластмасс, которое необратимо снижает прочность и долговечность изделий. Добавки стабилизаторов замедляют старение.

Пластификаторы добавляют в количестве 10 - 20% для уменьшения хрупкости и улучшения формуемости. Пластификаторами являются вещества, которые уменьшают межмолекулярное взаимодействие и хорошо совмещаются с полимерами. Часто пластификаторами служат эфиры, а иногда и полимеры с гибкими молекулами.

Специальные добавки - смазочные материалы, красители, добавки для уменьшения статических зарядов и горючести, для защиты от плесени, ускорители и замедлители отверждения и другие - служат для изменения или усиления какого - либо свойства.

Отвердители в количестве нескольких процентов добавляют к термореактивным пластмассам для отверждения. При этом между макромолекулами возникают поперечные связи, а молекулы отвердителя встраиваются в общую молекулярную сетку. В качестве отвердителей используют органические перекиси и другие вещества, серу (в резинах).

КЛАССИФИКАЦИЯ ПЛАСТМАСС

В зависимости от пластической деформации при нагреве различают термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты) пластмассы.

Пластмассы бывают с порошкообразными, волокнистыми и слоистыми наполнителями, а также без наполнителей.

По диэлектрическим свойствам пластмассы подразделяются на полярные и неполярные.

Пластмассы, состоящие из связующего вещества без наполнителя или с порошкообразным наполнителем, называют по роду связующего вещества с добавлением окончания “пласт”: фенопласты, аминопласты, анилинопласты, этиленопласты, фторопласты, стиропласты, винипласты, силикопласты, эпоксипласты и др.

Пластмассы со слоистыми наполнителями, физико-механические свойства которых определяются свойствами наполнителя, называют по роду наполнителя: текстолиты, стеклотекстолиты, асботекстолиты, гетинаксы, асболиты, древесно-слоистые пластмассы.

Пластмассы с волокнистыми наполнителями называют также по роду наполнителя: волокниты, стекловолокниты, асбоволокниты, тексто-, бумаго-, древоволокниты.

По физико-механическим свойствам при обычной температуре пластики подразделяются на:

1. жесткие, являющиеся твердыми упругими веществами с высоким модулем упругости и малым удлинением при разрыве, сохраняющие форму при внешних напряжениях в условиях обычных или повышенных температур;

2. полужесткие, являющиеся твердыми упругими веществами со средним модулем упругости, высоким относительным и остаточным удлинением при разрыве;

3. мягкие, являющиеся мягкими и эластичными веществами с низким модулем упругости, высоким относительным удлинением и малым остаточным удлинением;

4. мягкие и эластичные, являющиеся мягкими и эластичными веществами с низким модулем упругости, поддающиеся значительным обратимым деформациям при растяжении - пластикаты (листы, ленты).

Пластмассы с наполнителем или без наполнителей выпускаются в виде пресспорошков (для прессования), литьевых масс (для литья), листовых материалов (для механической обработки, штамповки, выдавливания), тонких пленок (толщиной до 0,5 мм).

Пластмассы с пористой и ячеистой структурой подразделяются на пенопласты и поропласты.

В зависимости от назначения, пластмассы подразделяются на: конструкционные, фрикционные, антифрикционные, специальные, химически стойкие, электроизоляционные, прозрачные, тепло- и звукоизоляционные, уплотнительные (прокладочные) и декоративные.

Применение пластмасс как конструкционных материалов экономически целесообразно. По сравнению с металлами переработка пластмасс менее трудоемка, число операций в несколько раз меньше и отходов получается немного. Пластмассовые детали, как правило, не нуждаются в отделочных операциях.

Характерными особенностями пластмасс являются малая плотность (1 – 2 г/см³), а у пенопластов от 0,015 до 0,8 г/см³; высокая химическая стойкость, хорошие изоляционные свойства, невысокая теплопроводность (0,25 Вт/мּ°С) и значительное тепловое расширение, в 10 - 30 раз больше, чем у обычных сталей. Преимущества пластмасс в сочетании с удобством переработки обеспечили их применение в машиностроении, несмотря на ограниченную теплостойкость, малую жесткость и небольшую вязкость по сравнению с металлами.

ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ ПЛАСТМАССЫ

В основе термопластичных пластмасс лежат полимеры линейной или разветвленной структуры, иногда в состав полимеров вводят пластификаторы. Термопласты имеют ограниченную рабочую температуру, свыше 60 - 70°С начинается резкое снижение физико-механических свойств. Более теплостойкие структуры могут работать до 150 - 250°С, а термостойкие с жесткими цепями и циклические структуры устойчивы до 400 - 600°С.

При длительном статическом нагружении появляется вынужденно эластическая деформация и прочность понижается. С увеличением скорости деформирования не успевает развиваться высокоэластическая деформация и появляется жесткость, иногда даже хрупкое разрушение. Более прочными и жесткими являются кристаллические полимеры. Предел прочности термопластов составляет 10 - 100 МПа. Они хорошо сопротивляются усталости, их долговечность выше, чем у металлов. Предел выносливости составляет 0,2 - 0,3 предела прочности. При частотах нагружения свыше 20 Гц происходят разогрев металла и уменьшение прочности. Термопласты делят на полярные и неполярные.

Неполярные термопластичные пластмассы. К ним относится полиэтилен, полипропилен, полистирол и фторопласт-4.

Полиэтилен (-СН2-СН2-)n по плотности подразделяется на полиэтилен низкой плотности, получаемый в процессе полимеризации при высоком давлении (ПЭВД), содержащий 55 - 65% кристаллической фазы, и полиэтилен высокой плотности, получаемый при низком давлении (ПЭНД), имеющий кристалличность до 74 - 95%.

Чем выше плотность и кристалличность полиэтилена тем выше прочность и теплостойкость материала. Длительно полиэтилен можно применять при температуре до 60 - 100 °С. Морозостойкость достигает -70°С и выше. Полиэтилен химически стоек при комнатной температуре и нерастворим ни в одном из известных растворителей.

Недостатком полиэтилена является его подверженность старению. Под действием ионизирующего излучения полиэтилен твердеет: приобретает большую прочность и теплостойкость.

Полиэтилен применяют для изготовления труб, литых и прессованных несиловых деталей, пленок, они служат покрытием на металлах для защиты от коррозии, влаги, электрического тока.

Сополимеры этилена (с пропиленом - СЭП; с винилацетатом - “сэвилен”, “миравитен” (ФРГ); с бутеном - I-СЭБ). Эти материалы имеют меньшую степень кристалличности, повышенную гибкость, ударную прочность, прозрачность, стойкость к низким температурам и стойкость к растрескиванию, свариваемость. Применяют для литых изделий, труб, гибких шлангов, пленок и др.

Полипропилен (-СН2-СНСН3-)n жесткий нетоксичный материал с высокими физико-механическими свойствами. По сравнению с полиэтиленом этот пластик более теплостоек: сохраняет форму до температуры 150°С. Полипропиленовые пленки прочны и более газонепроницаемы, чем полиэтиленовые, а волокна эластичнее, прочны и химически стойки. Применяют пропилен для изготовления труб, конструкционных деталей автомобилей, мотоциклов, холодильников, корпусов насосов, различных емкостей насосов и др. Пленки используются в тех же целях, что и полиэтиленовые.

Полистирол (-СН2-СНС6Н5-)n - твердый, жесткий, прозрачный, аморфный полимер. Удобен для механической обработки, хорошо окрашивается, растворим в бензоле, Полистирол более стоек к действию ионизирующего излучения по сравнению с другими термопластами.

Недостатком полистирола является его низкая теплостойкость, склонность к старению, образованию трещин.

Из полистирола изготовляют изделия для радиотехники, телевидения и приборов, детали машин, сосуды для воды и химикатов, пленки для электроизоляции, а АБС-пластики применяют для деталей автомобилей, телевизоров, лодок, труб и т.д.

Фторопласт-4 (фторлон-4) - (-СF2-СF2-)n является аморфно-кристаллическим полимером. Стоек к действию растворителей, кислот, щелочей, окислителей. Практически он разрушается только под действием расплавленных щелочных металлов и элементарного фтора, кроме того, пластик не смачивается водой; малоустойчив к облучению. Это наиболее качественный диэлектрик, обладает очень низким коэффициентом трения, который не зависит от температуры.

Недостатками фторопласта-4 являются хладотекучесть (результат рекристаллизации), выделение токсичного фтора при высокой температуре и трудность его переработки (вследствие отсутствия пластичности).

Фторопласт-4 применяют для изготовления труб, вентилей, кранов, насосов, мембран, уплотнительных прокладок, электрорадиотехнических деталей, антифрикционных покрытий на металлах (подшипники, втулки).

Физико-механические свойства неполярных термопластичных пластмасс приведены в таблице 3.3.

Полярные термопластичные пластмассы. К ним относятся фторопласт-3, органическое стекло, поливинилхлорид, полиамиды, полиуретаны, полиэтилентерефталат, поликарбонат, полиарилаты, пентапласт, полиформаль дегид.

Фторопласт-3 (фторлон-3) - (-CF₂-CFCL-)n имеет кристалличность около 80 - 85%, а закаленный 30 -40%. Интервал рабочих температур от - 105 до 70°С. При температуре 315°С начинается термическое разрушение.

Фторопласт-3 используют как низкочастотный диэлектрик, кроме того, из него изготавливают трубы, шланги, клапаны, насосы, защитные покрытия металлов и др.

Органическое стекло - прозрачный аморфный термопласт. Материал более чем в два раза легче аморфных стекол (1180 кг/м³), отличается высокой атмосферостойкостью, оптически прозрачен (светопрозрачность 92%), пропускает 75% ультрафиолетового излучения (силикатные - 0,5%). При температуре 80°С начинает размягчаться; при температуре 105 - 150°С появляется пластичность, что позволяет формовать из него различные детали.

Органическое стекло стойко к действию разбавленных кислот и щелочей, углеводородных топлив и смазочных материалов.

Недостатком органического стекла является невысокая поверхностная твердость. Органическое стекло используют в самоле-

тостроении, автомобилестроении. Из него изготовляют светотехни-

ческие детали, оптические линзы и др. На основе полиметилметакрилата получают самоотверждающиеся пластмассы: АСТ, стикрил, АКР. Указанные материалы применяют для изготовления штампов, литейных моделей и абразивного инструмента.

Поливинихлорид является аморфным полимером с формулой

(-СН2-СНСL-)n. Пластмассы имеют хорошие электроизоляционные характеристики, стойки к химикатам, не поддерживают горение, атмосферостойки.

Полиамиды - это группа пластмасс с известными названиями: капрон, нейлон, анид и др. Они имеют низкий коэффициент трения (f<0,05), продолжительное время могут работать на истирание; кроме того, полиамиды ударопрочны и способны поглощать вибрацию. Стойки к щелочам, бензину, спирту; устойчивы в тропических условиях.

К недостаткам полиамидов относится некоторая гигроскопичность и подверженность старению вследствие окисляемости при переработке (рис.3.5).

Из полиамидов изготавливают шестерни, втулки, подшипники, болты, гайки и др. Полиамиды используют в электротехнической промышленности, медицине и, кроме того, как антифрикционные покрытия металлов. На рисунке 3.6 и 3.7 показаны зависимости прочности некоторых термопластов от температуры и времени нагружения.

Полиуретаны - (-NH-COO-). Им присуща высокая морозостойкость (до -70°С). Верхний температурный предел составляет

Рисунок 3.5 – Коэффициенты изменения электрических свойств капрона

Кσ и Кε в процессе старения при различных

температурах

120 - 170°С. Свойства полиуретанов в основном близки к свойствам полиамидов. Из полиуретана вырабатывают пленочные материалы и волокна, которые малогигроскопичны и химически стойки.

Полиэтилетерефтарат - сложный полиэфир - в СНГ выпускается под названием лавсан, за рубежом - майлар, терилен. Является кристаллическим полимером. Является диэлектриком и обладает сравнительно высокой химичес- кой стойкостью, устойчив в условиях тропического климата. Из него изготовляют шестерни, кронштейны, канаты, ремни, ткани, пленки, волокна и т.д.

Поликарбонат - сложный полиэфир угольной кислоты - выпускается под названием дифлон. Это кристаллический полимер, которому при плавлении и последующем охлаждении можно придать аморфную структуру. Такой материал становится прозрачным

Рисунок 3.6 – Зависимость прочности термопластов от

температуры:

1 – полиэтилен; 2 – полихлорвинил;

3 – фторопласт-4; 4 – полиимид;

5 – полиамид

Рисунок 3.7 – Зависимость прочности термопластов

от времени нагружения:

1 – полистирол; 2 – АБС;

3 – поливинилхлорид; 4 – органическое стекло

и стеклообразным. Этому материалу присуща гибкость и одновременно жесткость и прочность. При длительном нагреве, вплоть до температуры размягчения, образцы сохраняют свои размеры и остаются эластичными при низких температурах. Химически стоек. Из поликарбоната изготавливают шестерни, подшипники, автодетали, радиодетали и т.д. Его можно использовать в криогенной технике для работы в среде жидких газов. Дифлон применяется также в виде гибких, прочных пленок.

Полиарилаты - сложные гетероцепные полиэфиры. Им присуща высокая термическая стойкость и морозостойкость (до -100°С), хорошие показатели прочности и антифрикционные свойства; радиационностойкие и химическистойкие. Применяются для подшипников, работающих в высоком вакууме без использования смазочного материала, в качестве уплотнительных материалов в буровой технике.

Пентапласт относится к медленно кристаллизующимся полимерам. Он хорошо формуется, нехладотекуч, стоек к истиранию. Водостоек, обладает удовлетворительными электроизоляционными свойствами. Из пентапласта изготовляют трубы, клапаны, детали насосов и точных приборов, емкости, пленки и защитные покрытия на металлах.

Полиформальдегид - простой полиэфир - линейный полимер (-СН2-О-)n. Повышенная кристалличность (75%) и чрезвычайно плотная упаковка кристаллов дают сочетание таких свойств, как жесткость и твердость, высокая ударная вязкость и упругость. Температурный интервал применения полимера от -40 до 130°С; он водостоек, стоек к минеральным маслам и бензину. Его используют для изготовления зубчатых передач, шестерен, подшипников, деталей автомобилей, конвейеров и т.д.

Физико-механические свойства полярных термопластов приведены в таблице 3.4.

К отдельной группе термопластичных пластмасс относятся термостойкие пластики. Температура эксплуатации их до 400°С. Практический интерес представляют ароматические полиамиды (морозостойки, имеют повышенную стойкость к радиации, применяют для изготовления подшипников, зубчатых колес, деталей электрорадиопередач; из него получают пленки, волокна, бумагу). Полиамиды в зависимости от структуры могут быть термопластичными и термореактивными. Эти материалы отличаются высокими механическими и электроизоляционными свойствами, широким диапазоном рабочих температур (от -200 до 300°С), стойкостью к радиации. Полиамидные прессматериалы используют для изготовления деталей конструкционного, антифрикционного и электроизоляционного назначения. Полиамидные связующие применяют для наполненных пластиков.

Рассмотрев свойства различных видов термопластичных пластиков, можно обобщить основные особенности механических свойств термопластов:

1. Зависимость от температуры. При нагреве уменьшается прочность, пластмассы становятся более вязкими и склонными к ползучести. При охлаждении ниже 25°С прочность растет, но одновременно увеличиваются хрупкость и чувствительность к надрезам.

2. Зависимость от длительности нагружения. При длительном действии нагрузки уменьшается прочность, появляется остаточная деформация.

3. Зависимость от скорости деформирования. При увеличении скорости деформирования повышается жесткость пластмасс и возрастает склонность к хрупкому разрушению.

4. Зависимость от структуры. Пластмассы с ориентированной молекулярной структурой анизотропны. Вытяжка термопластов в 2 - 4 раза увеличивает их прочность вдвое.

ТЕРМОРЕАКТИВНЫЕ ПЛАСТМАССЫ

Термореактивные пластмассы (реактопласты) получают на основе эпоксидных, полиэфирных, полиуретановых, фенолформальдегидных и кремнийорганических полимеров. Пластмассы применяют в отвержденном виде; они имеют сетчатую структуру и поэтому при нагреве не размягчаются, устойчивы против старения и не взаимодействуют с топливом и смазочными материалами.

Таблица 3.4 – Физико – механические свойства полярных

термопластов

Материал

Плотность, г/см^3

Рабочая температура, ˚С

Предел прочности, МПа

максимальная

минимальная

При растяжении

При сжатии

При изгибе

Фторопласт-3

2,09-2,16

-195

30 - 45

-

60 – 80

Органическое стекло

1,2

63 – 100

100 - 105

90 – 120

Поливинилхлорид

1,4

65-80

-10 – -40

40 – 120

80 – 160

40 – 120

Полиамиды

1,1-1,14

60-110

-20 – -60

38 – 60

-

35 – 70

Поликарбонат, дифлон

1,2

130-140

-100 – -135

-

24 – 120

Полиарилат

1,2

155-250

-100

55 – 120

105 – 145

100 – 125

Пентапласт

1,4

80 – 110

-

-

Полиформальдегид стабилизированный

1,14-1,4

-40 – -60

20 - 55

85 - 95

60 - 85

Материал

Относительное удлинение при разрыве, %

Ударная вязкость, кДж/м^2

Модуль упругости, МПа

Твердость по Бринелю, МПа

Коэффициент трения по стали

Фторопласт-3

20 – 200

20 –160

-

100 – 130

0,04

Органическое стекло

2,5 – 20

8 – 18

2900 – 4160

10 – 300

-

Поливинилхлорид

5 – 100

70 – 80

2600 – 3000

10 – 160

-

Полиамиды

70 – 280

80 – 125

1200 – 1500

74 – 150

0,26 – 0,32

Поликарбонат, дифлон

-

-

80 – 160

0,23 – 0,38

Полиарилат

15 – 20

-

0,05 – 0,08

Пентапласт

5 - 10

12 – 16

-

-

-

Полиформальдегид стабилизированный

10 - 40

24 - 140

-

110 - 140

0,10 – 0,30

Термореактивные пластмассы нерастворимы, способны лишь набухать в отдельных растворителях, водостойки и поглощают не более 0,1 - 0,5% Н2О.

Все полимеры при отверждении дают усадку; она минимальна у эпоксидных полимеров (0,5 - 2%) и особенно велика у полиэфиров (~10%). Для уменьшения усадки и увеличения прочности используют наполнители и регулируют условия отверждения. Эти пластмассы пригодны для изготовления деталей больших размеров. Все термореактивные полимеры после отверждения имеют низкую ударную вязкость и поэтому используются с наполнителями.

В зависимости от формы частиц наполнителя термореактивные пластмассы можно разделить на следующие группы: порошковые, волокнистые и слоистые.

Пластмассы с порошковыми наполнителями. В качестве наполнителей применяют органические (древесная мука) и минеральные (молотый кварц, асбест, слюда, графит и др.) порошки.

Свойства порошковых пластмасс характеризуются изотропностью, невысокой механической прочностью и низкой ударной вязкостью, удовлетворительными электроизоляционными показателями. Их применяют для несиловых конструкционных и электроизоляционных деталей.

Композиции на основе эпоксидных смол широко применяют в машиностроении для изготовления различной инструментальной оснастки, вытяжных и формовочных штампов, корпусов станочных, сборочных и контрольных приспособлений, литейных моделей, копиров и другой оснастки. Их применяют для изготовления изношенных деталей и отливок.

Пластмассы с волокнистыми наполнителями. К этой группе пластмасс относятся волокниты, асбоволокниты, стекловолокниты.

Волокниты представляют собой композиции из волокнистого наполнителя в виде очесов хлопка, пропитанного фенолформальдегидным связующим. По сравнению с пресспорошками они имеют несколько повышенную ударную вязкость. Применяют для деталей общего технического назначения, работающих на изгиб и кручение (рукоятки, стойки, фланцы, направляющие втулки и т.д.).

Асбоволовниты содержат наполнителем асбест. Связующим служит в основном фенолформальдегидная смола. Преимуществом асбоволокнитов является повышенная теплостойкость (свыше 200°С), устойчивость к кислым средам и высокие фрикционные свойства. Их используют в качестве материала тормозных устройств.

Стекловолокниты - композиция, состоящая из синтетической смолы, являющейся связующим, и стекловолокнистого наполнителя. В качестве наполнителя применяют непрерывное или короткое волокно. Прочность стекловолокна резко возрастает с уменьшением его диаметра. Для практических целей используют волокно 5 - 20 мкм.

Неориентированные стекловолокниты содержат в качестве наполнителя короткое волокно. Это позволяет прессовать детали сложной формы, с металлической арматурой. Материал получается с изотропными прочностными характеристиками, намного более высокими, чем у пресс - порошков и даже волокнитов. Представителями такого материала являются стекловолокниты АГ-4В, а также ДСВ (дозирующиеся стекловолокниты), которые применяют для изготовления силовых электротехнических деталей, деталей машиностроения (золотники, уплотнители насосов и т.д.).

Ориентированные стекловолокниты имеют наполнитель в виде длинных волокон, располагающихся ориентированно отдельными прядями и тщательно склеивающимися связующим. Это обеспечивает более высокую прочность стеклопластика.

Стекловолокниты могут работать при температурах от - 60°С до 200°С, а также в тропических условиях, выдерживать большие инерционные нагрузки. Ионизирующее излучение мало влияет на их механические и электротехнические свойства. Из них изготовляют детали высокой точности, с арматурой и резьбой.

Более подробно виды стеклопластиков, их свойства и способы применения будут рассмотрены при изучении полимерных композиционных материалов.

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 карбомидных смол и различных сортов бумаги. По назначению гетинакс подразделяют на электротехнический и декоративный. Гетинакс можно применять при температуре 120 - 140°С. Он устойчив к действию химикатов, растворителей, 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 сопротивляется раскалыванию. В зависимости от назначения текстолиты делят на конструкционные (ПТК, ПТМ, ПТ), электротехнические, графитированные, гибкие прокладочные. Текстолит как конструкционный материал применяют для зубчатых колес; шестерни передач 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 невелика (80 - 90°С). Они применяются в прокатных станах, центробежных насосах, турбинах и др.

Древеснослоистые пластики (ДСП) состоят из тонких листов древесного шпона, пропитанных феноло- или крезольноформальдегидными смолами и спрессованных в виде листов и плит. ДСП 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 снижают шум. Подшипники из ДСП не образуют задиров на трущейся поверхности металлического вала. Недостатком ДСП является чувствительность к влаге (рис.3.8). 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.

Рисунок 3.8 – Водопоглощение (Вп) слоистых пластиков:

1 – древесно-слоистый пластик;

2 – текстолит; стеклопластик

Материал СВАМ представляет собой стекловлокнистый анизотропный материал, в котором стеклянные нити сразу по выходе из фильер склеиваются между собой в виде стеклянного шпона и затем укладываются, как в фанере. Связующие могут быть различными.

СВАМ - как конструкционный материал, обладает большой жесткостью и высокой ударной вязкостью. Длительно стеклопластики могут работать при температуре 200 - 400°С, однако кратковременно в течение нескольких десятков секунд стеклопластики выдерживают несколько тысяч градусов, являясь аблирующими теплозащитными материалами. Они применяются в авиационной и ракетной технике.

Рассмотренные выше термореактивные пластмассы можно отнести к полимерным композиционным материалам.

Физико-механические свойства термореактивных пластмасс приведены в таблице 3.5.

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 фазой - наполнителем. Такая структура пластмасс обуславливает некоторую общность их свойств, а именно - чрезвычайно малую массу и высокие теплозвукоизоляционные характеристики. В зависимости от физической

структуры газонаполненные пластмассы делят на пенопласты, поропласты и сотопласты.

Полимерные связующие могут быть как термореактивными, так и термопластичными. Для получения эластичных полимеров в состав вводят пластификаторы.

Пенопласты - материалы с ячеистой структурой, в которых газообразные наполнители изолированы друг от друга и от окружающей среды тонкими слоями полимерного связующего. Замкнуто - ячеистая структура обеспечивает хорошую плавучесть и высокие теплоизоляционные свойства. Коэффициент теплопроводности низкий - от 0,003 до 0,007 Вт/(мּК). Прочность пенопластов невелика и зависит от плотности материала.

Пенопласты применяют для теплоизоляции кабин, контейнеров, приборов, холодильников, рефрижераторов. 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.

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

Поропласты - губчатые материалы с открытопористой структурой, вследствие чего, присутствующие в ней газообразные включения свободно сообщаются друг с другом и с окружающей атмосферой. Поропласты выпускаются эластичными.

Дата добавления: 2014-01-11