Газонаполненные пластмассы

Слоистые пластмассы.

Пластмассы с волокнистыми наполнителями.

Пластмассы с порошковыми наполнителями.

Общая характеристика состава и свойств термореактивных пластмасс.

Тема. ТЕРМОРЕАКТИВНЫЕ ПЛАСТМАССЫ.

ЛЕКЦИЯ 4

План лекции:

В качестве связующих веществ в этих пластмассах применяют термореактивные смолы, в которые иногда вводят пластификаторы, отвердители, ускорители или замедлители, растворители.

Основные требования к связующим веществам:

- высокая клеящая способность (адгезия);

- высокая теплостойкость,

- химическая стойкость,

- электроизоляционные свойства;

- простота технологической переработки;

- небольшая усадка;

- отсутствие токсичности (вредности);

- температурные коэффициенты линейного расширения связующего и наполнителя должны быть близки между собой.

В производстве пластмасс используют смолы:

- фенолформальдегидные,

- кремнийорганические,

- эпоксидные;

- непредельные полиэфиры и их различные модификации.

Более высокой адгезией к наполнителю обладают эпоксидные связующие, что позволяет получать армированные пластики с высокой механической прочностью.

Теплостойкость стеклопластиков при длительном нагреве составляет для: - кремнийорганических связующих – 260 – 370 ⁰С;

- фенолформальдеги260 ⁰ С;

- эпоксидных и непредельных полиэфиров до 200 ⁰ С;

- полиимидных -– 280 – 350 С;

Важным свойством непредельных полиэфиров и эпоксидных смол является способность к отверждению при повышенной и при нормальной температурах без выделения побочных продуктов и без усадки. Применяют для изготовления крупногабаритных изделий.

В зависимости от формы частиц наполнителя термореактивные пластмассы делят на группы: - порошковые, волокнистые и слоистые.

ПЛАСТМАССЫ С ПОРОШКОВЫМИ НАПОЛНИТЕЛЯМИ.

В качестве наполнителей применяют органические (древесная мука) и минеральные (молотый кварц, асбест, слюда, графит) порошки.

Свойства порошковых пластмасс: - изотропность, невыокая механическая прочность, низкая ударная вязкость, удовлетворительные электроизоляционные свойства.

ПРИМЕНЕНИЕ. Несиловые конструкционные и электроизоляционные детали.

Минеральные наполнители придают:

- водостойкость,

- химическую стойкость,

- повышенные электроизоляционные свойства. Устойчивость к тропическому климату

Композиции на основе эпоксидных смол применяют в машиностроении для изготовления различной оснастки, штампов, литейных моделей, копиров и другой оснастки. Их применяют для восстановления изношенных деталей и отливок.

ПЛАСТМАССЫ С ВОЛОКНИСТЫМИ НАПОЛНИТЕЛЯМИ.

К этой группе ПЛ. относятся: волокниты, асбоволокниты, стекловолокниты.

ВОЛОКНИТЫ. Это композиции из волокнистого наполнителя в виде очесов хлопка, пропитанного фенолформальдегидным связующим.

По сравнению с пресс-порошками они имеют несколько повышенную ударную вязкость.

ПРИМЕНЕНИЕ. Детали общего назначения, работающие на изгиб и кручение (рукоятки, стойки, фланцы, маховики, шкивы).

АСБОВОЛОКНИТЫ. Содержат наполнителем асбест. Связующее в основном – это фенолформальдегидная смола.

Преимуществом их является повышенная телостойкость (выше 200 ⁰ С), устойчивость к кислым средам и высокие фрикционные свойства.

ПРИМЕНЕНИЕ. Материал для тормозных колодок, фаолит получают кислотоупорные аппараты, ванны, трубы.

СТЕКЛОВОЛОКНИТЫ. Это композиция, состоящая из синтетической смолы – связующее и стекловолокна – наполнитель. Волокно может быть непрерывным или коротким.

Для практических целей используют волокно 5 – 20 мкм, прочностью 600- 3800 МПа и пластичностью 2 – 3,5 %.

Свойства зависят от содержания щелочи. Лучшие показатели у алюмоборосиликатного состава.

Неориентированные стекловолокниты содержат в качестве наполнителя короткое волокно. Это позволяет прессовать детали сложной формы, с металлической арматурой. Материал получается с изотропными прочностными намного более высокими, чем у пресс-порощков и волокнитов. Марки: АГ-4В, ДСВ (дозирующиеся стекловолокниты) и т.д. (силовые электротехнические детали).

Связующее – непредельные полиэфиры получают премиксы ПСК (пастообразные) и препреги АП и ППМ (на основе стеклянного мата) Препереги применяют для крупногабаритных изделий простых форм (кузова машин, лодки).

Ориентированные стекловолокниты имеют наполнитель в виде длинных волокон, располагающихся ориентированно отдельными прядями. Имеют высокую прочность. Рабочие температуры – 60 до 200⁰С, а так же в тропических условиях, выдерживать большие инерционные нагрузки. Ионизирующее излучение мало влияет на их свойства.

ПРИМЕНЕНИЕ. Детали высокой точности, с арматурой и резьбой.

СЛОИСТЫЕ ПЛАСТИКИ. Эти пластмассы- силовые конструкционные и в виде: листов, плит. Труб, заготовок, механически из них получают различные детали.

Гетинакс получается на основе модифицированных фенольных, анилиноформальдегидных. Карбамидных смол. И различных сортов бумаги.Различают гетинакс электротехнический и декоративный. Применяется при температуре 120-140 С.

Он устойчив к действию химикатов, растворителей, пищевых продуктов.

ПРИМЕНЕНИЕ. Внутрення облицовка пассажирских кабин самолетов, вагонов, кают, в строительстве.

ТЕКСТОЛИТ. Связующее термореактивные смолы, наполнитель – хлопчатобумажные ткани. Среди слоистых пластиков обладает наибольшей способностью поглощать вибарционные нагрузки, хорошо сопротивляется раскалыванию. В зависимости от назначения их делят на конструкционные, электротехнические, графитовые. Гибкие прокладочные. Применение, зубчатые колеса, шестеренные передачи, текстолитовые вкладыши подшипников служат в 10-15 раз больше бронзовых.

ДРЕВЕСНОСЛОИСТЫЕ ПЛАСТИКИ. (ДСП) состоят из тонкого древесного шпона, пропитанного фенол и крезолоноформальдегидными смолами и спрессованными в виде плит и листов. Имеют высокие физико-механические свойства, низкий коэффициент трения. Могут заменять текстолит и цветные металлы. Шестерни, подшипники, шкивы, втулки.

АСБОТЕКСТОЛИТ содержит 38-43 %связующего, остальное асбестовая ткань. Он является конструкционным, фрикционным и термоизоляционным материалом. Наиболее высокой теплостойкостью обладает материал на кремнийорганическом связующем (300 ⁰ С); механическая прочность выше у фенольных асбопластиков.

ПРИМЕНЕНИЕ. Изготавливают лопатки ротационных бензонасосов, фрикционные диски, тормозные колодки.

СТЕКЛОТЕКСТОЛИТЫ. Наполнителем используют стеклянные ткани.

На основе нетканых ориентированных материалов (нити в них не прогибаются) получают стеклотекстолиты (ВПР-10). Их себестоимость (при тех же показателях) ниже на 20 %, чем у стеклотекстолитов на основе стеклотканей.

Стеклотекстолит на фенолформальдегидном связующем (КАСТ) недостаточно вибропрочен, но более теплостоек и имеет более высокие электроизоляционные свойства, чем обычный.

Стеклотекстолит 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.

Стеклотекстолиты на основе эпоксидных связующих (ЭД-8, ЭД-10) имеют наиболее высокие механические свойства. Из них изготавливают крупногабаритные детали.

МАТЕРИАЛ СВАМ – это стекловолокнистый анизотропный материал. Нити сразу при выходе из фильер склеиваются между собой в виде стеклянного шпона и затем укладываются как в фанере. Связующие могут быть различными.

При соотношении продольных и поперечных слоев 10:1 прочность 850 – 950 МПа и Е= 58 000 МПа. Это характеризует этот материал как очень жесткий с высокой ударной вязкостью.

Механические свойства стеклопластиков зависят от угла между направлением растягивающей силы и направлением армирующих волокон.

Особенностью стеклопластиков является неоднородность механических свойств (разброс показателей достигает 7 –15 %), что обусловлено различными факторами: составом, структурой, технологией.

Степень анизотропии прочности на разрыв для стеклопластиков достигает 2-10, что выше, чем у металлов.

Анизотропия упругих свойств выражена слабее, чем анизотропия прочностных.

Мех.свойства стеклопластиков зависят от температуры, с ее повышением прочность снижается.

Длительно стеклопластики работают при 200 – 400 ⁰ С, кратковременно (несколько десятков секунд) выдерживают 1000 ⁰ С. Они являются аблирующими, теплозащитными материалами. Применяются в авиационной и ракетной технике.

Лучшие свойства имеют материалы на основе эпоксидных и фенолформальдегидных смол. Работоспособность стеклопластиков выше, чем у металлов, по удельной жесткости (Е/р) они не уступают сталям, алюминиевым сплавам, титану, а по удельной прочности () при растяжении превосходит металлы.

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

ГАЗОНАПОЛНЕННЫЕ ПЛАСТМАССЫ (ГНП).

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:

ü черезвычайно малую массу;

ü высокие теплозвукоизоляционные характеристики.

В зависимости от физической структуры ГНП делят на:

ü пенопласты;

ü поропласты;

ü сотопласты.

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

ПЕНОПЛАСТЫ – материалы с ячеистой структурой, в которых газообразные наполнители изолированы друг от друга и от окружающей среды тонкими слоями полимерного связующего. Объемная 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.

Термопластичные пенопласты: пенополистирол (ПС) и пенополивинилхлорид (ПВХ), которые могут использоваться при температуре+- 60 ⁰С; пенополистирол радиопрозрачен.

Термореактивные на основе фенолформальдегидной смолы (ФФ) и фенолкаучуковые (ФК) пенопласты работают до температуры 120 – 160⁰ С. Введением в их состав алюминиевой пудры (ФК-20-А-20) удается повысить рабочую температуру пенопласта до 200-250⁰ С.

Пенопласт (К-40) на кремнийорганическом связующем, который кратковременно выдерживает температуру 300⁰С является термостойким и термостабильным материалом.

Пенополиуретан (ППУ) и пенополиэпоксиды (ПЭ), отличаются химической стойкостью, высокими электроизоляционными свойствами, низким водопоглощением. Они являются самовспенивающимися материалами.

ПРИМЕНЕНИЕ. Пенопласты применяют для теплоизоляции (кабин, контейнеров, приборов, холодильников, труб), в строительстве и при производстве труднозатопляемых изделий. ППУ и ПЭ используют для заливки деталей электронной аппаратуры. Пенопласт является легким заполнителем, повышает удельную прочность, жесткость и вибростойкость силовых элементов конструкций. Он используется в авиастроении, судостроении, на железнодорожном транспорте. Мягкие и эластичные пенопласты (типа поролона) применяют для амортизаторов, мягких сидений, губок.

Поропласты (губчатые материалы) с открытопористой структорой (газообразные включения свободно сообщаются друг с другом и с окружающей средой).

Кажущаяся плотность изменяется от 25-60 до 130 – 500 кг/м³.

Поропласты выпускают эластичными (ППУ-Э) – основа сложный полиэфир. ТПВФ (основа поливинилформали), обладает водопоглощением 400-700 % за 2 ч.

Сотопласты изготовляют из тонких листовых материалов, которым придается вид гофра, а затем листы гофра склеивают в виде пчелиных сот. Материалом служат различные ткани, которые пропитываются связующими (фенолформальдегидным, полиимидным).

ПРИМЕНЕНИЕ. 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 применяются для теплоизоляции сосудов в криогенной технике.

Дата добавления: 2014-12-08