Неметаллические и композиционные материалы
Пластические массы
В качестве конструкционных материалов широко применяются синтетические полимерные материалы, производство которых с каждым годом растёт. Это объясняется тем, что их производство базируется на полимерах, получаемых из дешёвых и массовых источников сырья, таких как нефть, природный газ, уголь.
Главная особенность полимеров заключается в том, что они обладают рядом свойств, не присущих металлам, и могут служить хорошим дополнением к неметаллическим конструкционным материалам, либо быть их заменителями. Они с успехом заменяют цветные металлы и сплавы, используемые в узлах трения и в различных деталях механизмов.
Пластические массы среди полимерных материалов занимают первое место. Пластическими массами (пластмассами) называют материалы, изготовленные на основе природных (натуральный каучук, природные смолы) или синтетических (феноло-формальдегидная смола, полиэтилен, полистирол, эпоксидные смолы и др.) полимеров, способные приобретать заданную форму при нагревании под давлением и устойчиво сохранять её после охлаждения.
Высокопроизводительные методы изготовления деталей из пластмасс делают их экономически выгодными. Имеется широкая возможность изменения свойств пластмасс путём использования различных наполнителей.
Детали из пластмасс достаточно прочны, экономичны, декоративны, обладают хорошими изолирующими свойствами, повышенной коррозионной стойкостью, упругими свойствами.
|
|
|
Однако пластмассы имеют низкую теплостойкость и склонны к старению и ползучести.
Пластмассы делятся на:
– термопластичные, размягчающиеся при высоких температурах и допускающие повторную формовку, и
– термореактивные, которые в процессе изготовления под влиянием высокой температуры становятся неплавкими и поэтому не допускают повторной формовки.
Термопластичные пластмассы.
К термопластичным пластмассам относятся полиамиды, фторопласты, органическое стекло, полипропилен.
Полиамиды (наиболее распространёнными в промышленности являются капрон, нейлон, лавсан и полиамид 610) относятся к числу важнейших конструкционных материалов. Это связано с тем, что они обладают сочетанием высокой удельной прочности с высокой коррозионной стойкостью, электроизоляционными и антифрикционными свойствами, легко обрабатываются резанием.
Из них изготавливают подшипники скольжения, втулки, муфты, лопасти, медицинские инструменты. Подшипники и трущиеся детали из полиамидов способны работать без смазки.
В швейных машинах, в частности, из капрона (полиамид) изготовлены: вкладыш механизма нижнего движения ткани НД-09, НД-11, НД-12; заглушка устройства для намотки нити на шпульку УН-01, колпачок и опора механизма подъёма лапки с поддоном ПН-01, втулка, крышка корпуса фрикционного привода и др.
|
|
|
К недостаткам полиамидов относятся:
– низкая морозоустойчивость,
– значительнаязависимость от поглощения воды,
– резкое снижение прочности при температуре выше 100ºС.
Для придания полимерам требуемых свойств используют модификацию полимеров.
При хлорировании и фторировании полиэтилена получают фторопласт-3 и фторопласт-4. Они характеризуются высокими электроизоляционными свойствами, хорошей химической стойкостью и теплостойкостью, имеет высокие прочностные показатели, низкий коэффициент трения. Из них изготавливают упругие элементы (фторопласт-3), подшипники, не требующие смазки (фторопласт-4).
Органическое стекло обладает высокой механической прочностью, отсутствием хрупкости вплоть до температуры -60ºС; характеризуется хорошей светопрозрачностью видимых и ультрафиолетовых лучей. Оргстекло толщиной до 3см пропускает до 92% ультрафиолетовых лучей (силикатное – лишь 0,6…3%), большую часть инфракрасных лучей, до 75% видимой части света. Обладает хорошими диэлектрическими свойствами и стойкостью к старению в естественных условиях.
|
|
|
Используется в технике для защитных щитков на станках, ответственной аппаратуры, для остекления транспортных средств, для изготовления низкочастотных изоляторов и др.
Недостатком оргстекла является поверхностное растрескивание.
Фторопласт-4 характеризуется высокой химической стойкостью ко всем кислотам и щелочам, совершенно не поглощает воду, может работать в широком интервале температур (от -200 до + 260ºС), имеет самый низкий коэффициент трения.
Недостатки фторопласта-4 – невысокие механические свойства, интенсивная ползучесть при небольших нагрузках, разложение при нагреве выше температуры 415ºС
Преимуществами фотопласта-3 являются удовлетворительные технологические свойства и пониженная ползучесть. Интервал рабочих температур ниже, чем у фторопласта-4, несколько ниже химическая стойкость.
Сепараторы подшипников качения, изготовленные из фторопластов, позволяют увеличить продолжительность работы узлов трения в 2…4 раза в местах, труднодоступных для смазки.
Термореактивные пластмассы
Термореактивные пластмассы отличаются от термопластичных повышенной теплостойкостью, практически полным отсутствием ползучести под нагрузкой при обычных температурах, постоянством физико-механических свойств в интервале температур их эксплуатации.
|
|
|
Разнообразные пластмассы на основе фенолоальдегидных и фенолформальдегидных полимеров получили название фенопластов.
Ктермореактивным пластмассамотносятся фенопласты и слоистые пластики. Наполнителями в слоистых пластиках являются хлопчатобумажные ткани, бумага, асбестовые и стеклянные ткани, стеклотекстолитовый и древесный шпон. Соответственно слоистые пластики на их основе называются: текстолитом, гетинаксом, асботекстолитом и др.
Текстолиты широко используют для подшипников, шестерён, прокладочных колец. Подшипники из текстолита не требуют специальной смазки, для смазки можно использовать воду или водяную эмульсию. Из них изготавливают детали с повышенной прочностью и хорошими антифрикционными свойствами, гайки, зубчатые колёса, направляющие втулки, кулачки. Они находят применение там, где предъявляются повышенные требования по бесшумности и массе. Обрабатываемость механическими способами удовлетворительная.
Из текстолита, например, изготовлены мостик и планка синхронизатора СН-01 швейной машины класса 997, шестерня механизма для образования краеобмёточной строчки КС-01 швейной машины 1097 кл. и др.
Из стеклотекстолита КАСТ можно изготавливают практически любые конструкционные детали, так как он относится к материалам с наиболее высокой удельной прочностью. Однако он плохо обрабатывается механическими способами.
Из фенопластов 03-010-02 и Сп2-342-02 изготовляют детали с повышенной прочностью и хорошими антифрикционными свойствами (гайки, зубчатые колёса, направляющие втулки, кулачки).
Основные механические свойства некоторых пластмасс
Таблица
|
По- ка за- тель |
Значения показателя пластмасс | ||||||
|
термореактивные |
термопластичные | ||||||
|
03-010-02 | Текс- толит ПТК | Стекло- текстолит КАСТ | Фторо- пласт-3 | Полиамид 610 | Орга- ническое стекло | ||
| σи,МПа HB | 50 25 | 80…140 30 | 140 - | 11…14 3…4 | 80 14…15 | 95 18 | |
Резина
Резины получают из резиновых смесей, которые состоят из натурального или синтетического каучука, вулканизирующих веществ, ускорителей и активаторов вулканизации, наполнителей, пластификаторов, стабилизаторов.
В процессе вулканизации между макромолекулами каучука появляются поперечные связи, каучук превращается в резину, макромолекулы которой образуют пространственную сетку. При увеличении степени вулканизации изменяются физико-механические (твёрдость монотонно повышается, разрушающее напряжение при растяжении сначала увеличивается, а затем снижается) и электрические свойства резины, а также её набухаемость и газопроницаемость.
В качестве вулканизатора каучука чаще всего используют серу, содержащую незначительное количество примесей. Серу вводят в количестве 2…3%. Большое значение имеет растворимость серы, которая зависит от температуры, степени её измельчения, количества в резиновой смеси и от типа каучука.
Для сокращения продолжительности вулканизации и повышения физико-механических свойств резины используют ускорители вулканизации. Ускорители повышают реакционную способность вулканизирующих веществ и влияют на характер поперечных связей между макромолекулами. Эффективность действия ускорителей усиливается в присутствии активаторов вулканизации. В качестве ускорителей вулканизации используют специальные химические соединения (тиазолы и др.), в качестве активаторов – оксиды двухвалентных металлов (цинк, магний, кальций, кадмий) и другие химические соединения.
Наполнителями резин являются высокодисперсные неорганические или органические вещества, содержание которых в смеси составляет 10…25%. Наполнители изменяют механические характеристики резины, придают ей некоторые специфические свойства, облегчают переработку и снижают стоимость резины. Наполнители, улучшающие механические характеристики резин, называют активными, а наполнители, не изменяющие свойств резин или ухудшающие их в ряде случаев, – инертными. Активными наполнителями являются сажа, синтетический диоксид кремния, силикаты металлов и др. Например, введение сажи может повысить прочность резины при растяжении в 10 раз. К инертным наполнителям относятся мел, каолин и др.
Введение пластификаторов (2…10%) в каучуки облегчает их переработку, повышает пластичность резиновых смесей, способствует уменьшению разогрева при смешении смеси. В качестве пластификаторов используют нефтяные масла, парафины, нефтеполимерные смолы, канифоль, сосновую смолу и др.
В качестве стабилизаторов используют главным образом антиоксиданты – специальные химические соединения, повышающие устойчивость смесей к окисляющему действию кислорода.
По назначению резины можно разделить на следующиеосновные группы:
– резины общего назначения, применяемые при температурах от -50 до +150º С;
– теплостойкие резины, способные длительно эксплуатироваться при 150…200º С;
– морозостойкие резины, пригодные для длительной эксплуатации при температурах ниже -50º С;
– масло и бензостойкие резины;
– резины стойкие к действию различных химических сред (кислоты, щелочи и др.);
– электропроводящие резины;
– диэлектрические резины, используемые главным образом для изоляции кабелей;
– радиационно-стойкие резины.
Кроме того, различают резины вакуумные, вибро-, водо-, огне-, светостойкие, оптически активные, фрикционные, медицинские, пищевые и др.
Отличительной особенностью резин является их способность к большим обратимым (высокоэластическим) деформациям. В широком диапазоне температур резины практически несжимаемы. Температура стеклования их лежит в интервале от -110 до -40º С. Резины обладают высокой усталостной прочностью, износостойкостью, низкой газо- и влагопроницаемостью.
Резинотехнические изделия широко используют в машиностроении:
– резиновые кольца круглого сечения и резиновые манжеты применяют для уплотнения подвижных и неподвижных соединений в гидравлических, пневматических, топливных и смазочных устройствах;
– резинометаллические манжеты – для уплотнения валов;
– амортизаторы – для уменьшения динамических нагрузок в различных машинах;
– резиновые прокладки – для герметичности в самых разнообразных соединениях;
– конвейерные ленты, рукава и трубки – для перемещения материалов;
– клиноременные и плоские ремни – для передачи вращения;
– резиновые втулки – для эластичного соединения узлов машин;
– различные профили, шнуры, трубки – для уплотнения окон и дверей транспортных средств и т.д.
Композиционные материалы
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 356; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!