Огневой В.Я. Машиностроительные материалы

Подождите немного. Документ загружается.

111

фторопласт-42В.

Политрифторхлорэтилен (фторопласт-3, фторлон-3) -

[—CF

—CFC1—]

- кристаллизующийся полимер со степенью

кристалличности до 85%, стойкий к действию кислот, окислителей,

растворов щелочей и органических растворителей, имеющий

морозостойкость до -195°С, обладающий меньшей хладотекучестью,

чем фторопласт-4, проявляющейся лишь при напряжениях 25...40

МПа, и меньшей допустимой температурой эксплуатации (до 125°С).

Растворяется фторопласт-3 в бензоле, толуоле и ксилоле при высоких

температурах. Материал перерабатывается литьем

под давлением,

экструзией и прессованием. Выпускают фторопласт-3 трех марок: А -

для пиролиза и получения смазок; Б - для суспензий, прессования и

экструзии; В - .для прессования.

Более высокую температуру эксплуатации (до 170°С) имеет

модифицированный фторопласт-ЗМ, который также более эластичен

и технологичен в переработке. По назначению он подразделяется на:

А - оптический, Б - общего

назначения, Э - для экструзии. Применяют

фторопласт-ЗМ и его модификации для низкочастотных

диэлектриков, труб, шлангов, фурнитуры, защитных покрытий.

Фторопласт-32 используют для производства пленок и изделий,

фторопласт-32Л — для термо- и влагостойких лакокрасочных

покрытий.

Полистирол - [—CH

—СНС

Н—]

представляет собой твердый,

жесткий, прозрачный, аморфный, карбоцепной полимер

жирноароматического ряда, обладающий хорошими диэлектриче-

скими свойствами, стойкий к щелочам и кислотам. Он растворим в

неполярных растворителях и нерастворим в спиртах, бензине, маслах,

воде, хорошо окрашивается и склеивается. Из термопластов

полистирол наиболее стоек к радиационному воздействию. Однако он

обладает низкими теплостойкостью и

ударной вязкостью.

Применяется полистирол, в основном, для изготовления деталей

теле- и радиотехники, приборов, различной фурнитуры, сосудов для

химикатов, электроизоляционной пленки, деталей ширпотреба.

В зависимости от метода полимеризации различают полистирол,

полученный методом блочной полимеризации (ПСМД и ПСМ),

суспензионным (ПСС и ПССП) и эмульсионным (ПСЭ-1, ПСЭ-2)

методами. ПСЭ-1 используется для производства пенопластов, ПСМД

112

- для электроизоляционных и технических изделий, ПСЭ-2, ПСМ,

ПСС, ПССП - общего назначения.

Выпускается также ударопрочный полистирол, представляющий

собой продукт сополимеризации стирола с каучуком или с

акрилонитрилбутадиеном (АБС-пластик). Эти пластики имеют в 3...5

раз более высокую, по сравнению с полистиролом, ударную вязкость

(до 35...50 кДж/м

) и относительное удлинение при растяжении до

20%.

Для деталей светотехнического назначения используют со-

полимеры стирола с метилметакрилатом (МС). Сополимеры стирола с

нитрилом акриловой кислоты (МСН и МСН-Л) применяют для

изделий автомобильной, приборостроительной и радиотехнической

промышленности; МСН-Л — для крупногабаритных и тонкостенных

деталей. Перерабатываются эти материалы методом литья под

давлением.

Полиизобутилен

- [—С(СН

)

—CH

—]

- твердый полимер, по

эластичности близок к каучуку, обладает морозостойкостью до минус

74°С, хорошими диэлектрическими свойствами, стоек к старению,

действию слабых и концентрированных кислот (соляной, серной,

уксусной и др.), щелочей, перекисей. Однако он обладает

хладотекучестыо, из-за чего в ненаполненном виде практически не

применяется.

Смеси полиизобутилена с полиэтиленом и каучуками применяют

для электроизоляции подводных ультравысокочастотных кабелей и

проводов. Полиизобутилен, наполненный графитом, тальком,

асбестом, используют, как прокладочный и уплотнительный

антикоррозионный материал.

Полиметилметакрилат (органическое стекло, плексиглас) -

прозрачный аморфный полимер на основе сложных эфиров и

метакриловой кислоты. Он стоек к действию разбавленных кислот и

щелочей, углеводородных топлив и смазок, обладает высокой

атмосферостойкостью и оптической

прозрачностью

(светопрозрачность 92%), пропускает 75% ультрафиолетовых лучей

(силикатные стекла - 0,5%), морозостойкостью до минус 60°С,

растворяется в эфирах и ацетонах, в органических растворителях,

ароматических и хлорированных углеводородах.

Материал перерабатывается литьем под давлением, экструзией,

прессованием. Благодаря пластичности при температуре 105...150°С

113

из него можно формовать различные изделия методами пластического

деформирования.

Недостатками полиметилметакрилата являются невысокая

твердость и способность к "серебрению" - появлению сетки мелких

трещин, снижающих прозрачность стекол в результате старения.

Выпускают полиметилметакрилат марки ЛП, перерабатываемый

литьем под давлением, экструзией и прессованием, и литьевой марки

МС, а также сополимер с акрилонитрилом МСН-0. Применяются

эти

материалы для изготовления светотехнических изделий, оптических

линз, радиодеталей, деталей, стойких к бензину и маслам, и др. Для

изготовления штампов, литейных моделей, абразивного инструмента

используют самоотверждающиеся акриловые пластики ACT, АКР,

стирокрил.

Полиамиды (капрон, нейлон и др.) [—NH— —(CH

)—СО—]

кристаллизующиеся полимеры, обладающие хорошими

механическими свойствами, высокой износостойкостью. Они не

набухают в маслах и бензине, не растворяются во многих

растворителях, стойки к ударным нагрузкам и вибрациям, устойчивы

в тропических условиях. Однако полиамиды нестойки к растворам

минеральных кислот и окислителям, обладают некоторой

гигроскопичностью, при повышенных температурах растворяются в

муравьиной и уксусной

кислотах, в фенолах. Водопоглощение зависит

от количества амидных групп и структуры полимера и достигает 10...

12%. Снизить водопоглощение полиамидных деталей можно путем

термообработки их в горячем масле.

Полиамиды выпускаются в виде гранул белого и светло-желтого

цвета размером 2-5 мм марок ПА6, ПА12, ПА66, ПА610.

Перерабатываются они литьем под давлением и экструзией. Про-

изводятся также полиамиды, наполненные стекловолокном (30%) на

основе первичного и вторичного сырья, соответственно, КПС-30 и

КВС-30 и наполненные графитом, например, КГ-10 (10% графита) и

др.

Применяются полиамиды как конструкционные материалы для

изготовления зубчатых колес, звездочек цепных передач,

подшипников скольжения, колес центробежных насосов, уплотнений

и других деталей, а также для нанесения защитных покрытий.

Полиуретаны

- полимеры, содержащие в основной цепи

макромолекулы уретановые группы —NH—СО—О—. Кроме этого,

114

они могут содержать амидные, мочевинные, эфирные и др. группы.

Они обладают высокой эластичностью, морозостойкостью до минус

70°С, износостойкостью, устойчивы к действию разбавленных

органических и минеральных кислот, минеральных и органических

масел. Механическая прочность и эластичность полиуретанов зависит

от исходных компонентов, используемых для их получения.

Перерабатывают их литьем под давлением, прессованием и

экструзией.

Применяются эти материалы для изготовления уплотнительных

устройств, труб и шлангов, приготовления клеев для склеивания

металлов, стекол, керамики.

Поликарбонаты [—OROCOOR—]n - сложные полиэфиры

угольной кислоты (выпускаются под маркой дифлон). Это кри-

сталлизующиеся полимеры, которые в зависимости от технологии

переработки могут быть и аморфными. Поликарбонаты обладают

высокими механическими свойствами, стабильными в диапазоне

температур

от —135 до +140°С, высокой термо- и атмо-

сферостойкостью, стойки к воздействию растворов солей, разбав-

ленных кислот и щелочей, топлива и масел, тепловых ударов,

устойчивы в условиях тропического климата.

Выпускают поликарбонаты следующих марок: 1,3,5 - ста-

билизированный общего назначения; 2,4,6 - нестабилизированный

общего назначения; 7 - медицинский; 8 - светотехнический; 9 -

электротехнические пленки. Перерабатываются поликарбонаты

литьем под давлением и экструзией.

Из поликарбоната изготавливают

шестерни, подшипники, детали радиоаппаратуры, машин и аппаратов,

детали криогенной техники.

Полиарилаты [—OCRCOR'O—]

(где R – радикал

дикарбоновой кислоты, а R' – двухатомного фенола) - сложные

аморфные полиэфиры, хорошо растворимые в хлороформе,

трикрезоле, метиленхлориде. Они имеют высокие механические

свойства, тепло- и термостойки, сохраняют диэлектрические свойства

в широком диапазоне температур (от —100 до +170°С), устойчивы к

действию многих химических реагентов и ультрафиолетового

излучения, стойки к воздействию радиационного излучения, а

наполненные

твердыми смазками (графитом, дисульфидом молибдена

и др.) обладают хорошими антифрикционными свойствами.

Выпускаются полиарилаты типа Д-3, ДВ-105, ДВ-106, ДВ-342, ДВ-

115

343 в гранулах и предназначены для переработки литьем под давлени-

ем.

Применяются полиарилаты для изделий радиоэлектронной

техники, электротехники, приборостроения, нагруженных деталей

триботехнического назначения, в том числе работающих в глубоком

вакууме без смазки, уплотнений узлов буровой техники и др.

Пентапласт (пентон) [—ОСН

(СН

Сl)

—СН

—]n -

кристаллизующийся хлорированный простой полиэфир, по

прочностным свойствам близкий к поливинилхлориду, но свойства

его более стабильны вплоть до температуры 180°С. Он обладает

высокой водо-и химической стойкостью к истиранию.

Электроизоляционные свойства удовлетворительные.

Перерабатывается литьем под давлением, экструзией, вакуум- и

пневмоформованием, склеивается полярными клеями, хорошо

сваривается.

Применяется пентапласт для изготовления труб,

клапанов,

деталей насосов, емкостей и защитных покрытий.

Полиэтилентерефталат [—СН

—СН

—ОСО—С

—ОСО—

]

- кристаллизующийся сложный полиэфир, выпускаемый под на-

званием лавсан (за рубежом — терилен, майлар). Материал обладает

термостойкостью до 255°С и морозостойкостью до минус 70°С, ус-

тойчив к действию ультрафиолетовых и рентгеновских излучений,

негорюч. Пленки из полиэтилентерефталата легко металлизируются

алюминием, цинком, оловом и другими металлами, хорошо

свариваются ультразвуком и склеиваются полиэфирным лаком, в 10

раз прочнее полиэтиленовых и прочнее алюминиевой фольги равной

толщины, отличаются низкой газо- и паропроницаемостью, низким

водопоглощением.

Применяются эти материалы для теплостойкой изоляций

обмоток трансформаторов, электродвигателей, кабельной изоляции, в

качестве основы магнитофонных лент и кинопленок, деталей

радиоаппаратуры, конденсаторов и др.

Ароматический полиамид (фенилон) - линейный гетероцепной

кристаллизующийся полимер, обладающий высокими механическими

свойствами

: временное сопротивление 100...120 МПа, твердость ~ 300

НВ, ударная вязкость 20...50 кДж/м

. Материал имеет высокую

химическую стойкость, морозостойкость до минус 196°С, длительную

116

теплостойкость до 250°С, высокие износостойкость и усталостную

прочность.

Применяется фенилон для изготовления конструкционных

деталей машин, зубчатых колес, подшипников., деталей

электропередач и др.

Полиимиды — ароматические гетероциклические полимеры,

содержащие в цепи имидные циклы и ароматические ядра,

соединенные гибкими связями —О—, —СО—. В зависимости от

структуры они могут быть термопластичными и термореактивными.

Обладают

высокими механическими свойствами: временное

сопротивление до 90... 130 МПа, ударная вязкость до 6... 12 кДж/м

твердость 180...280 НВ, относительное удлинение при разрыве до

20%.

Полиимиды не растворяются в органических растворителях,

стойки к маслам, слабым кислотам и основаниям, однако

гидролизуются в щелочах и перегретом паре. Обладают высокой

термостойкостью и устойчивостью к радиационному воздействию,

хорошие диэлектрики, сохраняющие свои свойства в диапазоне

температур от -200 до 300°С. Полиимиды, наполненные твердыми

смазками

, обладают низким коэффициентом трения и высокой

износостойкостью, обеспечивают работоспособность изделий в

глубоком вакууме.

Применяются полиимиды для изготовления деталей

конструкционного назначения, электротехнических деталей,

подшипников скольжения, для электровакуумной тепловой изоляции.

Полиимидные связующие применяют для пропитки волокон и тканей

с целью получения композиционных материалов.

Полибензимидазолы - ароматические гетероциклические

полимеры, обладающие высокими механическими и диэлектриче

скими свойствами, термостойкостью и огнестойкостью. В зависи-

мости от структуры и химического состава они могут быть термо-

пластами и реактопластами. Сшитая структура образуется только при

введении сшивающих агентов. Термостойкость их зависит от

химической структуры, температура начала термоокислительной

деструкции на воздухе может составлять от 300 до 600°С.

Применяются полибензимидазолы для получения пленок,

волокон, тканей, используемых для изготовления летных и спе-

циальных костюмов, привязных авиаремней. В качестве связующего

117

используются для получения стеклопластиков для деталей авиа- и

ракетной техники, в качестве абляционных теплозащитных

материалов. Наполненные твердыми смазками композиты

используются для изготовления антифрикционных деталей.

2.2.2. Термореактивные полимеры

Феноло-формалъдегидные смолы представляют собой продукты

поликонденсации фенолов с формальдегидом. Выпускаются смолы

резольного и новолачного типа. Резольные смолы отверждаются

путем нагревания, новолачные -

при нагреве с отвердителем

(уротропином, б... 14% массы смолы). Феноло-формальдегидные

смолы обладают высокими атмосферо- и термостойкостью, хорошими

электроизоляционными свойствами, стойки к действию большинства

кислот, за исключением концентрированной серной кислоты и

кислот-окислителей (азотной, хромовой). Неотвержденные смолы

растворимы в фенолах и растворах едких щелочей, а также в

органических растворителях.

Эпоксидные смолы

- олигомеры или мономеры, содержащие в

молекуле не менее двух эпоксидных >С — С<

\ /

или глицидиловых —СН

—СН—СН

групп, способные превращаться

\ /

в полимеры пространственного строения. Отверждаются смолы

посредством отвердителей, в качестве которых могут использоваться

мономерные, олигомерные и полимерные соединения различных

классов.

Для холодного отверждения эпоксидных смол применяют в

качестве отвердителей алифатические полиамины (полиэтиленпо-

лиамин, гексаметилендиамин, 5...15% массы смолы). Длительность

отверждения 24 ч (степень отверждения до 70%). Для повышения

118

степени отверждения желательна термообработка при. температуре

60...120°С в течение 1,2...2 ч. Применяются для отверждения также

олигоаминоамиды, но в количестве 50...100% массы смолы.

Для горячего отверждения применяют ароматические ди- и

полиамины (15... 50% массы смолы). Отверждение проводят при

температуре 100...180°С в течение 1,6...4 ч. Прочность, химическая

стойкость и теплостойкость эпоксидных компаундов при горячем

отверждении выше, чем

при холодном. Используют в качестве

отвердителей также ангидриды дикарбоновых кислот и синтетические

смолы (феноло-формальдегидные, мочевино- и меламино-

формальдегидные и др.).

Эпоксидные смолы обладают высокой адгезией к металлам,

стеклу, керамике и другим материалам. Отвержденные смолы. имеют

хорошие диэлектрические свойства, высокую химическую стойкость,

исключая органические кислоты, кетоны и углеводороды, стойки к

воздействию радиоактивного излучения.

Кремнийорганические полимеры отличаются высокой

термостойкостью, стойкостью к воздействию агрессивных сред, хоро-

шими диэлектрическими свойствами, однако обладают невысокой

адгезией. Для повышения адгезионных свойств их модифицируют

эпоксидными, фенольными и полиэфирными смолами. Наиболее

широкое применение для производства композиционных материалов,

лаков, эмалей и клеев из кремнийорганических полимеров получили

полиорганосилоксаны.

Механические свойства

ряда отвержденных термореактивных

смол и кремнийорганических полимеров приведены в табл. 35.

Таблица 35

Свойства отвержденных термореактивных смол

Тип смолы

Марка

г/см

МПа

Феноло-

формальдегидная

Бакелит А

ВФТ

1,2

2,0

3,4

2,10

2,45

119

Эпоксифенольная

Полиэфирная

Кремний-

органическая

ФН

ЭФ32-301

ПН-1

К-9

К-93

1,25

1,2

1,1

1,21

1,6

1,5

5,0

0,61,

3,26

2,78

2,10

1,72

2,16

3.3. Технологии получения изделий

Для получения изделий из полимеров (полуфабрикатов и

деталей) применяется в настоящее время многообразие технологий,

основными из которых являются [21-23]: свободная заливка, литье

под давлением, прессование, вальцевание, литьевое прессование,

экструзия, экструзия с раздувом, вакуум-формование, ротационное

формование, каландрирование, напыление и другие. Ниже

описываются некоторые из них.

Литье под давлением применяют в основном для

получения

деталей сложной формы из термопластов. Исходным материалом

служат гранулы и таблетки, которые разогревают до полнлго

размягчения. Литьевая масса жидкотекучей консистенции подается в

обогреваемый цилиндр, откуда выдавливается поршнем через

литниковые каналы в охлаждаемые металлические формы. После

охлаждения и затвердевания изделия пресс-форма раскрывается и

тливки удаляются. Литники и заусенцы, образующиеся

в полости

разъема формы, обрубают и зачищают. Температура размягчения

литьевой массы зависит от марки полимера, давление в цилиндре 100-

150 МПа, температура формы 20-40

С. Шероховатость поверхности

изделий, получаемых литьем под давлением, достигает R

= 0,02-0,04

мкм. Для устранения внутренних напряжений и увеличения

однородности структуры отливки подвергают нормализации: нагреву

без доступа воздуха (обычно в минеральном масле) при 140-160

С в

течение 1,5-2 ч с последующим медленным охлаждением.

Прессование применяют для изготовления фасонных изделий из

реактопластов и отверждаемых термопластов. Исходным материалом

120

служат таблетки, гранулы, крошка; для изделий с порошковыми

наполнителями – пресс-порошки. Процесс осуществляют в

подогреваемых пресс-формах, состоящих из матрицы и пуансонов.

Прессование производится при повышенной температуре,

обеспечивающей отверждение материала. В матрицу засыпают

мерное количество предварительно подогретого пресс-материала,

после чего одним из пуансонов производят формование и подвергают

изделие кратковременной

выдержке под постоянным давлением, в

результате чего происходит отвеждение материала. После

отверждения пуансон отводят, а готовое изделие из полости матрицы

выталкивается вторым пуансоном. Режимы прессования обычно:

температура предварительного подогрева 130-180

С; температура

прессования 200-220

С; давление прессования 10-30 МПа;

продолжительность выдержки в матрице 15-30 с. Точность размеров

детали зависит от точности изготовления пресс-формы, точности

дозирования материала и от соблюдения режимов прессования.

Качество поверхности деталей высокое, шероховатость достигает R

0,080-0,160 мкм.

Экструзия и экструзия с раздувом. Экструзионное формование

применяют для изготовления из термопластов изделий большой

длины и различного сечения (прутки, шланги, пленки, фасонные

профили и др.). Процесс осуществляется на шнековых прессах

непрерывного действия (экструдерах). Обрабатываемый термопласт в

виде подготовленной смеси подается через загрузочный бункер в

обогреваемый цилиндр шнека, подхватывается лопастью

шнека (в

свою очередь подогреваемого) и перемещается вдоль цилиндра,

подвергаясь размягчению, перемешиванию и уплотнению. На

выходном торце цилиндра устанавливается фильера с отверстием,

соответствующем форме поперечного сечения изделия.

Отформованное изделие, выходящее из фильеры в виде бесконечного

прутка, охлаждается и режется на мерные куски. Метод экструзии

широко применяют для нанесения изолирующих оболочек

на

проводники, кабели и т.д. Проводники, подлежащие покрытию,

подаются через центральное отверстие в шнеке , а нанесение изоляции

на поверхность производится непосредственно в фильере.

Экструзия с раздувом заключается в том, что пустотелая

заготовка непосредственно после выхода из фильеры раздувается

сжатым воздухом или другим газом до необходимых размеров и