Материаловедение (стр. 4 из 4)
Все полимеры при отверждении дают усадку; она минимальна у эпоксидных полимеров (0,5-2%) и особенно велика у полиэфиров (~ 10%). Для уменьшения усадки и повышения прочности используют наполнители и регулируют условия отверждения. Отверждение эпоксидных и полиэфирных пластмасс не связано с выделением побочных веществ, поэтому при изготовлении изделий нет надобности в больших давлениях. Эти пластмассы пригодны для изделий больших размеров. Если при отверждении выделяются низкомолекулярные вещества (например, у фенопластов), то изделия получают под давлением во избежание образования вредной пористости и других дефектов. При переработке фенолоформальдегидных и некоторых других пластмасс необходимые давления велики – в пределах 10— 100 МПа, поэтому размеры изделий ограничены техническими возможностями прессового оборудования. Все термореактивные полимеры после отверждения имеют низкую ударную вязкость и поэтому используются с наполнителями.
Преимуществом наполненных термореактивных пластмасс является большая стабильность механических свойств и относительно малая зависимость от температуры, скорости деформировании и длительности действия нагрузки. Они более надежны, чем термопласты. При испытаниях на растяжение материалы разрушаются без пластического течении и образования шейки. Верхняя граница рабочих температур реактопластов определяется термической устойчивостью полимера или наполнителя (меньшей из двух). Несмотря на понижение прочности и жесткости при нагреве, термореактивные пластмассыимеют лучшую несущую способностьв рабочем интервале температур, и допустимые напряжения (15 — 40 МПа) для них выше, чем для термопластов. Важными преимуществами термореактивных пластмасс являются высокие с удельная жесткость E/(
g) и удельная прочность 
в /( g). По этим показателям механических свойств реактопласты со стеклянным волокном или тканями превосходят многие стали, сплавы титана и сплавы алюминия. Термореактивные порошковые пластмассы наиболее однородны по свойствам. Такие пластмассы хорошо прессуются и применяются для наиболее сложных по форме изделий. Недостаток порошковых пластмасс - пониженная ударная вязкость (табл. 4).Волокниты — это пластмассы, в которых наполнителем являются волокна. Они отличаются повышенной прочностью, а главное - ударной вязкостью. Благодаря волокнам ударная вязкость превышает 10 кДж/м2, а при использовании стеклянного волокна достигает 20-30 кДж/м2. Волокниты, наполненные асбестовым волокном, сочетают теплостойкость (до 200 °С) с высоким коэффициентом трения в паре со сталью и поэтому применяются в тормозных устройствах для обкладок и колодок. Изделия из волокнитов прессуют при повышенных давлениях. Из-за низкой текучести материала применение волокнитов ограничено изделиями простой формы.
Особую группу волокнитов образуют материалы с параллельно расположенными волокнами наполнителя. Такую структуру имеют изделия, полученные намоткой стеклянного волокна. Ориентация волокон служит причиной анизотропии. Вдоль волокон прочность максимальна, а в поперечном направлении — минимальна.
Слоистые пластики представляют собой группу самых прочных и универсальных по применению конструкционных пластмасс. Листовые наполнители, уложенные слоями, придают материалам анизотропность.
Свойства слоистых пластиков зависят от вида полимера, наполнителя, способа укладки листов и объемного соотношения между полимером и наполнителем. По виду наполнителя слоистые пластики разделяются на следующие виды: текстолиты-материалы с хлопчатобумажными тканями; гетинаксы - с бумагой; древеснослоистые пластики - с древесным шпоном; стеклотекстолиты - с тканями из стеклянного волокна. Наименее прочными являются гетинаксы, максимальную прочность имеют стеклотекстолиты. Из всех слоистых плавиков текстолиты отличаются самым прочным сцеплением между полимером и наполнителем и лучше поглощают вибрацию.
Таблица 4. Свойства термореактивных пластмасс
| Материал | в, МПа |  , % |  кДж/м2 | Максимальная температура эксплуатации (без нагрузки),°С |
| Термормореактивные полимеры без наполнителей: | ||||
| фенолоформальдегидные | 15-35 |  | Менее 1 | 200 |
| полиэфирные | 42-70 | 95-120 | ||
| эпоксидные | 28-70 | 150-175 | ||
| кремнийорганические | 22-42 | 350 | ||
| Порошковые пластмассы | 30-60 | 1-3 | 0,5-5 | 100-200 |
| Волокниты | 30-90 | 1-3 | 10-20 | 120-200 |
| Гетинаксы | 60-70 | — | 4-5 | 125 |
| Текстолиты | 65-100 | 1-3 | 20-35 | 90-105 |
| Стеклотекстолиты | 200-600 | 1-3 | 50-200 | 200-400 |
| Пористые пластмассы | 0,5-2,5 | - | Около 1 | - |
| * По ГОСТ 4647-80. | ||||
Обычно слоистый пластик содержит около 50% полимера; при меньшем его созержании материал более экономичен, но зато менее прочен и неводостоек.
Способ укладки листов в слоистой пластмассе особенно важен, когда сами листы наполнителя неоднородны по структуре и свойствам. Для древесного шпона различие в прочности вдоль и поперек волокон общеизвестно. В тканях наибольшую однородность свойств
обеспечивает полотняное переплетение. Здесь нити основы и нити утка равномерно переплетены друг с другом. В кордной ткани, напротив, прочность максимальнавдоль нитей основы, а нити утка расположены редко и предназначены толькодля сплетения основы.
Стеклянное волокно не так эластично, и полимерное или хлопчатобумажное. Стеклоткань полотняного переплетения в стеклотекстолитах обеспечивает минимальную прочность, так как при частых перегибах волокна получается больше обрывов. Наивысшая прочность (правда в одном направлении) получается при укладке слоев стеклянного волокна в соотношении 10:1, т. е. в 10 слоях волокна имеют одинаковое направление, а в одиннадцатом - направление волоконизменяется на 90°. Предел прочноститакого материала 850-950 МПа. При укладке такого же наполнителя соотношении 1:1, т. е. направления волокон и соседних слоях перекрещиваются под углом лом 90°, прочность уменьшается вдвое. При любом способе укладки волокна или ткани материалы анизотропны и степень анизотропии составляет 2-10.
Гетинаксы в зависимости от свойств составляющих применяются как электроизоляционные или строительно-декоративные материалы для облицовки производственных помещений, салонов самолетов и т. п.
Текстолит используется для разнообразных средненагруженных трущихся деталей, включая зубчатые колеса я кулачки. Среди достоинств текстолита — сопротивление износу, отсутствие схватывания со стальными деталями.
Стеклотекстолиты сочетают малую плотность (1,6-1,9 т/м3) с высокой прочностью и жесткостью. Наивысшую прочность обеспечивает эпоксидная связка, а минимальную-кремнийорганические полимеры. Стеклотекстолиты по способности поглощать вибрации превосходят стали, сплавы титана и сплавы алюминия и поэтому имеют хорошую выносливость при переменных нагрузках. По тепловому расширению эти материалы близки к сталям. Нужно отметить, что минимальные значения прочности и жесткости проявляются в направлениях под углом 45° к волокнам.
При нагреве полимерная связка разупрочняется быстрее волокна, поэтому прочность на сжатие и на сдвиг снижается быстрее прочности на растяжение.
Слоистые пластики со стеклянным или полимерным волокном в течение десятков секунд выдерживают температуру свыше 3000 °С. В поверхностных слоях разрушается полимер, оплавляется наполнитель и образуется тугоплавкий кокс, который защищает более глубокие слои материала. Эта особенное п. лежит в основе применения пластмасс в качестве теплозащитных материалов.
Термореактивные полимеры используют в виде клеев, а также при изготовлении оболочковых форм для отливок, различной технологической оснастки, абразивного инструмента. Клеи представляют собой сложные смеси с порошковыми наполнителями, необходимыми для уменьшения теплового расширения. После отверждения тонкие клеевые пленки (0,05-0,25 мм) прочны на срез (тсреза = 10
20 МПа), обеспечивают герметичность соединения, не снижают прочность склеенных деталей и хорошо сопротивляются усталости. Максимальную прочность обеспечивают феноло-формальдегидные клеи, а тепло-стойкость - клеи на основе кремнийорганических полимеров. Склеивание применяют там, где клеевая пленка работает на срез; при приклеивании тормозных обкладок, фиксации болтов и шпилек, закреплении вкладышей подшипников и т. п.