Пластмассы и их основные компоненты. Сварка металлов и ее назначение (стр. 2 из 5)
Основные свойства пластмасс.
Синтетические материалы получают синтезом органических веществ. К таким материалам относятся пластмассы, пленки и волокна, резины, клеи, герметики, краски, лаки. Свойства синтетических материалов определяются физико-механическими показателями тех полимеров, из которых они получены. Все полимеры отличаются исключительно большими размерами молекул. Форма молекул полимеров может быть линейной (нитевидной) или сетчатой. Каждая молекула полимера (макромолекула) представляет собой совокупность звеньев какой-то одной определенной структуры, соединенных химическими связями. Часто макромолекулы представляют собой сочетание звеньев двух или трех различных типов структур. Такие полимеры называют совмещенными полимерами или сополимерами. Свойства сополимеров по их значениям бывают средними по сравнению со свойствами отдельных полимеров, составляющих данный сополимер. Сильнее выражены свойства того полимера, звеньев которого больше в макромолекулах сополимера.
Структура макромолекул
а) – линейная, б) – разветвленная, в) – сетчатая (сшитая).
Изделия из пластмасс при обычных условиях обычно представляют собой твердые и упругие тела.
Ассортимент применяемых в промышленности пластмасс весьма разнообразен. Для подавляющего большинства их характерны следующие положительные качества:
1) малая плотность полимерных материалов (1,1—1,8 г/см3), что позволяет значительно уменьшить массу машин при изготовлении их деталей из пластмасс;
2) химическая стойкость – пластмассы не подвержены коррозии, даже в агрессивных средах;
3) электроизоляционные свойства, позволяющие применять пластмассы в качестве диэлектриков, незаменимых в высокочастотных устройствах радиосвязи, телевидения и т. д.;
4) высокая удельная и абсолютная механическая прочность и возможность создания анизотропных материалов;
5) высокая технологичность – трудоемкость изготовления самых сложных деталей из пластмасс незначительна по сравнению с трудоемкостью изготовления деталей из других материалов;
6) наличие неограниченных ресурсов дешевого сырья.
В зависимости от вида пластмасс они могут обладать и другими полезными свойствами:
7) низким коэффициентом трения – некоторые виды пластмасс, например текстолит, ДСП (древеснослоистые пластики), капрон, капролон, успешно заменяют бронзу и баббит в подшипниковых узлах машин;
8) высоким коэффициентом трения в сочетании с износостойкостью — фенопласты с асбестовым наполнителем, пресскомпозиции на основе каучуков и другие виды специальных пластмасс с успехом заменяют в конструкциях транспортных и прочих машин чугун и дорогие сорта дерева;
9) прозрачностью – некоторые ненаполненные пластические массы, такие, как полиметилметакрилат (органическое стекло), полистирол и другие, способны пропускать лучи света в широком диапазоне волн, в том числе ультрафиолетовую часть спектра, значительно превосходя в этом отношении силикатные стекла; эти пластмассы широко применяют в оптической промышленности и машиностроении для изготовления прозрачных деталей – водомерных стекол, арматуры масляных и охлаждающих систем, линз смотровых отверстий и т. д.
Одновременно, с указанными достоинствами пластмассы обладают следующими недостатками:
1) низкой теплостойкостью – основные виды пластмасс могут удовлетворительно работать лишь в сравнительно небольшом интервале температур (от - 60 до +200 °С); для пластмасс на основе кремний органических полимеров, фурфурольных композиций и фторопластов верхний предел температур несколько выше: 300 - 400 °С;
2) низкой теплопроводностью, которая в 500 - 600 раз ниже теплопроводности металлов, что ограничивает их применение в узлах и деталях машин, где необходим быстрый отвод больших количеств теплоты;
3) низкой твердостью (НВ 6 - 60);
4) выраженным свойством ползучести, особенно ярко заметным у термопластов;
5) малой жесткостью – модуль упругости самых жестких пластмасс (стеклопластиков) на один-два порядка ниже, чем у металлов;
6) старением – свойства пластмасс со временем ухудшаются под действием температуры, влажности, света, воды.
Все это необходимо учитывать при конструировании деталей из пластмасс.
Компоненты, входящие в состав пластмасс
В большинстве своем пластмассы состоят из смолы, а также наполнителя, пластификатора, стабилизатора, красителя и других добавок, улучшающих технологические и эксплуатационные свойства пластмассы. Свойства полимеров могут быть в значительной степени улучшены и изменены, в зависимости от требований, предъявляемых различными отраслями техники, с помощью различных составляющих пластмассы.
Наполнители служат для улучшения физико-механических, диэлектрических, фрикционных или антифрикционных свойств, повышения теплостойкости, уменьшения усадки, а также для снижения стоимости пластмасс. Наполнители бывают органические и неорганические. Органическими наполнителями являются древесная мука, хлопковые очесы, целлюлоза, бумага, хлопчатобумажная ткань, древесный шпон. В качестве неорганических наполнителей используют асбест, графит, стекловолокно, стеклоткань, слюду, кварц.
Используя как наполнитель древесную муку, получают порошкообразные полимерные материалы – пресспорошки, употребляемые для изготовления не сильно нагруженных деталей. Для получения материала с более высокой механической прочностью употребляют волокнистые наполнители (волокна хлопка, асбеста). Еще большую прочность пластмассам придают листовые наполнители – их применяют для получения слоистых пластмасс: при применении хлопчатобумажной ткани – текстолит, стеклоткани – стеклотекстолит, бумаги – гетинакс асбестовой ткани – асботекстолит. При применении древесного шпона вырабатывают древесные слоистые пластики. Для изготовления деталей, по прочности не уступающих сталям, в качестве наполнителей используют стекловолокно, стеклошнуры, стекломаты.
По массе содержание наполнителей в пластмассах составляет от 40 до 70 %. Исключение здесь составляют теплоизоляционные материалы, где в качестве наполнителя используют газы, получая газонаполненные полимерные материалы – пенопласты и поропласты.
Пластификаторыувеличивают пластичность и текучесть пластмасс, улучшают морозостойкость. В качестве пластификаторов применяют дибутилфталат, трикрезилфосфат и др.
В состав пластмасс часто вводят стабилизаторы – вещества, предотвращающие разложение полимерных материалов во время их переработки и эксплуатации под воздействием света, влажности, повышенных температур и других факторов. Для стабилизации используют ароматические амины, фенолы, сернистые соединения, газовую сажу.
Красителидобавляют для окрашивания пластических масс. Применяют как минеральные красители (мумия, охра, умбра, литопон, крон и т. д.), так и органические (нигрозин, родамин).
Смазочные вещества – стеарин, олеиновая кислота, трансформаторное масло – снижают вязкость композиции и предотвращают прилипание материала к стенкам пресс-формы.
1.2 Слоистые пластические материалы
Материалы, получаемые при соединении между собой наложенных друг на друга нескольких слоев волокнистых наполнителей (ткани, бумаги, древесины и т. п.), пропитанных синтетическими смолами, называются слоистыми. Слоистые пластмассы выпускают либо в виде полуфабриката, представляющего собой листы наполнителя, пропитанные смолой, либо в виде отпрессованных заготовок: листы, плиты различной толщины, трубы различных диаметров, стержни, диски, либо в виде фасонных изделий. Плиты изготовляют, пропитывая наполнитель смолой и раскраивая его на листы, которые складывают друг с другом в пакеты заранее установленной толщины. Пакет прессуют при давлении 8 - 10 МПа и температуре 140 - 160 °С.
Необходимость предварительно раскраивать листы наполнителя, пропитанного смолой, и собирать пакеты приводит к тому, что из слоистых пластмасс преимущественно формуют заготовки. Поэтому для слоистых пластмасс механическая обработка является одним из основных методов их переработки в изделия. Слоистые пластмассы отличаются анизотропией свойств, особенно это касается механической прочности. Наиболее прочен материал вдоль нитей основы ткани или волокон шпона.
Промышленность выпускает следующие виды слоистых пластмасс: гетинакс, текстолит, асботекстолит, ДСП, стеклотекстолит и др.
Гетинакс –слоистая пластмасса на основе фенолоформальдегидной смолы и листов бумаги. Гетинакс выпускают марок А, Б, В, Г. Гетинакс марок Д и В имеет повышенные электрические свойства, марок Б и Г – повышенную механическую прочность. Гетинакс выпускают в виде листов толщиной 0,5 - 50 мм, стержней диаметром до 25 мм и трубок различных диаметров. Гетинакс применяют главным образом как электроизоляционный материал. Выпускают также декоративный гетинакс для отделочных работ.
Текстолит –слоистая пластмасса, где в качестве наполнителя используется хлопчатобумажная ткань, в качестве связующего – фенолоформальдегидная смола.
Текстолит обладает относительно высокой механической прочностью, малой плотностью и высокими антифрикционными свойствами, высокой стойкостью к вибрационным нагрузкам и хорошими диэлектрическими свойствами. Теплостойкость текстолита 120 - 125 °С. Текстолит нашел широкое применение как заменитель цветных металлов для вкладышей подшипников прокатных станов, как конструкционный и поделочный материал в машиностроении, для изготовления направляющих роликов в самолетах, шестерен в автомобилях и др. Текстолитовые шестерни в отличие от металлических работают бесшумно.
Электротехнический текстолит применяют для изготовления электроизоляционных изделий повышенной прочности для работы на воздухе и в трансформаторном масле.