Пластмассы, как конструкционный материал

Пластмассы как конструкционный материал

Пластмассы, как конструкционный материал

Особенностями пластмасс являются малая плотность (1—2 т/м3 ), низкая теплопроводность (0,1÷0,3 Вт/м · К). Они обладают хороши­ми электро-, тепло-, звукоизоляционными свойствами. Это опреде­ляет использование пластмасс как специальных материалов.

Модуль упругости и механические свойства пластмасс значи­тельно ниже, чем у металлических материалов, при длительных нагружениях может проявляться ползучесть, кроме того, они подвержены старению.

Эти обстоятельства не по­зволяют использовать пластмассы для ответственных, нагруженных деталей. В основном они применяются для вспомогательных дета­лей — рукоятки, панели и т. д.

Помимо рассмотренных случаев пла­стмассы и резины широко используют для изготовления пленочных материалов в упаковочных технологиях, трубопроводов, уплотнительных прокладок и т. п.

Вместе с тем ряд особенностей пластмасс определяет их функ­циональное применение в ответственных узлах, определяющих работоспособность оборудования. Это трибологические (антифрикционные и фрикционные), а также виброгасящие свойства, определяемые малым модулем упругости.

Антифрикционные пластмассы.В качестве антифрикционных ма­териалов используются как термореактивные, так и термопластич­ные пластмассы. Это текстолит и ДСП (термореактивные), капрон, фторопласт (термопластичные) и др.

Отличительными особенностями этих материалов является то, что их работоспособность ухудшается при отсутствии смазки, а также при попадании воды в зону трения. В этих условиях они изнашиваются значительно медленнее, чем бронза — традиционный антифрикционный металли­ческий сплав.

Так, если при трении без смазки принять скорость изнашивания капрона за 1, то для текстолита эта величина составит 1,6, а для бронзы 11,5. Кроме того, пластмассы значительно меньше изнашивают сопряженное с ними в узлах трения контртело.

Износ стального вала, работающего в капроновых подшипниках, значи­тельно меньше, чем в бронзовых или баббитовых подшипниках.

Вместе с тем следует отметить, что применение антифрикцион­ных пластиков ограничено. Они работоспособны лишь в малона­груженных узлах трения — при небольших давлениях (из-за низких механических свойств) и невысоких скоростях, т. е.

при низких температурах (выход из строя полимерных подшипников обычно связан с повышением температуры на поверхностях трения, при этом реактопласты обугливаются, а термопласты оплавляются и те­кут; допустимая температура эксплуатации не более 80 °С).

Наиболее высокими антифрикционными свойствами обладает Фторопласт-4. Коэффициент трения в парах со сталью и чугуном у фторопласта в несколько раз ниже, чем у бронз и цинковых сплавов. Так, в паре трения с чугуном СЧ20 при скорости сколь­жения 20 мм/мин коэффициенты трения составляют: для бронзы БрОЦС6-6-3 — 0,19, для цинкового сплава ЦАМ10-5—0,15, а для Фторопласта-4 — 0,04.

Фторопласт-4 обладает достаточно высокой теплостойкостью и стабильностью свойств при повышении температуры, но из-за не­высокой прочности и хладотекучести его применение в чистом виде возможно лишь в малонагруженных узлах трения. В промышленно­сти применяют наполненные материалы на основе Фторопласта-4: Ф4К20 и Ф4К15М5 (К — кокс, М — Мо2S).

Материалы на основе фторопласта и текстолит используют для направляющих скольжения. Фторопласт, капрон и ряд других поли­мерных материалов применяют для изготовления подшипников скольжения. Применяются также комбинированные металлопластиковые подшипники, выдерживающие большие нагрузки.

Фрикционные пластмассы.Эти материалы применяют в тормоз­ных устройствах, фрикционных муфтах сцепления. Наиболее широ­кое применение нашли фрикционные асбополимерные материалы (ФАПМ). Это связано со свойствами асбеста: термостойкостью, вы­соким коэффициентом трения в парах с чугуном и сталью (0,43÷45).

Кроме того, асбест обладает способностью очищать поверхность трения от загрязнений. Часто ФАПМ именуют одним общим назва­нием «феродо» (по названию английской фирмы), но надо иметь в виду, что свойства этих материалов могут значительно отличаться в зависимости от типа и количества связующего и асбестового напол­нителя.

Для изготовления ФАПМ используют каучуковое, смоляное и комбинированное связующее. Асбест используют в виде ткани, кар­тона, асбестовой массы. ФАПМ на каучуковом связующем (ЭМ-1, ЭМ-2) мягкие, эластичные, допускающие гибку с различными ра­диусами.

Эти материалы не обладают высокой термостойкостью, температура эксплуатации не выше 200 °С. Наиболее высокой тер­мостойкостью обладают ФАПМ марок Ретинакс-А и Ретинакс-Б, они допускают кратковременные нагревы до 1000 и 700 °С соответ­ственно и длительно работают при нагреве поверхности до 300 °С.

Ретинакс-А формуется из асбосмоляного материала, армированного латунной проволокой, отличие Ретинакса-Б — отсутствие проволо­ки. По термостойкости большое количество ФАПМ занимают про­межуточное положение между материалами марок ЭМ и Ретинакс.

Например, рабочая температура материала на основе комбиниро­ванного связующего (смола + каучук), используемого для изготов­ления тормозных дисков легковых автомобилей, составляет 450-500 °С.

Основное применение ФАПМ — сменные тормозные накладки. Для увеличения срока службы узлов трения материалы пар трения и их твердость следует выбирать так, чтобы обеспечивался малый из­нос металлических контртел, а не сменных накладок. Твердость различных ФАПМ колеблется в широких пределах (15÷48 НВ).

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/6_63238_plastmassi-kak-konstruktsionniy-material.html

Пластмассы. Состав, свойства, применение пластмасс

Пластмассы, как конструкционный материал

Пластмассы (пластики) представляют собой органические материалы на основе полимеров, способные при нагреве размягчаться и под давлением принимать определённую устойчивую форму.

Полимеры – это соединения, которые получаются путем многократного повторения (рис.

1), то есть химического связывания одинаковых звеньев – в самом простом случае, одинаковых, как в случае полиэтилена это звенья CH2, связанные между собой в единую цепочку.

Конечно, существуют более сложные молекулы, вплоть до молекул ДНК, структура которых не повторяется, очень сложным образом организована.

Рис. 1. Формы макромолекул полимеров

1. 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. По массе содержание наполнителей в пластмассах составляет от 40 до 70 %. Наполнителями могут быть ткани, а также порошкообразные и волокнистые вещества.

Пластификаторы увеличивают пластичность и текучесть пластмасс, улучшают морозостойкость. В качестве пластификаторов применяют дибутилфталат, трикрезилфосфат и др. Их содержание колеблется в пределах 10 – 20 %.

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.

Красители добавляют 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.

2. Классификация пластмасс

В зависимости от поведения связующего вещества при нагреве пластмассы разделяют на термореактивные и термопластичные.

Термореактивные пластмассы при нагреве до определенной температуры размягчаются и частично плавятся, а затем в результате химической реакции переходят в твердое, неплавкое и нерастворимое состояние. Термореактивные пластмассы необратимы: отходы в виде грата и бракованные детали обычно используют после измельчения только в качестве наполнителя при производстве пресспорошков.

Термопластичные пластмассы при нагреве размягчаются или плавятся, а при охлаждении твердеют. Термопластичные пластмассы обратимы, но после повторной переработки пластмасс в детали физико-механические свойства их несколько ухудшаются.

К группе термореактивных пластмасс относятся пресспорошки, волокниты и слоистые пластики.

Они выгодно отличаются от термопластичных пластмасс отсутствием хладотекучести под нагрузкой, более высокой теплостойкостью, малым изменением свойств в процессе эксплуатации.

Термореактивные пластмассы перерабатывают в детали (изделия) преимущественно методом прессования или литьё под давлением (рис. 2).

Рис. 2. Схема и установка для получения деталей из термореактивных пластмасс

В таблице 1 приведены свойства, области применения и интервал рабочих температур некоторых термореактивных пластмасс. На рис. 3 показаны некоторые изделия из термореактивных пластмасс.

Таблица 1.

Рис. 3. Изделия, где применены термореактивные пластмассы

Технология изготовления термопластов довольно проста: гранулы засыпаются в камеру термопластавтомата, где, при необходимой температуре, переходят в текучее состояние, затем расплавленная масса попадает в специальную форму, где происходит прессование и дальнейшее охлаждение (рис. 4). Как правило, большинство термопластов может быть использовано вторично.

Рис. 4. Пресс-форма для литья пластмасс

В таблице 2 приведены свойства, области применения и интервал рабочих температур некоторых термопластичных пластмасс. На рис. 5 показаны некоторые изделия из термопластичных пластмасс.

Таблица 2.

Рис. 5. Изделия из термопластичных пластмасс

Выбор пластмассы для изготовления конкретного изделия определяется его эксплуатационными условиями. Критерии выбора разнообразны и зависят от назначения изделия.

Основными критериальными характеристиками полимерных материалов являются механические (прочность, жесткость, твердость), температурные (изменения механических и деформационных характеристик при нагревании или охлаждении) и электрические. Последние отражают широкое применение пластмасс в радиоэлектронной и электротехнической отраслях.

Кроме того, существенное значение приобрели триботехнические характеристики и ряд специальных свойств (огнестойкость, звукопоглощение, оптические особенности, химическая стойкость). Немаловажны также экономические условия (стоимость полимерного материала, тираж изделия, условия производства).

3. Механические свойства пластмасс

Механические свойства определяют поведение физического тела под действием приложенного к нему усилия. Численно это поведение оценивается прочностью и деформативностью.

Прочность характеризует сопротивляемость разрушению, а деформативность — изменение размеров полимерного тела, вызванное приложенной к нему нагрузкой.

Поскольку и прочность, и деформация являются функцией одной независимой переменной — внешнего усилия, то механические свойства еще называют деформационнопрочностными (рис. 6).

Рис. 6. Механические испытания пластмасс на деформацию прочность (слева), ударную вязкость (по центру), твёрдость (справа)

Модуль упругости является интегральной характеристикой, дающей представление прежде всего о жесткости конструкционного материала. Ударная вязкость характеризует способность материалов сопротивляться нагрузкам, приложенным с большой скоростью. В практике оценки свойств пластмасс наибольшее применение нашло испытание поперечным ударом, реализуемым на маятниковых копрах.

Твердость определяет механические свойства поверхности и является одной из дополнительных характеристик полимерных материалов. По твердости оценивают возможные пути эффективного применения пластиков.

Пластмассы мягкие, эластичные, имеющие низкую твердость, используются в качестве герметизирующих, уплотнительных и прокладочных материалов.

Твердые и прочные могут применяться в производстве деталей конструкционного назначения: зубчатых колес и венцов, тяжело нагруженных подшипников, деталей резьбовых соединений и пр. (рис. 7).

Рис. 7. Детали конструкционного применения из пластмасс

В таблице 3 указаны механические свойства термопластов общего назначения.

Таблица 3.

Несколько примеров по обозначению (см. табл. ниже).

ПЭВДПолиэтилен высокого давленияГОСТ 16337-77
ПЭНДПолиэтилен низкого давленияГОСТ 16338-85
ПСПолистирольная плёнкаГОСТ 12998-85
ПВХПластификаторыГОСТ 5960-72
АБСАкрилбутодиентстиролГОСТ 8991-78
ПММАПолиметилметаакрилатГОСТ 2199-78

4. Сварка пластмасс

Сварке подвергаются только так называемые термопластичные пластмассы (термопласты), которые при нагревании становятся пластичными, а после охлаждения принимают первоначальные вид и свойства. Кроме них, существуют термореактивные пластмассы, которые изменяют свои свойства при нагреве. Нагревать пластмассы при сварке следует не выше температуры их разложения, т. е. в пределах 140—240 °С.

Пластмассы можно сваривать различными способами:

  • нагретым газом;
  • контактной теплотой от нагревательных элементов;
  • трением;
  • ультразвуком (рис. 8).

Основные условия для получения качественного соединения пластмасс при сварке следующие:

  1. Диаметр присадочного прутка не должен превышать 4 мм для достаточно быстрого его нагрева и обеспечения необходимой производительности сварки.
  2. Сварку следует вести по возможности быстро во избежание термического разложения материала.
  3. Необходимо точно выдерживать температуру сварки во избежание недостаточного нагрева или перегрева свариваемого материала.

На рис. 8 показано оборудование и методы сварки пластмасс.

Рис. 8. Сварочный экструдер для сварки пластмасс, полимеров

5. Другие свойства пластмасс

Химическая стойкость. Химическая стойкость пластмасс, как правило, выше, чем у металлов. Химическая стойкость пластмасс в основном определяется свойствами связующего (смолы) и наполнителя.

Наиболее химически стойкими в отношении всех агрессивных сред являются фторсодержащие полимеры —фторопласты 4 и 3. К числу кислотостойких пластмасс в отношении концентрированной соляной кислоты могут быть отнесены винипласт и фенопласты с асбестовым наполнителем.

Стойкими к действию щелочей являются винипласт и хлорвиниловый пластик.

Электроизоляционные свойства. Почти все пластмассы — хорошие диэлектрики. Этим объясняется их широкое применение в электро- и радиотехнике. Большинство пластмасс плохо переносит т. в. ч.

и поэтому они применяются в качестве электроизоляционных материалов для деталей, которые предназначаются для работы при частоте тока 50 Гц.

Однако такие ненаполненные высокополимеры, как фторопласт и полистирол, практически не меняют своих диэлектрических качеств в зависимости от частоты тока и могут работать при высоких и сверхвысоких частотах.

Повышение температуры, как правило, ухудшает электроизоляционные характеристики пластмасс. Исключение составляет полистирол, сохраняющий электроизоляционные свойства в интервале температур от —60 до +60° С, и фторопласт 4 — в интервале температур от —60 до +200°. С.

Фрикционные свойства. В зависимости от условий работы пластмассовые детали могут обладать различными по величине фрикционными характеристиками.

Так, например, текстолит при малых нагрузках имеет малый коэффициент трения, что и позволяет широко использовать его вместо бронзы, антифрикционных чугунов и т. д.

Коэффициент трения тормозных материалов типа КФ-3 высок, что и отвечает назначению этих материалов. Из этих двух примеров следует, что утверждение, высказанное выше, справедливо

Источник: https://extxe.com/8154/plastmassy-sostav-svojstva-primenenie-plastmass/

Лекция №13. Пластмассы, как материал для строительных конструкций. Основные виды конструкционных пластмасс и области их применения

Пластмассы, как конструкционный материал

Лекция №13

Пластмассы, как материал для строительных конструкций. Основные виды конструкционных пластмасс и области их применения

Пластическими массами (или пластмассами) называют материалы, которые в качестве основного компонента содержат синтетический полимер.

Полимеры — это высокомолекулярные соединения, состоящие из гигантских молекул линейной, разветвленной или трехмерной сетчатой структуры (пространственные решетки).

В большинстве случаев эти молекулы содержат многократно повторяющиеся структурные элементарные звенья (группы атомов), соединенные силами химических связей.

Получают полимеры из исходных низкомолекулярных органических веществ (мономеров), отдельные молекулы которых благодаря двойным или тройным связям способны соединяться между собой с образованием многократно увеличенной молекулярной массы, т. е полимера.

Название полимера образуется обычно от названия того мономера, того из которого он был получен. Так, например, полиэтилен получают из этилена, поливинилхлорид — из винилхлорида, полистирол- из стирола и т. д.

Иногда название полимера образуется в зависимости от вида реакционно-химических групп, соединяющих молекулы мономеров — полиамиды, полиэфиры и т. д.

В основе технологий синтеза высокомолекулярных соединений лежат два основных метода получения полимеров — полимеризация и поликонденсация, различающиеся как по механизму реакции, так и по строению образующихся полимеров.

Полимеризация— это цепной процесс соединения большого числа молекул одного и того же вещества в одну большую макромолекулу. Этот процесс протекает обычно при определенной температуре и давлении без выделения каких — либо низкомолекулярных веществ. При полимеризации химический состав полимера соответствует химическому составу исходного мономера.

Поликонденсация— это химический процесс получения полимеров из мономеров различных исходных веществ, сопровождающиеся выделением побочных продуктов (воды, спирта и др.)

Поликонденсацией получают фенолоформальдегидные, мочевиноформальдегидные смолы, полиамиды, полиэфиры и другие полимеры.

Кроме процессов полимеризации и поликонденсации, применяют ещё весьма перспективный процесс сополимеризации, который заключается в совместной полимеризации двух или более различных по химическому составу мономеров; такие реакции в результате дают сополимеры, обладающие новыми свойствами, отличающимися от свойств полимеров на основе каждого исходного мономера. Установлено, что сополимеры обладают более ценными свойствами, чем полимеры, полученные из тех же мономеров. Подбором мономеров с различными свойствами можно широко изменять физико-механические свойства полимера.

Чаще всего полимеры находятся в аморфном стеклообразном состоянии и носят названия синтетических смол (фенолоформальдегидные, мочевиноформальдегидные, полиэфирные и др.). Некоторые полимеры, однако, обладают способностью к кристаллизации и не являются смолами (например, нейлон, целлюлозы и её производные).

Синтетические смолы в зависимости от влияния на них температуры делятся на две группы:

Термопластичные (обратимые) смолы при нагревании размягчаются и становятся пластичными, а при охлождениии снова отвердевают. Такой процесс может повторяться, не внося изменения в химические свойства смолы. К термопластичным смолам относится полиэтилен, полистирол, полиамид, полиоритан и ряд других.

Термореактивные (необратимые) смолы, будучи отформованы в процессе изготовления, переходят в неплавкое нерастворимое состояние и вновь формоваться уже не могут. Иначе говоря, термореактивные смолы переходят из вязко-текучего в твёрдое состояние только один раз.

К таким материалам относится фенолоформальдегидные, полиэфирные, эпоксидные и другие смолы.

Пластмассы в большинстве своем представляют многокомпонентные смеси.

Компонентами пластмасс являются:

1. Связующие вещества — это основной (а иногда и единственный) компонент пластмасс.

Обычно связующим являются синтетические смолы, хотя могут использоваться и связующие природные вещества, например, эфиры целлюлозы,

естественные смолы.

2. Наполнители – компоненты, вводимые в пластмассы с целью улучшения их механических и технологических свойств — повышение теплостойкости, снижения стоимости.

Наполнители бывают неорганического и органического происхождения и вводятся в материал в виде порошков, волокон или листов ( древесная мука, цемент, стеклянные и асбестовые волокна, бумага, хлопчатобумажные и стеклянные ткани и т. д)

3. Модифицирующие добавки. При формировании полимера (связующего) применяются обязательные добавки — отвердители.

Кроме этого могут применяться ускорители (вещества ускоряющие отвердевание), катализаторы (вещества, не участвующие в отвердевании, но присутствие которых необходимо для протекания процесса отвердевания), пластификаторы (вещества, уменьшающие хрупкость готового материала), ингибиторы (вещества, замедляющие процесс отвердевания) и другие добавки.

4. Красители. Окраска пластмасс осуществляется путем введения красителей в массу материала. Нужный рисунок и цвет могут быть так же получены, если они предварительно нанесены на наружний слой листового наполнителя (бумага, ткань).

5. Порообразователи — это добавки, применяемые для получения газонаполненных материалов — пенопластов.

Классификация пластмасс.

В зависимости от вида смол под влиянием на них температуры, пластмассы делятся на два вида: а) термопластичные пластмассы (или термопласты) на основе термопластичных смол; б) термореактивные (реапласты) на основе термореактивных смол.

Термопластичные пластмассы обычно называются по связующему веществу, исходя из наименования мономера с добавлением приставки «поли-»(поливинилхлорид, полиэтилен, полистирол и др.)

Термореактивные — по виду наполнителя (стеклопластики, древесные пластики и др.)

В зависимости от структуры пластмассы можно разделить на две основные группы:

1) пластмассы без наполнителя (не наполненные);

2) пластмассы с наполнителем (наполненные).

Применение пластмасс в качестве материала для строительных конструкций объясняется рядом достоинств этого материала:

— высокой прочностью, составляющей для большинства пластмасс (кроме пенопластов) 50-100 НПа, а для некоторых стеклопластиков прочность достигает 1000 НПа;

— малой прочностью (объемной массой) находящихся в пределах от 20 (для пенопластов) до 2000 кг\м3 (для стеклопластиков);

— стойкостью к воздействию химически агрессивных сред;

— биостойкостью (неподверженность гниению);

— простотой формообразования и легкой обрабатываемостью;

— высокими электроизоляционными свойствами и некоторыми другими положительными свойствами.

Вместе с тем пластмассы имеют и недостатки, такие, например, как деформативность, ползучесть и падение прочности при длительных нагрузках, старение (ухудшение эксплуатационных свойств во времени), сгораемость, использование в качестве сырья дефицитных нефтепродуктов.

Влияние недостатков пластмасс можно уменьшить разными путями. Так, уменьшение деформативности добиваются применением рациональных форм поперечного сечения конструкций (трехслойные, трубчатые).

Сгораемость и старение можно уменьшить путем введения специальных добавок.

Основные виды конструкционных пластмасс и области их применения.

К пластмассам, которые находят и будут находить в будущем наибольшее применение в строительных конструкциях относятся стеклопластики, оргстекло, винипласт, полиэтилен, тепло — и звукоизоляционные материалы, древесные пластики.

Стеклопластики.

Стеклопластики представляют собой материалы, состоящие из стекловолокнистого наполнителя и связующего.

В качестве связующего обычно используются термореактивные смолы (полиэфирная, эпоксидная, фенолоформальдегидная). Стеклянное волокно является армирующим элементом, прочность которого достигает 1000-2000 МПа. Основой стекловолокон являются элементарные волокна.

Элементарные волокна (первичные нити) получают из расплавленной стеклянной массы, вытягивая ее через небольшие отверстия — фильеры; элементарные волокна (порядка 200) диаметром 6-20 мкм объединяют в нити, а несколько десятков нитей — в жгуты (крученые нити).

В стеклопластиках, применяемых в строительстве, используют следующие стекловолокнистые наполнители:

а) прямолинейные непрерывные волокна, вводимые в виде жгутов, нитей или элементарных волокон.

Схема получения непрерывного стекловолокна.

б) рубленое стекловолокно в виде хаотически расположенных отрезков длиной приблизительно 50 мм.

Механические свойства стеклопластиков зависят от вида стекловолокнистого наполнителя.

Наиболее высокими механическими свойствами обладают стеклопластики, армированные непрерывным прямолинейным стекловолокном.

В направлении волокон их прочность достигает 1000 МПа при растяжении, а модуль упругости до 40000 МПа, однако, в поперечном направлении прочность стеклопластиков не велика (примерно в 10 раз меньше).

Все стеклопластики, армированные в одном или в двух взаимноперпендикулярных направлениях, являются материалами анизотропными.

Стеклопластики, армированные рубленым стекловолокном, являются изотропными материалами.

Существуют следующие виды стеклопластиков:

1) Пресс — материалы типа СВАМ (стекловолокнистый анизотропный пресс — материал) является одним из первых высокопрочных стеклопластиков, полученных путем прессования стеклошпонов (шпонов из однонаправленного стекловолокна).

Получают его таким образом: после намотки определенного числа слоев пропитанной нити однонаправленный материал срезают. В развертке он представляет собой квадратный лист размером 3х3 м2.

Затем поворачивают лист на 90 градусов и вновь наматывают слой нитей. Таким образом, получается стеклошпон с взаимно-перпендикулярным расположением волокон.

Предел прочности СВАМ при растяжении и сжатии составляет 400-500 МПа, а при изгибе, приблизительно, 700 МПа.

2) Пресс — материалы АГ-4С и АГ-4В.

АГ-4С представляет собой однонаправленную ленту, полученную на основе крученых стеклянных нитей и аминофинолоформальдегидной смолы. АГ-4С предназначается для получения высокопрочных изделий методом прямого прессования или намотки.

Пределы прочности при сжатии и изгибе ниже, чем у СВАМ – 200-250 МПа, а при растяжении несколько выше.

Пресс – материал типа АГ-4В представляет собой стекловолокнит на основе срезов первичной нити. Специально подготовленный стекловолокнистый наполнитель смешивают с фенолоформальдегидной смолой, затем сушат.

Стеклопластики типа СВАМ, АГ-4С и АГ-4В используют для изготовления соединительных деталей (болтов, фасонок) и для профильных изделий, эксплуатируемых в химически агрессивных средах, где металл быстро корродирует.

Все перечисленные стеклопластики являются светонепроницаемыми. Однако, в строительстве чаще всего применяют светопрозрачные стеклопластики.

У нас в стране в больших объемах выпускается светопроницаемый полиэфирный листовой стеклопластик.

3) Полиэфирный стеклопластик изготавливают на основе рубленого стекловолокна и прозрачных полиэфирных смол, благодаря которым полиэфирный стеклопластик является светопроницаемым.

Выпускается он в изделиях в виде волнистых или плоских листов, часто имеющих различные окраски.

Прочностные характеристики существенно ниже, чем у предыдущих материалов, и составляют 60-90 МПа при растяжении и сжатии.

Полиэфирные стеклопластики получили широкое применение в ограждающих конструкциях (стеновые и кровельные панели), лестничных ограждениях и балконных ограждениях, навесах т. п. конструкциях. Весьма перспективны стеклопластики для совмещенных пространственных конструкций.

Органическое стекло, винипласт и полиэтилен.

Эти пластмассы относятся к термопластам и поэтому имеют ограниченное применение в несущих строительных конструкциях. Недостатком их является невысокая теплостойкость. Прочность их в значительной степени зависит от температуры.

Органическое стекло целиком состоит из полимера полиметилметакрилата (без введения наполнителя). Оргстекло представляет собой бесцветную пластмассу, пропускающую до 90% видимых и более 73% ультрафиолетовых лучей света.

При температуре 20ºС органическое стекло имеет сравнительно высокие прочностные характеристики (55 МПа при растяжении и 80 МПа при сжатии).

При температуре 105-170ºС хорошо формируется в изделия криволинейной формы, легко подается механической обработке.

Применяется для остекления криволинейных поверхностей, в виде зенитных фонарей, сводов, куполов и т. п. Этот материал весьма эффективен для покрытия теплиц, парников и оранжерей.

Винипласт выпускается пластифицированным и непластифицированным (жестким). По цвету могут быть темным (темно – коричневого цвета) или прозрачным (бесцветным). Одним из главных достоинством винипласта является его исключительная антикоррозионная стойкость в химически агрессивной среде. Он легко обрабатывается, практически водонепроницаем, легко сваривается и склеивается.

Недостаток — малая теплостойкость (всего до 600 С и морозостойкость до

-300 С), большой коэффициент линейного расширения (в 7 раз больше, чем у стали) и малая ударная вязкость. По основным механическим свойствам винипласт близок к органическому стеклу.

Область применения в строительстве широки и разнообразны, поскольку этот материал является самым дешевым из термопластов. Винипласт используется для гидроизоляции, в качестве кровельного покрытия. Из него изготавливают трубы, профили, поручни и другие погонажные изделия.

Весьма перспективным материалом является армированный винипласт. В этом случае повышается прочность винипласта, и он может использоваться в несущих конструкциях (например, фермах).

Полиэтилен в чистом виде представляет собой твердый белый роговидный продукт. Сырьем для его производства служит бесцветный газ этилен.

Полиэтилен обладает хорошей морозостойкостью (ниже -70ºС) и высокой химической стойкостью к действию кислот, щелочей и большинства растворителей. Недостаток его заключается в том, что он подвержен старению.

При введении стабилизатора (сажи до 2%) атмосферостойкость его увеличивается примерно в 30 раз (такой полиэтилен называют стабилизированным).

Из полиэтилена изготавливают трубы и арматуру к ним, профильные изделия, болты, листы и т. д.

Перспективным является применение липких лент из стабилизированного полиэтилена в качестве защитного покрытия (набинтовыванных) конструкций, находящихся в условиях химической агрессии.

Тепло – и – звукоизоляционные материалы.

Наибольшее распространение в строительстве получили газонаполненные пластмассы, а также сотопласты.

Газонаполненные пластмассы по своей структуре делятся на два вида:

пенопласты – материалы с замкнутыми ячейками;

поропласты – с взаимносообщающимися незамкнутыми ячейками.

Эта классификация условна, поскольку практически нельзя получить в чистом виде материал, отвечающий указанным условиям.

Ячейки, заполненные воздухом или газом, составляют более 90% объема материала. Поэтому отличительной особенностью пенопластов является небольшая плотность (от 10 до 200 кг\м3), низкая теплопроводность и достаточная для них прочность (0,2-1,1 МПа при сжатии).

Пенопласты, благодаря своей структуре имеют более высокие по сравнению с поропластами изоляционные качества.

Поропласты имеют большее влагопоглощение, но и обладают более высоким звукопоглощением.

Материал получают в виде блоков или форменных деталей. Газонаполненные пластмассы выпускают на основе как термопластичных, так и термореактивных смол.

Различают жесткие, полужесткие и эластичные пенопласты. Первые два вида применяют в органических СК (в качестве среднего слоя в трехслойных панелях).

Сотопластами называют изделия с системами регулярных сот шестигранной формы, диаметром, примерно, 12-25 мм. Сотопласты изготавливают из хлопчатобумажной или изоляционной бумаги. Сотопласты применяют для изготовления легких трехслойных конструкций.

Древесные пластики.

Материалы, полученные на основе переработки натуральной древесины, соединенные синтетическими смолами называют древесными пластиками.

Древеснослоистые пластики (ДСП) изготавливают из тонких листов березового (иногда ольхового, липового или букового) шпона, пропитанного смолой и запрессованного при высоком давлении 150-180 кг\см2 и температуре t=145-155ºC.

В зависимости от взаимного расположения слоев шпона в пакете, различают 4 основных марки ДСП:

ДСП-А – все слои параллельны друг другу, ДСП-Б – через каждые 10-12 параллельных слоев один поперечный, ДСП-В – перекрестное расположение, причем наружные слои располагаются вдоль плиты, ДСП-Г – звездообразная, каждый слой смещен по отношению к предыдущему на 25-30º.

Для строительных конструкций рекомендуется ДСП-Б и ДСП-В, как наиболее прочные поперек волокон и под углами к волокнам.

Во всех случаях прочность ДСП превышает прочность цельной древесины, а для некоторых марок при действии усилий вдоль волокон шпона не уступает прочности стали.

В настоящее время в связи еще с высокой стоимостью ДСП, он применяется в основном для изготовления средств соединения элементов конструкций.

Древесноволокнистые плиты (ДВП) изготавливают из хаотически расположенных волокон древесины (опилок), склеенных канифольной эмульсией. Сырьем для ДВП являются отходы лесопиления и деревообработки.

Для изготовления твердых и сверхтвердых плит в древесноволокнистую массу добавляют фенолоформальдегидную смолу. При длительном действии влажной среды, древесноволокнистая плита весьма гигроскопична, набухает по толщине и теряет прочность, поэтому во влажных условиях применять ДВП не рекомендуется.

Прочность сверхтвердых плит ДВП плотностью не менее 950 кг\м3 при растяжении составляет около 25 МПа.

Древесностружечные плиты (ПС и ПТ) получают путем горячего прессования древесных стружек, перемешанных, вернее опыленных фенолоформальдегидными смолами.

Древесностружечные плиты в зависимости от плотности подразделяют на:

— легкие γ=350-500 кг\м3

— средние ПС γ=500-650 кг\м3

— тяжелые ПТ γ=650-800 кг\м3

Прочность плит ПТ и ПС при растяжении составляет соответственно 3,6-2,9 МПа и 2,9-2,1 МПа. ПС и ПТ являются дешевым и доступным материалом, он широко используется в строительстве в качестве перегородок, подвесных потолков. Влагопоглощение плит колеблется в широких пределах, при этом они разбухают по толщине на 30-40%.

Источник: https://pandia.ru/text/80/112/19095.php

Пластмассы, как конструкционный материал (стр. 1 из 4)

Пластмассы, как конструкционный материал

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет — УПИ» имени первого президента Б.Н. Ельцина

Кафедра «материаловедение в строительстве»

Реферат по ТКМ

Тема: Пластмассы, как конструкционный материал

Руководитель: Спиридонова А.М.

Студент: Пономарева А.В.

Группа См-27041

Екатеринбург, 2009г.

Введение. 3

Конструкционные материалы.. 4

Производство и применение пластмасс. 7

Пластмассы — общие сведения. 8

Общие свойства пластмасс. 10

Методы идентификации полимерных материалов. 12

Конструкционные пластмассы.. 17

Виды пластмасс. 21

Заключение. 27

Список использованной литературы.. 28

Введение

Целью работы является ознакомление со свойствами пластмассы, их использованием и применением в качестве конструкционного материала.

Пластмассы зачастую называют материалами будущего, а XXI столетие — веком синтетических материалов. Однако широкое внедрение пластмасс в основных и многих отраслях техники возникло уже во второй половине XX в. Наибольшая эффективность применения полимерных композиционных пластиковых материалов в промышленности и строительстве.

В сегодняшнее время грандиозная стройка зданий почти целиком из пластмасс или с максимальным их использованием не всего-навсего объяло многие облики родовитых конструктивных систем, однако зачастую и породило новые, необычные для традиционного сооружения архитектурные формы.

Невиданное развитие индустриализации, неодолимое стремление к снижению массы, к совмещению конструктивных и эстетических качеств, функциональная здоровая значительная гибкость, всестороннее сближение сроков морального и физиологического старения — эти и многие прочие особенности архитектуры XX в. потребовали создание такого материала как пластмасса.

Конструкционные материалы

Конструкционные материалы, материалы, из которых изготовляются детали конструкций (машин и сооружений), воспринимающих силовую нагрузку.

Определяющими параметрами конструкционных материалов являются механические свойства, что отличает их от других технических материалов (оптических, изоляционных, смазочных, лакокрасочных, декоративных, абразивных и др.).

К основным критериям качества конструкционных материалов относятся параметры сопротивления внешним нагрузкам: прочность, вязкость, надежность, ресурс и др.

Длительный период в своём развитии человеческое общество использовало для своих нужд ограниченный круг материалов: дерево, камень, волокна растительного и животного происхождения, обожжённую глину, стекло, бронзу, железо. Промышленный переворот 18 в. и дальнейшее развитие техники, усложнили и дифференцировали требования к материалам их деталей, которые стали работать при сложных знакопеременных нагрузках, повышенных температурах и др.

Конструкционные материалы подразделяются: по природе материалов — на металлические, неметаллические и композиционные материалы, сочетающие положительные свойства тех и других материалов; по технологическому исполнению — на деформированные (прокат, поковки, штамповки, прессованные профили и др.

), литые, спекаемые, формуемые, склеиваемые, свариваемые (плавлением, взрывом, диффузионным сращиванием и т.п.); по условиям работы — на работающие при низких температурах, жаропрочные, коррозионно-, окалино-, износо-, топливо-, маслостойкие и т.д.

; по критериям прочности — на материалы малой и средней прочности с большим запасом пластичности, высокопрочные с умеренным запасом пластичности.

К металлическим конструкционным материалам относится большинство выпускаемых промышленностью марок стали.

Исключение составляют стали, не используемые в силовых элементах конструкций: инструментальные стали, для нагревательных элементов, для присадочной проволоки (при сварке) и некоторые другие с особыми физическими и технологическими свойствами. Стали составляют основной объём К. м., используемых техникой.

Неметаллические конструкционные материалы включают пластики, термопластичные полимерные материалы, керамику, огнеупоры, стекла, резины, древесину. Пластики на основе термореактивных, эпоксидных, фенольных, кремнийорганических термопластичных смол и фторопластов, армированные (упрочнённые) стеклянными, кварцевыми, асбестовыми и др.

волокнами, тканями и лентами, применяются в конструкциях самолётов, ракет, в энергетическом, транспортном машиностроении и др.

Термопластичные полимерные материалы — полистирол, полиметилметакрилат, полиамиды, фторопласты, а также реактопласты используют в деталях электро- и радиооборудования, узлах трения, работающих в различных средах, в том числе химически активных: топливах, маслах и т.п.

Стекла (силикатные, кварцевые, органические), триплексы на их основе служат для остекления судов, самолётов, ракет; из керамических материалов изготовляют детали, работающие при высоких температурах.

Резины на основе различных каучуков, упрочнённые кордными тканями, применяются для производства покрышек или монолитных колёс самолётов и автомобилей, а также различных подвижных и неподвижных уплотнений.

Развитие техники предъявляет новые, более высокие требования к существующим конструкционным материалам, стимулирует создание новых материалов. С целью уменьшения массы конструкций летательных аппаратов используются, например, многослойные конструкции, сочетающие в себе лёгкость, жёсткость и прочность.

Внешнее армирование металлических замкнутых объёмов (шары, баллоны, цилиндры) стеклопластиком позволяет значительно снизить их массу в сравнении с металлическими конструкциями.

Для многих областей техники необходимы конструкционные материалы, сочетающие конструкционную прочность с высокими электрическими, теплозащитными, оптическими и другими свойствами.

Производство и применение пластмасс

Первый этап (до 1950 года) характеризуется сравнительно узким перечнем производимых пластмасс и их слабым влиянием на сферы применения традиционных материалов.

Второй этап (до 1965 года) — интенсивно развиваются крупнотоннажные производства пластмасс для упаковки, изготовления тары, изоляции, товаров широкого потребления (полиэтилен, полистирольные пластмассы, поливинилхлорид и др.). Эти материалы начинают постепенно вытеснять традиционные материалы — бумагу, дерево, резину, керамику.

Третий этап (1965-1975 годы) — появляются конструкционные пластмассы инженерно-технического назначения: полиамиды, поликарбонаты, полиформальдегид и его сополимеры, полибутилентерефталат, полисульфон и др.

Четвертый этап (с 1975 года по настоящее время) характеризуется расширением марочного ассортимента пластмасс за счет химического модифицирования, создания механических смесей и сплавов полимеров, разработки высоконаполненных композиционных материалов, с улучшенными эксплуатационными и технологическими возможностями.

Пластмассы — общие сведения

Пластмассы — материалы на основе высокомолекулярных веществ (полимеров). Помимо полимеров пластмассы, как правило, содержат и другие компоненты: пластификатора, наполнители и т. п. Наличие полимеров в составе пластмасс обусловливает ряд специфических свойств этих материалов.

Пластмассы подразделяются на термопластичные, изготовляемые на основе линейных полимеров, и термореактивные — на основе полимеров с пространственной структурой. Первые при нагревании приобретают пластичность, а при охлаждении вновь возвращаются в исходное состояние; вторые, будучи отверждены, при нагревании не переходят в пластическое состояние.

К пластмассам, применяемым в строительных конструкциях, относятся стеклопластики, оргстекло, винипласты, пенопласты, сотопласты, древесные пластики, синтетические клеи и др.

К строительным конструкциям с применением пластмасс относятся: трехслойные конструкции (плоские панели, складки, оболочки, своды и т. п.

) с обшивками из высокопрочных листовых материалов (металла, асбестоцемента, фанеры, стеклопластика) и средним слоем из пенопласта или сотопласта; трехслойные конструкции с ребристым средним слоем; однослойные и многослойные светопрозрачные элементы ограждений (панели, купола, волнистые листы) из полиэфирного стеклопластика, оргстекла и винипласта, пневматические (надувные) и тентовые конструкции из воздухонепроницаемых тканей и пленок.

Применение пластмасс в конструкциях наиболее целесообразно в случаях, когда необходимо уменьшить вес конструкций: при строительстве в районах вечномерзлых грунтов, просадочных грунтов, на подрабатываемых территориях, когда надо сократить объем транспортных и строительно-монтажных работ, особенно при строительстве в отдаленных и труднодоступных районах, когда требуется облегчить монтаж и демонтаж сборно-разборных конструкций и уменьшить мощность подъемно-транспортного оборудования. Целесообразно, применение конструкций с использованием пластмасс для повышения надежности сооружений при их эксплуатации в агрессивных средах, районах высокой сейсмичности, а также для исключения влияния магнитных свойств строительных конструкций и возможности искрообразования.

Многие пластмассы легко обрабатываются, их можно пилить, строгать, сверлить.

Универсальность, легкая обрабатываемость, антикоррозионность, красивый внешний вид обусловили возможность и целесообразность широкого использования пластмасс в строительстве. Кроме того, некоторые виды пластмасс обладают высокой механической прочностью, теплозвукоизоляционными, диэлектрическими свойствами. К недостаткам пластмасс следует отнести ползучесть.

Источник: https://mirznanii.com/a/286108/plastmassy-kak-konstruktsionnyy-material

Материал конструкционные пластмассы: особенности работы

Пластмассы, как конструкционный материал

С развитием технического процесса на смену стандартным материалам (металл, дерево и другое) все чаще приходят вещества, которые в своем составе содержат синтетический полимер. Говоря простыми словами пластмассы.

Производство этих материалов достаточно сложное, требующее специального оборудования и специальных химических компонентов.

Но главное качество полимеров невысокая стоимость и широта использования в многочисленных отраслях промышленности и быту.

Не вдаваясь в особенности технологического процесса производства конструкционных пластмасс, по названию можно определить основной составляющий материал полимера. Например: полиэтилен получают из этилена, полипропилен из пропилена, полистирол из стирола и тому подобное.

Виды и классификация

В зависимости от используемых компонентов и особенностей производства все пластмассы можно разделить на два класса:

  • Термопластичные. Получили название от связующего вещества, на основе которого производится полимер, с обязательной приставкой «поли». Поливинилхлорид, полипропилен, полистирол являются типичными представителями термопластиков.
  • Термореактивные. Свое название получили от наполнителя. Например: стеклопластики, фторопласт и так далее.

Следует отметить, что наполнители являются одним из важнейших составляющих, которые влияют на конструкционные свойства пластмасс – прочность, твердость термостойкость и другие показатели. Обычно содержание наполнителей не превышает 50%, так как при большей концентрации затрудняется переработка полимера вследствие ухудшения его текучести.

Достоинства и недостатки

Исходя из свойств полимеров, пластмассы имеют ряд достоинств:

  • Большая удельная прочность.
  • Устойчивость к агрессивным средам и химическим воздействиям.
  • Высокие диэлектрические характеристики.
  • Доступность.
  • Повышенная устойчивость к износу.
  • Возможность вторичной переработки.

Из недостатков можно выделить следующие:

  • Относительно невысокая теплостойкость.
  • Склонность к деформации под большими нагрузками.
  • Старение материала.

Особенности обработки

В индустрии пластмасс применяются различные виды обработок. Специфические особенности производства требуют таких технологических процессов как:

  • Экструзия.
  • Литье под давлением.
  • Вакуумное литье.
  • Ротоформование.
  • Прессование и другое.

Однако, для придания детали или заготовке необходимого вида, изменения конфигурации, обеспечения высокоточных размеров, необходимы другие методы – механические. В основном они схожи с методами металлообработки: резка, сверление, шлифовка, точение, фрезеровка, полировка.

В силу своих технологических особенностей, пластмасса, как конструкционный материал, хорошо поддается термической обработке. Склеивание, пайка, сварка, флокирование – частые процессы в обработке многих композитных материалов.

В большинстве процессов пластики обрабатываются на специальном оборудовании.

Хотя в некоторых случаях конструкционные пластмассы можно обрабатывать на станках, предназначенных для работы с деревом и металлами. Но следует помнить, что эти материалы имеют свои специфические особенности, основной из которых считается низкая температура плавления и невысокая теплопроводность.

Основная проблема в обработке пластиков перегрев детали. Здесь нужно вести особый контроль всего технологического процесса.

В каждом конкретном случае присутствуют свои нюансы, поэтому выбор метода обработки пластмасс определяется огромным числом фактором и зачастую индивидуален для каждого вида конструкционных пластмасс.

Обработка конструкционных пластмасс от компании Охта Спб

Если перед вами возник вопрос обработки конструктивных пластмасс, наша компания поможет решить его в короткие сроки. Предприятие изготавливает любые детали, заготовки и узлы по чертежам и проектам заказчика, а также в соответствии с технической документацией.

Благодаря использованию высокоточного оборудования, изделия не нуждаются в последующей обработке. Выполняем следующие виды работ: Токарные работы на станках с ЧПУ. Наружная и внутренняя обработка поверхностей конструкционных пластмасс любой формы и сложностей.

Нарезание резьбы, обработка канавок и многое другое.

  • Фрезеровальные работы. 
  • Расточка и сверление.
  • Шлифовальные и полировочные работы.
  • Пайка и сварка.
  • Резка заготовок.
  • Термическая обработка деталей.

Выпускаем и собственную продукцию, которая применяется в машиностроении, строительстве, авиации, химической промышленности и многих других отраслях.

Производственные мощности предприятия позволяют изготавливать различные изделия как массово, так и единичные экземпляры. Производим нестандартные изделия со сложными конструктивными особенностями.

К любой работе подходим с пониманием и ответственностью. Компания ОХТА СПб — один из лидеров в сфере обработки металлов и конструкционных пластмасс.

Источник: http://ohtaspb.ru/articles/material_konstrukcionnye_plastmassy_osobennosti_raboty/

Пластмассы для изготовления деталей: виды, свойства, применение

Пластмассы, как конструкционный материал
Подробности Категория: Детали из пластмасс 5065

Пластические массы (пластмассы, пластики) — материалы на основе природных или синтетических полимеров, способные под влиянием нагревания и давления формоваться в изделия сложной конфигурации и затем устойчиво сохранять приданную форму. Пластмассы подразделяются на реактопласты и термопласты.

В состав пластмасс, кроме полимера, могут входить минеральные или органические наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители, смазывающие вещества и др.

Пластмассы отличаются малой плотностью, высокими диэлектрическими свойствами, хорошими теплоизоляционными характеристиками, устойчивостью к атмосферным воздействиям, стойкостью к агрессивным средам и резким сменам температур.

Теплостойкость пластмасс невелика. Для большинства пластмасс теплостойкость по Мартенсу равна 80—140°С. Некоторые разновидности пластмасс (например, полисилоксаны) обладают теплостойкостью до 200—250°С.

Теплостойкость по Мартенсу представляет собой температуру, при которой в стандартном образце, подвергнутом действию регламентированной изгибающей нагрузки, возникают остаточные деформации. Таким образом, теплостойкость по Мартенсу характеризует стабильность формы при повышенных температурах под нагрузкой.

Во многих случаях предельная рабочая температура определяется не степенью деформации материала, а другими факторами, зависящими от условий работы детали, например, падением диэлектрических качеств с повышением температуры.

Для деталей, работающих без нагрузки и при незначительных нагрузках, предельной рабочей температурой можно считать температуру, при длительном воздействии которой появляются признаки теплового перерождения материала.

Эта температура может быть значительно выше температуры теплостойкости по Мартенсу.

Теплостойкость реактопластов определяют по потере массы образца при длительном нагреве при определенной температуре.

Существенным недостатком пластмасс как конструкционного материала является малая твердость (в среднем НВ 10—30) и низкие прочностные характеристики.

Предел прочности (разрушающие напряжения) на разрыв большинства пластмасс 50—100 МПа. При введении волокнистых, тканевых и слоистых наполнителей предел прочности повышается до 200—300 МПа.

Наивысшей прочностью обладают пластмассы с наполнителем из стекловолокна (стекловолокниты) и стеклотканей (стеклотекстолиты), предел прочности при разрыве которых составляет 400—500 МПа, т. е.

сравним с прочностью углеродистых сталей.

Другой недостаток пластмасс — низкое значение модуля упругости, обусловливающее малую жесткость изделия. Модуль нормальной упругости у большинства пластмасс Е = (1—3)·103 МПа. Введение наполнителей повышает модуль упругости до (7—10)·103 МПа.

У стекловолокнитов и стеклотекстолитов Е = (1,5—3,0)104 МПа, что все же в 8—15 раз меньше модуля упругости стали. Ударопрочность пластмасс незначительна.

Удельная ударная вязкость ан большинства пластмасс равна 0,01—0,03 МДж/м2 и только отдельных пластмасс (тетрафторэтилена, поликарбоната, капрона, а также стекловолокнитов) достигает 0,1—0,3 МДж/м2.

Недостатком почти всех пластмасс является малая стабильность формы, обусловленная малой жесткостью, мягкостью (изменение формы под действием внешних нагрузок), высоким значением коэффициента линейного расширения (изменение размеров при колебаниях температуры), быстрым размягчением при повышении температуры (у термопластов).

Многие пластмассы набухают в воде, керосине, бензине и минеральных маслах. Некоторые пластмассы (политетрафторэтилен) отличаются свойством хладотекучести (ползучести).

Под действием сравнительно небольших напряжении (2—5 МПа) такие пластмассы приходят в состояние текучести даже при умеренных температурах (20—60°С) и неограниченно изменяют размеры, пока действует нагрузка.

К недостаткам пластмассовых изделий следует отнести также сильное влияние режима формования на их прочностные характеристики.

Отклонения от технологического режима приводят к рассеиванию прочностных характеристик в пределах одной и той же партии изделий.

У деталей сложной формы наблюдается рассеивание прочностных характеристик из-за неоднородности структуры, обусловленной различием условий формирования и отверждения пластмассового материала в различных участках детали.

Большинство пластмасс при длительном воздействии повышенных или низких температур, а также при многократных резких колебаниях температуры постепенно утрачивают первоначальные свойства, теряя прочность и становясь хрупкими. Длительное облучение ультрафиолетовыми лучами (прямой солнечный свет) делает пластмассы хрупкими; окрашенные пластмассы выцветают.

Светостойкость и устойчивость к атмосферным воздействиям пластмасс в некоторой степени можно повысить введением специальных стабилизирующих добавок. Отдельные разновидности пластмасс (например, тетрафторэтилен) обладают полной устойчивостью к атмосферным воздействиям.

Композиционные пластмассы. Синтетические смолы применяют в чистом виде или с наполнителями. Наполнители вводят в виде порошков, волокон, тканей, слоистых материалов. наполнителей в изделии колеблется в пределах 20—60% по массе.

Порошкообразные наполнители вводят в состав пресс-порошков, применяемых для прессования фасонных изделий. В качестве наполнителей применяют древесную муку, каолин, молотый кварц, слюду, графит, металлические порошки и т. д. Связующим служат чаще всего фенолоформальдегидные смолы. В последнее время применяют пресс-порошки на основе аминопластов.

Введение каолина повышает прочность и вязкость, асбеста — теплостойкость, слюды и кварцевой муки — диэлектрические качества. Металлические порошки повышают теплопроводность и увеличивают прочность; порошкообразный графит улучшает антифрикционные качества.

Волокнистые наполнители (хлопковые очесы, стеклянное волокно) применяют для увеличения прочности и ударной вязкости.

Наибольшее распространение среди волокнистых пластиков получили стекловолокниты, представляющие собой композицию отверждающих синтетических смол со стеклянными волокнами толщиной 5—10 мкм, обладающими большой прочностью и высоким модулем упругости. Введение стекловолокна повышает прочность пластиков в 3—4 раза.

Волокна могут быть рублеными или непрерывными, с беспорядочным или ориентированным расположением.

Максимальной прочностью обладают стекловолокниты с ориентированным волокном (стекловолокнистые анизотропные материалы СВАМ). Однако им присуща резкая анизотропия свойств: прочность в направлении волокон в 2—3 раза превышает прочность поперек волокон.

В качестве связующих применяют фенолоформальдегидные смолы, эпоксиды, полисилоксаны.

Стекловолокниты применяют для изготовления силовых оболочковых конструкций — корпусов легких судов, кабин, вагонеток, кузовов автомобилей. Из стекловолокнитов с ориентированным волокном изготовляют высокопрочные плиты и трубы.

Для изготовления изделий, от которых требуется повышенная теплостойкость, применяют асбоволокниты — композиции синтетических смол с асбестовым волокном.

Максимальной теплопроводностью обладают волокниты на основе полисилоксановых смол с кварцевым волокном.

Текстолиты получают горячим прессованием уложенных правильными слоями полотнищ хлопчатобумажной ткани, пропитанных отверждающимися синтетическими смолами.

В качестве связующих для текстолитов чаще всего применяют фенолоформальдегидные смолы с поливинилацетатом, с полисилоксаном, с эпоксидной смолой.

Слоистые пластики представляют собой опрессованные композиции синтетических смол со слоистыми наполнителями — крафт-бумагой (гетинакс), древесным шпоном (древесно-слоистые пластики ДСП). В качестве связующего чаще всего применяют фенолоформальдегидные смолы.

Наибольшее распространение в этой группе пластиков получили древесно-слоистые пластики, применяемые в качестве отделочного материала в строительстве, а также для изготовления силовых оболочковых конструкций.

Плотность ДСП равна (1,3—1,5)·103 кг/м3, прочность на растяжение 200—300 МПа; удельная ударная вязкость 0,1—0,2 кДж/м2, модуль упругости (15—20)· 103 МПа; теплостойкость 140—160°С; водопоглощаемость 5—10%.

Из ДСП изготавливают лопасти вентиляторов, воздушных винтов, лопатки первых ступеней аксиальных компрессоров, а также подшипники, выдерживающие большие нагрузки при умеренных и средних окружных скоростях.

Пористые пластики представляют собой вспененные смолы с равномерно распределенными порами. Вспенивания достигают введением в состав формируемых синтетиков газообразователей (порофоров) — веществ, выделяющих при температуре формования большие количества инертного газа.

В качестве газообразователя чаще всего применяют углекислый аммоний. Равномерное распределение пор обеспечивают введением эмульгирующих добавок. Поры составляют от 80 до 98% объема пластика.

Степень пористости и размер пор зависят от количества вводимых порофоров и эмульгаторов, от свойств исходных смол и от режима формования.

В зависимости от характеристик исходной смолы пористые пластики могут быть жесткими или эластичными. К первым относятся пористые пластики на основе термореактивных смол (фенолоформальдегиды, аминопласты) и отверждающихся полимеров.

Эластичные пористые пластики изготовляют на основе эластичных термопластов (поливинилхлориды, полиолефины). Упругие характеристики пористых пластиков можно регулировать совмещением смол различных свойств.

Особенностями пористых пластиков являются малая плотность (0,2—0,3)·103 кг/м3, весьма низкая теплопроводность (0,36—0,72)·10-4 Вт/(м·°С) и высокие тепло- и звукоизоляционные свойства. Прочность пористых пластиков более низкая, чем у массивных пластиков, притом в тем большей мере, чем больше пористость.

Различают две разновидности пористых пластиков: с преимущественно замкнутыми газонаполненными и с преимущественно открытыми, сообщающимися между собой порами. Первые называют пенами (или пенопластами), вторые — губками (или поропластами).

Пенопласты обладают более высокой прочностью, стойкостью и более высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, более устойчивы к воздействию различных атмосфер, чем поропласты.

Поропласты из эластичных полимеров применяют главным образом в качестве амортизирующего материала, для изготовления мягких сидений, для упругой подвески приборов и т. д.

Пенопласты используют главным образом в строительстве в качестве тепло- и звукоизолирующего материала. Пенопласты этого типа изготавливают в виде готовых плит и блоков, на основе полистирола и поливинилхлоридов. Теплостойкость их равна 60—80°С.

Пенопласты используют для заполнения оболочковых конструкций с целью увеличения их прочности и жесткости. Широкое применение получили пенопласты в самолетостроении для заполнения полостей отсеков, обтекателей, элементов оперения, роторов вертолетов, поплавков гидросамолетов и т. д.

Обеспечивая связь между стенками конструкции, пенопластовое заполнение способствует равномерной передаче рабочих нагрузок на силовые оболочки, резко увеличивает жесткость и устойчивость конструкций и позволяет сократить число внутренних металлических связей (нервюр и стрингеров), а во многих случаях совершенно исключить их.

Для изготовления оболочковых конструкций обычно применяют самовспенивающиеся пластики в виде полужидких смесей смол с порофорами, эмульгаторами и отвердителями.

Смесь заливают в полость между стенками конструкции и подвергают нагреву, в результате чего происходит вспенивание и отверждение пластика. Самовспенивающиеся массы для оболочковых конструкций должны обладать высокой адгезией к металлу, прочностью и жесткостью.

Так как прочность пенопластов зависит от степени пористости, применяют пористость не выше 80—90% [плотность (0,2—0,3)·103 кг/м3].

Самовспенивающиеся пластики изготовляют преимущественно на основе фенолоформальдегидных смол и фенолокаучуковых композиций. Применяют также пластики на основе полиуретанов и полисилоксанов. Теплостойкость полисилоксановых пенопластов достигает 150°С.

Для создания легких, прочных и жестких конструкций применяют также сотопласты, получаемые соединением тисненных по форме пчелиных сот хлопчатобумажных или стеклянных тканей, пропитанных термореактивными или отверждающимися смолами. Размеры сот 8—12 мм.

Наибольшей прочностью и жесткостью обладают металлические соты, получаемые склеиванием тисненой фольги из алюминиевых или магниевых сплавов, предварительно покрытой пленкой из фенолнеопреновых клеев или клеев из модифицированных эпоксидов. Эти же клеи служат для присоединения к сотам покровных оболочек.

Механическая обработка большинства пластмасс затруднительна, так как присущая им износостойкость вызывает быстрое затупление режущего инструмента. Изделия из пластмасс обрабатывают твердосплавным или алмазным инструментом при высоких скоростях резания и малых подачах. По качеству поверхности и прочности механически обработанные изделия уступают прессованным и литым.

Таким образом, изделия из пластмасс — это преимущественно изделия массового производства, где оправдано применение дорогостоящих пресс-форм, прессового оборудования и литейных машин.

Единичное изготовление изделий из пластиков непроизводительно и невыгодно. Исключение составляет лишь процесс изготовления крупногабаритных оболочковых конструкций из стекловолокнистых пластиков.

Этот процесс плохо поддается механизации и осуществляется в индивидуальном порядке с применением ручного труда.

Положительной особенностью пластмасс является легкость включения металлической арматуры при прессовании или литье под давлением. Это обеспечивает возможность создания пластико-металлических конструкций.

Многие пластмассы (аминопласты, полистиролы, поливинилхлориды, полиметилметакрилаты) в исходном состоянии прозрачны или имеют белый цвет и хорошо поддаются окраске.

Области применении пластмасс. Пластмассы — важнейшие конструкционные материалы современной техники. Основные области применения — это электротехника, радиотехника и химическое машино- и приборостроение.

Износостойкие пластмассы типа полиамидов и полиолефинов применяют для изготовления направляющих прямолинейного движения в металлорежущих станках. При условии защиты от абразивных веществ (металлических опилок, пыли, грязи и т. д.) пластмассовые направляющие могут длительно работать даже в условиях малой смазки.

Низкие механическая прочность и жесткость, малая стабильность формы — факторы, ограничивающие применение пластмасс для силовых деталей. Для таких деталей главным образом используют стеклопластики. Из них делают крупногабаритные конструкции оболочкового типа.

Пластмассы применяют для изготовления сепараторов подшипников качения. Сепараторы непосредственно отпрессовывают или же отливают под давлением.

Конечная отделка состоит только в удалении заусенцев, причем их удаляют не механически (остающиеся мелкие частицы могут повредить подшипник при эксплуатации), а другими способами, из которых наиболее приемлемым является обжигание пламенем.

Сепаратор должен иметь устойчивые размеры, и поэтому производят так называемую стабилизацию материалов (кипячение в масле и т. п.).

Ранее для изготовления сепараторов применяли только слоистые пластики с тканевым наполнителем (текстолиты). В настоящее время применяют главным образом тефлон (политетрафторэтилен), иногда пористый тефлон, который после пропитки маслом становится самосмазывающимся.

Широко распространены сепараторы подшипников с тонкослойным антифрикционным покрытием из пластмасс. Толщина покрытия не должна превышать 0,3 мм. Чтобы понизить трение, пластмассы, применяемые для сепараторов, обычно наполняют графитом или двусернистым молибденом.

Источник: https://inzhener-info.ru/razdely/konstruirovanie/detali-iz-plastmass/plastmassy-dlya-izgotovleniya-detalej-vidy-svojstva-primenenie.html

Refy-free
Добавить комментарий