книги из ГПНТБ / Ситковский, И. П. Полимерные материалы на зарубежных железных дорогах

И. П. СИТКОВОКИЙ, ІВ. И. МАЕВСКИЙ)

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ЗАРУБЕЖНЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ

Москва «ТРАНСПОРТ» 1973

232с.

Вкниге даются сведения о применении полимерных материалов в пассажирских н грузовых вагонах, контейнерах, локомоти­ вах, верхнем строении пути, контактной сети и в некоторых железнодорожных сооруже­ ниях.

Описываются конструкции детален и их элементов из пластмасс н резни.

Рассчитана на инженерно-технических работников всех служб железнодорожного транспорта.

Рнс. 148, табл. 13, библ. 256.

Л ?

„3182-198

С 049(01)-73 198‘73

(Е) Издательство «Транспорт», 1973.

П Р Е Д И С Л О В И Е

Интенсивное развитие химической промышленности привело за последние десятилетия к созданию и промышленному производству большого количества полимеров и новых синтетических материалов на их основе. Мировое производство полимерных материалов увели­

масс к 1980 г. достигнет 73 млн. т, а по оценке западногерманской ■фирмы Хёхст — 90 млн. т [1]. По имеющимся прогнозам к 2000 г. мировое потребление пластмасс достигнет 1 млрд. 700 млн. т в год 12]. По производству пластмасс на душу населения первые места за­ нимают: ФРГ — около 75, Япония — 50 и США — 45 кг. Следует ■отметить, что в последнем десятилетии на фоне обычных в среднем тем­ пов роста основных отраслей промышленности производство синте­ тических смол и пластмасс в зарубежных странах развивалось значи­ тельно более быстрыми темпами. Рост производства пластмасс и син­ тетических смол по сравнению с ростом производства традиционных материалов, например, в США за прошедшие и прогнозируемые 10 лет в сопоставлении с выпуском их в 1957—1959 гг. характеризуется данными, приведенными в табл. 2 [3].

Одновременно можно отметить, что для промышленности пласт­ масс и химической промышленности в целом за последние 10—15 лет характерна тенденция к понижению цен. Хотя ценообразование в про­ мышленности капиталистических стран представляет очень сложный процесс и на цены воздействуют многочисленные факторы, однако принято считать, что уровень и динамика цен свидетельствуют о тех­ ническом прогрессе в данной отрасли промышленности.

Таблица 1

Выпуск пластических масс и синтетических смол

3

и пластмассы за десятилетний период в странах с наиболее развитой химической промышленностью снизились на 10, а на многие материа­ лы на 40% [4].

Представляет интерес сравнение зарубежных и отечественных цен на полимерные материалы, так как это позволяет в определенной мере судить об общественно необходимых затратах труда и в известной мере оценить уровень развития того или иного производства в отдель­ ных странах. Однако проведение прямого сравнения оптовых цен на продукцию химической промышленности и конкретно, например, на полимерные материалы в СССР и за рубежом практически весьма затруднено из-за их несопоставимости. В разных странах одинаковое название продукта не гарантирует одинакового их качества. При этом большое значение имеют чистота продукта, концентрация его, условия реализации, расфасовка и т. п.

Сотрудниками Института технико-экономических исследований хи­ мической промышленности сделана попытка приведения некоторых химических продуктов в отдельных зарубежных странах в сопостави­ мый вид [4]. Анализ показал, что цены большинства продуктов орга­ нического синтеза за рубежом ниже отечественных. Предполагается, что одной из основных причин высоких отечественных цен на такую продукцию является, по-видимому, меньшее развитие их производ­ ства по сравнению, например, с США, Японией или ФРГ. Вместе с тем в перспективе предусматривается снижение и отечественных цен на большинство полимерных материалов.

Общее снижение цен на пластмассы в зарубежных странах проис­ ходит в основном за счет полимеризационных пластиков. Производ­ ство их быстро растет, технология совершенствуется. Наблюдается снижение цен главным образом на такие пластики, как поливинил­ хлорид, полистирол, полиэтилен, полипропилен, поливинилацетат

идр. Цены на фенопласты, мочевино- и меламиноформальдегидные пластмассы тоже имеют тенденцию к снижению, хотя и менее ярко вы­ раженную. Динамика цен на пластические массы, например, в США

иАнглии за период с 1955 г. (100%) по 1965 г. приведена в табл. 3 [5].

4

Сочетание своеобразных положительных свойств полимерных ма­ териалов открыло новые пути и возможности совершенствования современной техники во всех отраслях общественного производства. Больше того, оказалось, что дальнейшее развитие и прогресс многих областей человеческой деятельности без использования полимерных материалов практически не осуществимы. Во многих случаях приме­ нение смол, пластических масс и резин явилось предпосылкой для создания совершенно новых эффективных производственных процес­ сов, в ряде случаев позволило в корне изменить и улучшить сущест­ вующие, а в большинстве содействовало их совершенствованию. Все это стимулировало значительные изыскания, исследования и конст­ рукторско-технологические разработки по использованию полимер­ ных материалов во всех отраслях техники. Большие работы в этом направлении проводятся и в железнодорожной технике. При этом они широко осуществляются как в промышленности, поставляющей ва­

и осуществляющем перевозочные процессы и ремонт всех транспортных средств.

За последние 10—20 лет на отечественном железнодорожном транс­ порте так же, как и на железных дорогах других экономически раз­ витых стран, использование полимерных материалов было особенно интенсивным. Применение их в разнообразном оборудовании желез­ нодорожной техники — в устройствах и аппаратуре автоматики, теле­ механики и связи, во всех типах локомотивов, пассажирских и грузо­ вых вагонов, в верхнем строении пути, в железнодорожных сооруже­ ниях и контактной сети — дает значительный технико-экономический эффект. Во многих случаях применение пластических масс, резин и дру­ гих полимерных материалов способствует решению таких актуальных проблем эксплуатационной работы железнодорожного транспорта, как повышение безопасности и скорости движения поездов, улучшение перевозочного процесса, увеличение производительности транспорт­ ных средств, снижение веса тары подвижного состава, повышение надежности и срока службы железнодорожного оборудования. Важ­ ность и значение этих проблем для выполнения задач, поставленных XXIV съездом КПСС по повышению эффективности эксплуатацион­ ной работы железнодорожного транспорта, чрезвычайно велики.

Исследовательские и конструкторско-технологические работы, проводимые в этой области на отечественном железнодорожном транс­ порте, с учетом уже имеющегося опыта применения полимерных ма­

5

пути и в оборудовании других технических средств железнодорож­ ного транспорта охватывают большую сферу технических задач. Решением их занимаются железные дороги также и других стран

это объясняется разной степенью развитости химической промыш­ ленности, выпускающей полимерные материалы.

В Советском Союзе потребности железнодорожного транспорта в пластических массах, резинах и других полимерных материалах значительно превышают возможности поставки их химической про­ мышленностью. Однако темпы ее развития в последние десятилетия и в текущей пятилетке вдвое-втрое превышают темпы развития соот­ ветствующих химических отраслей зарубежных, передовых в экономи­ ческом отношении стран. Это создает уверенность в постепенном сокра­ щении разрыва между потребностью в полимерных материалах и де­ талях для совершенствования железнодорожного оборудования и по­ ставками их промышленностью. В связи с этим для наиболее рацио­ нального использования этих материалов большое значение приобре­ тает информация об исследованиях и опыте применения их в железно­ дорожной технике на зарубежных дорогах.

Целью настоящей книги является ознакомление инженернотехнических работников железнодорожного транспорта и транспорт­ ного машиностроения с применением синтетических смол, пласти­ ческих масс и резин в подвижном составе, контейнерах, устройстве пути, сооружениях и контактной сети зарубежных железных дорог. Авторы не задавались целью освещения исследований и опыта приме­ нения полимерных материалов на отечественном железнодорожном транспорте, достаточно подробно описанных в трудах ЦНИИ и других литературных источниках, опубликованных за последние 5—10 лет. Не ставили они своей задачей и сопоставление отечественного и зару­ бежного опыта в области использования полимерных материалов.

Книга не претендует на исчерпывающее освещение использования полимерных материалов на зарубежном железнодорожном транспорте, однако авторы надеются, что изложенный материал заинтересует ши­ рокий круг инженерно-технических работников железнодорожного транспорта, транспортного машиностроения и строительства.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.К о с т а н д о в Л. А. Научно-технический прогресс в химической про­ мышленности. М., Изд-во «Знание», 1971.

2.Modern Plast., 1966, 43, № 12, 99.

3.Modern Plast., 1968, 45, № 10, 35.

НИИТЭХИМ, М„ 1968.

Г л а в а 1

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНАХ

1. Общие сведения

Успехи в развитии производства пластмасс и других полимерных материалов, с одной стороны, и стремление к совершенствованию конструкции пассажирских вагонов и повышению их комфортабель­ ности — с другой, привели к значительному использованию полимер­ ных материалов в пассажирском подвижном составе. Они широко применяются для деталей и элементов внутреннего оборудования, тепло- и звукоизоляции, деталей амортизационных устройств ходовой и экипажной части и для антикоррозионной защиты стальных эле­ ментов кузовов вагонов.

Стремление зарубежного вагоностроения к снижению веса тары пассажирских вагонов привело в последние годы в некоторых слу­ чаях к изготовлению отдельных несущих деталей кузовов вагонов из высокопрочных пластмасс.

В США, Японии, Англии, ФРГ, Франции, Италии и некоторых других странах использованию в подвижном составе стеклопластиков на основе полиэфирных смол с наполнителями из стеклоткани, стек­ ломатов, ровницы, жгута, волокна уделяется большое внимание. Это объясняется, главным образом, большой прочностью материалов этого типа при малом удельном весе (1,5—2 г/см3). При этом все ха­ рактеристики стеклопластиков во многомзависят от состава материа­ ла и технологии изготовления детали, т. е. они в определенной степе­ ни управляемы. Типами связующей смолы и стеклянного наполни­ теля, соотношением того и другого, характером размещения напол­ нителя в структуре материала и детали, методом изготовления мате­ риалов и детали достигается большой диапазон значений прочност­ ных характеристик изделий из стеклопластиков. К достоинствам стеклопластиков, кроме того, относятся: хорошие теплоизоляционные и звукоизоляционные свойства, коррозионная стойкость, повышенные электроизоляционные свойства, радиопрозрачность (способность про­ пускать высокочастотные электромагнитные волны), простота изго­ товления изделий сложной конфигурации всеми способами прессова-. ния, характерными для переработки пластмасс.

Способность стеклопластиков на полиэфирных и эпоксидных смолах отверждаться при нормальных давлении и температуре от­ крывает возможность простого изготовления из этих материалов круп­ ногабаритных изделий любой формы методами так называемого кон­ тактного формования и напыления, не требующими какого-либо сложного, дорогостоящего оборудования и оснастки. Введением в сос­ тав материала антипиренов достигается негорючесть изделий из стек­ лопластиков.

7

Масштабы использования стеклопластиков в подвижном составе в разных странах различны. Наибольший опыт изготовления и эксп­ луатации железнодорожных изделий из стеклопластика накоплен в Англии, США, ФРГ и особенно в Японии [1]. В ряде других стран проводятся широкие эксперименты, проверка в эксплуатации опыт­ ных серий или партий изделий.

Главное направление использования стеклопластиков в вагонах заключается в применении их для создания силовых, несущих или частично выполняющих такие функции конструкционных элементов. Применяют стеклопластики и для крупногабаритных частей и деталей кузовов. Часто их используют в целях упрочнения, а также для об лицовки древесины и особенно фанеры при изготовлении из нее пане­ лей, плит и других конструкционных деталей.

Из стеклопластиков изготовляются: крыши целиком и элементы крыш вагонов, торцовые стены головных вагонов электропоездов, кабины машинистов и топливные баки локомотивов и дизель-поездов, водяные баки и кабины санузлов пассажирских вагонов целиком, каркасы кресел и диванов, двери, оконные рамы, перегородки, полы в туалетных и машинных помещениях, аккумуляторные ящики и дру­ гие изделия [1—6].

Применение стеклопластиков для упрочнения деревянных и фа­ нерных стен, перегородок и других элементов внутренней обшивки вагонов, а также для повышения их долговечности широко практику­ ется в США и ФРГ.

Технический процесс облицовки стеклопластиком фанеры, дере­ вянных панелей или древесноволокнистых плит осуществляют нане­ сением на их поверхность сначала смолы, а затем предварительно про­ питанного смолой стеклянного наполнителя (стеклоткань, стеклохолст, стекломат, стеклянное волокно). Материал стеклопластика наносится в один или несколько слоев в зависимости от требуемой толщины, на одну или на обе поверхности панелей с уплотнением каж­ дого нанесенного слоя. Подготовленные таким образом панели и плиты подвергаются затем выдержке при повышенной температуре, что зна­ чительно ускоряет процесс отверждения стеклопластика. При высо­ кочастотном обогреве продолжительность процесса облицовки стекло­ пластиком, например, фанерной панели продолжается всего 2—4 мин. В преобладающем большинстве случаев стеклопластик для упрочнения фанеры и древесноволокнистых плит или для непосредственного про­ изводства из него тех или иных деталей пассажирских вагонов изго­ товляют на основе полиэфирных смол.

Преимущественное использование полиэфирных смол для изго­ товления стеклопластиков в производстве силовых и других конструк­ ционных изделий объясняется их невысокой по сравнению с другими смолами стоимостью, а также способностью отверждаться в условиях нормальной температуры и давления. Кроме того, эти смолы обладают высокой адгезией к стеклянному наполнителю, что улучшает прочност­ ные характеристики пластика. Они прозрачны и не темнеют со време­ нем. Это позволяет в случае необходимости придания изделию из стек­ лопластика той или иной расцветки вводить соответствующие краси-

8

тели в смолу в процессе изготовления изделия. Таким образом можно получить элементы конструкции нужного цвета, не требующие окрас­ ки в течение 10—15 лет.

Крупногабаритные изделия из стеклопластиков чаще всего изго­ товляют формованием, или так называемым контактным способом или методом наслаивания. Применяют и другие методы, такие, напри­ мер , как вакуумное формование или формование в эластичных ем­ костях с помощью эластичных пуансонов под незначительным избы­ точным давлением. Используют также формование и методами впры­ скивания или напыления, когда стекловолокнистая масса, смешанная со смолой, инициаторами отверждения и отвердителями, пневмати­ чески наносится распылением на соответствующую негативную мо­ дель или форму изделия. Лобовые стены и крыши вагонов, кабин машинистов, кабин санузлов изготовляют, главным образом, контакт­ ным методом. Изделия типа панелей или листов с использованием

более широко применяются в Японии. Такие крыши имеют вагоны электропоездов серии «Кадома», типа 7000, курсирующие с 1970 г. на линии Осака—Кобе [2], и вагоны скоростных поездов на линии Новая Токайдо [3] (рис. 1, 2). Толщина крыш примерно 3 мм; неко­ торые из них имеют лакокрасочное покрытие с наполнителем, содер­ жащим алюминиевую пудру. На железных дорогах Франции, Швеции и ФРГ крышами из стеклопластиков оборудованы вагоны некоторых серий дизельных и электропоездов (рис. 3, 4). На железных дорогах ГДР, Англии, США из стеклопластиков изготовляют отдельные эле­ менты крыш вагонов. В Швеции эксплуатируются дизель-поезда типа Y-3 с двухэтажными вагонами, построенными в ФРГ, крыши которых выполнены из трехслойных конструкционных панелей типа «сэндвич». Оболочки панелей (внутренние и внешние стороны крыш) сделаны из листового стеклопластика, а пространство между ними заполнено пенопластом. Крыши нескольких опытных вагонов пригородных элект­ ропоездов г. Гамбурга смонтированы из отдельно изготовленных из стеклопластика шести секций. Во Франции из стеклопластика вы­ полнены крыши вагонов-автомотрис серии 4250.

Главной целью применения крыш из стеклопластика вместо ме­ таллических является стремление к снижению веса вагона. Пласт­ массовые крыши примерно вдвое легче металлических. При этом в свя­ зи с меньшей звукопроницаемостью их уменьшается потребность в про­ тивошумных и звукоизолирующих материалах. Срок службы крыш из стеклопластика значительно выше металлических благодаря кор­ розионной стойкости материала.

'9