Тема 14. Конструкційно-експлуатаційні матеріали.

14.1 Пластичні матеріали.

14.2 Клеючі матеріали.

14.3 Оббивні матеріали.

14.4 Ущільнюючі матеріали.

14.5 Електроізоляційні матеріали.

14.6 Матеріали з деревини.

14.7 Гумові матеріали.

Мета заняття: ознайомитися з конструкційно-експлуатаційними матеріалами, які використовуються при експлуатації автотранспорту.

14.1 Пластичні матеріали.

Вдосконалення конструкції автомобіля пов'язане з постійним розширенням застосування різних видів пластмас в якості конструкційних матеріалів.

Пластичні маси відносяться до полімерних высокомолекулярних синтетичних матеріалів. Їх можна зварювати,пресувати і прокатувати як метал. З них можна відливати деталі найскладнішої форми.

Найбільш швидкими темпами росте застосування таких пластмас як поліетилен, сополімер етилену з винилацетатом, поліпропілен, поліамід, полікарбонат. Очікується різкий ріст використання пластмас для виготовлення кузовних деталей.

Пластмаси використовують для виготовлення бамперів, в конструкціях дверей, багажників, капотів. Планується майже повний перехід до пластмасових паливних баків. Дуже важливо і те, що пластмаси економлять дорогі і дефіцитні кольорові метали. Типовий приклад - заміна металевих трубопроводів гальмівних систем на полиамидні.

До числа загальних позитивних техніко-економічних якостей пластичних мас відносяться наступні:

- нижча вартість пластмасових виробів порівняно з вартістю виробів з металів або інших матеріалів;

- мала густина, як правило що не перевищує 1500 кг/м.куб.що приблизно в 5-8 разів нижче, ніж у сталі;

- високе відношення міцності до густини, тобто значна питома об'ємна міцність;

- хороші электро-, тепло- і звукоізоляційні властивості;

- легка переробляємість у вироби, що вказує на високу технологічність;

- висока стійкість до різних агресивних середовищ;

- можливість надання виражених антифрикційних або виражених фрикційних властивостей;

- хороша прозорість і здатність забарвлюватися;

- стійкість до вібрацій.

Термопластичні полімерні з'єднання при нагріванні набувають пластичність, при охолодженні повертаються в твердий стан, повторно і неодноразово плавляться без зміни властивостей матеріалу. До них відносяться: полістирол, поліетилен, виніпласт та ін.

Термореактивні пластмаси (реактопласты) при повторному нагріванні внаслідок протікання безповоротних хімічних реакцій перетворюються на тверді важкорозчинні речовини, що не розм'якшуються (неплавкі). Тому формування деталей з термореактивних пластмас повинно випереджати процес утворення самої пластмаси, оскільки в протилежному випадку воно буде ускладнено або неможливе. До термореактивних пластмас відносять фенопласты, амінопласты, пресс-композиції на основі кремнійорганічних і поліэфірних смол.

При виготовленні автомобільних деталей з фенопластов найчастіше застосовують так звані шаруваті пластики: асботекстолит, текстоліт, карболіт. Накладки дисків зчеплення і гальм можуть бути изготовлені з азботекстоліту з добавкою каоліну. Із спеціального текстоліту виготовляють шестерні розподільчого валу двигунів, опорні шайби крильчатки водяных насосів двигунів, опорні шайби розподільних валів і інші деталі. З карболіту виготовляють кришку і ротор переривника-розподільника, ізолятори котушки запалення і інші деталі.

14.2 Клеючі матеріали.

Клеями називають рідкі або пастоподібні багатоокомпонентні системи, основою яких є високомолекулярні речовини, що мають високу адгезію до твердих поверхонь.

Склеювання вже давно застосовується для з'єднання деревянних і гумових деталей. Останніми роками створені клеї, що забезпечують надійне з'єднання тканинних матеріалів, пластмасових деталей і, нарешті, металевих деталей, а також металевих з неметалічними.

Клейові з'єднання не лише дуже технологічні, але і забезпечують високі споживчі якості автомобільної техніки. При склеюванні конструкція деталей або механізмів не ослабляется за рахунок отворів для болтів і заклепок і не утяжеляється із-за додаткової ваги кріпильного матеріалу і накладок. В той же час міцність клейового шва частенько не поступається міцності механічних з'єднань.

Клейові з'єднання не позбавлені і недоліків. Багато з них мають низьку теплостійкість а деякі з часом погіршують властивості внаслідок старіння клейового прошарку. Процес склеювання зводиться в загальному вигляді до наступних операцій:

- підготовка склеюваних поверхонь,

- нанесення на них клеєвого шару,

- спресовування і затвердіння клейового шару.

Широке застосування отримали клеї на основі епоксидних смол. Ці клеї отвердівають як при звичайних, так і при підвищенних температурах, володіють хорошими физико-механичними характеристиками і високою адгезією до металів і багатьох неметалічних матеріалів. Для них характерна хороша водо-бензостійкість. При ремонті використовують клеї ЭПО (ТУ 38-10972-82), ЭДП (ТУ 6-15-1070-82), епоксидну шпаклівку (ТУ 6-15-662-85) та ін.

Широке застосування знайшли клеї БФ-2, БФ-4 і БФ-6 (бутварофенолоальдегідні) - спиртові розчини термореактивної

фенолформальдегідної смоли, модифікованої (для підвищення еластичності швів) бутваром. Перші два служать для зєднання твердих матеріалів, а третій (БФ-6) - для склеювання тканин між собою і для прикріплення їх до металів, пластмас і так далі. Усі клеї серії БФ поставляються споживачам в готовому виді. Клейове з'єднання з них сушать при температурі 90-100 °С впродовж 1-3 год.

Деталі з термореактивних пластмас склеюються смоляними клеями ВИЛМ Би-3, БФ-2, БФ-4, К-17 на основі фенолформальдегідних, епоксидних і інших смол. Склеювання деталей забезпечується набряканням склеюваних поверхонь і появою клейкості. Для склеювання органічного скла застосовується дихлоретан або клей-розчин тирси органічного скла в мурашиній кислоті або у дихлоретані.

ПВА - поливинилацетат є продуктом полімеризації винилацетата. Має хороші плівкотвірні властивості, розчинний у багатьох розчинниках, тому основне застосування ПВА - склеювання паперу, тканини, шкіри, скла, кераміки, дерева. Розроблений ряд фарб на основі водних дисперсій ПВА.

Для приклеювання гумових деталей до металевих застосовують клей

№ 88, № 88Н, № 66 або термопреновый. Приклеювання гумових деталей до дерев'яних роблять за допомогою гумового клею НК.

14.3 Оббивні матеріали.

Оббивні матеріали призначені для обробки (оббивки) сидінь і кузовів автомобілів. В результаті салони і кабіни стають комфортабельніші, покращується їх тепло- і звукоізоляція. Тип матеріалів, вживаних для оббивки подушок і спинок сидінь а також внутрішньої оббивки кабін і кузовів, впливає на вигляд автомобіля, його вартість, витрати по догляду за оббивкою під час експлуатації.

До основних вимог, які повинні задовольняти оббивні матеріали, відносяться:

міцність на розрив і протидія стиранню, красива декоративна обробка, тепло- і звуконепроникність, довговічність, доступність і невисока вартість.

Оббивні матеріали, які використовуються для виготовлення і ремонту кабін, можуть піддаватися дії нафтопродуктів або їх пари. Тому міра стійкості оббивних матеріалів до дії нафтопродуктів також характеризує їх якість. Також важливо щоб оббивні матеріали допускали можливість їх ремонту, у тому числі методом склеювання.

Для оббивки подушок сидінь вантажних автомобілів використовується дерматин на черевичній тканині або автобім на черевичній тканині. Спинки сидінь оббиваються дерматином або автобимом на молескині, а також текстовінітом, що є бавовняною тканиною з поливінілхлоридним покриттям.

У легкових автомобілів для оббивки подушок і спинок сидінь також застосовують текстовініт, вельветон і інші матеріали. Для оббивних робіт, окрім вказанних застосовується велика номенклатура інших тканих і синтетичних матеріалів.

14.4 Ущільнюючі матеріали.

При зборці автомобільних вузлів виникає необхідність герметизації місць зєднання деяких деталей одна з одною. Набивальні (ущільнюючі) матеріали застосовують для ущільнення проміжків між рухомими і нерухомими частинами для запобігання просочуванню і витоків газу і рідини а також захисту внутрішніх частин агрегатів і механізмів від пилу, вологи і бруду. Розрізняють ущільнення для обертального і зворотно-поступального руху; у першому випадку застосовують сальники, а в другому – манжети, атакож ущільнення для нерухомих деталей - прокладки.

До найбільш поширених прокладкових матеріалів відносяться пробка, різні види хімічно обробленого паперу (пергамент, картон, фібра, гранична робоча температура яких рівна 150 °С), повсть (нагрівати не вище 75 °С), азбест (працездатний до 350 °С), різні марки паронітів (листи з вальцьованих вулканізованих сумішей азбесту, каучуків і наповнювачів що допускають нагрів до 150 °С), маслобензостійкий пароніт МБП-5 (забезпечує надійне ущільнення до

250 °С), ферронит 101 (армований металевою сіткою пароніт, працездатний до

400 °С) та ін.

Поліметалеві матеріали виготовляють з азбесту, джуту або парусини в якості м'якої середини, яка обмотуєтся фольгою або обплітається дротом.

Прогумовані матеріали отримують з азбестової тканини чи парусини просоченої сирою гумою і провулканізованої. Волокнисті матеріали є набивками з азбесту, джуту, прядива, повсті і тому подібне, просочені вяжучими речовинами. Особливо широко застосовують повстяні ущільнення.

Ущільнююча рідка прокладка ГИПК-244 призначена для герметизації нерухомих з'єднань деталей і складальних одиниць, працюючих у водяному, пароводяному, кислотно-лужному і маслобензиновых середовищах.

Ущільнююча мастика У-20А призначена для герметизації з'єднань в повітрі і водяному середовищах. Герметик Эластосил 137-83 герметизує нерухомі з'єднання у водяному, пароводяному, кислотний-лужному і масляному середовищах.

14.5 Електроізоляційні матеріали.

В якості електроізоляційних матеріалів можуть застосовуватися тільки такі матеріали, які не проводять електричний струм або проводять його дуже погано. Вони повинні також володіти необхідною механичною міцністю, тепло- і вологостійкістю. Такими матеріалами є вже розглянуті пластмаси, а також гуми, электроізоляційні лаки, азбест, фібра. Крім того, для цих цілей використовуються ізоляційна стрічка, пресшпан, слюда та ін.

Папір - листовий матеріал виготовлений з рослинних волокон і целюлози. Целюлоза - рослинні волокна, очищені від смол і інших компонентів. Картон - спеціально оброблений товстий папір (завтовшки 0,25-3 мм). Залежно від способу обробки картон набуаває оливо- і бензостойкості, електро- і термоізоляційності. Папір і картон застосовують як електроізоляційний, прокладочний і ущільнювачий матеріал.

Фібра - різновид паперового матеріалу, виготовляють її з паперу, просоченого розчином хлористого цинку. Відрізняється високою міцністю і добре піддається механічній обробці, оливо- і бензостійка. Недолік фібри - значна гігроскопічність (влагопоглощаемость), тому при зволоженні

вона деформується. Фібри застосовуються для изготов-

ления шайб, прокладок і втулок.

Пресшпан - випускається у вигляді листів твердого картону. Його отримують з паперової маси, просоченої льняною олією. Він застосовується для ізоляції в електричних машинах.

Ізоляційні лаки (№ 458, 460, 447, 13, 1154 та ін.) є сумішшю асфальту або бітуму, рослинної олії, органічного розчинника і сикативу. Вони застосовуються для ізоляції обмоток полюсних котушок генераторів і стартерів, а також для захисту електродеталей від вологи і нафтопродуктів.

Ізоляційна прогумована стрічка представляє собою сурову тонку бавовняну тканину (миткаль), просочену з однієї або двох сторін липкою сирою гумовою сумішшю. Липка ізоляційна стрічка - це плівковий пластик покритий шаром перхлорвінілового клею. Изоляційні стрічки випускають різних розмірів і кольорів.

14.6 Матеріали з деревини.

Основі цих матеріалів - деревині властивий цілий ряд цінних властивостей :

- висока питома міцність;

- хороша оброблюваність;

- надійність з'єднання (склеюванням, цвяхами, шурупами);

- легка забарвлюваність;

- здатність до наповнення компонентами різноманітного складу.

Проте деревині властиві істотні недоліки, а саме:

- зміна физико-механических властивостей в залежності від вологості;

- неоднорідність будови, а отже, неодинаковость властивостей в різних напрямах;

- гігроскопічність;

- схильність до гниття і поразки грибковими захворюваннями;

- підвищена горючість.

Для підвищення експлуатаційних характеристик деревину модифікують різними фізичними і хімічними методами.

Деревина - тканина вищих рослин, що складається з органічних високомолекулярних сполук. До числа найбільш загальних і характерних физико-механічних властивостей деревини відносяться:

- твердість;

- вологість;

- опір стискуванню, розтягуванню, зсуву, кручению, сколюванню.

До твердих порід відносяться: ясен, дуб, бук, береза, граб, в'яз. М'якими породами вважають: сосну, ялину, модрину, вільху, липу, тополю, осику, вербу.

Твердість деревини залежить від її вологості: з збільшенням вологості твердість зменшується. Вона залежить також від умов росту деревини, віку і інших чинників. Дефіцитнішою і дорожчою являється деревина твердих порід.

Стійкість деревини до займання підвищують обробкою її антипіринами в якості яких використовують вогнезахисні фарбові суміші на основі рідкого скла, що містять пігменти і наповнювачі, солі різних металів, що розкладаються при підвищеній температурі з утворенням безкисневого газового середовища.

При наповненні деревини синтетичними смолами з подальшою їх полімеризацією збільшуються її стійкість до гниття, опір стискуванню, твердість.

Розрізняють наступні види лісоматеріалів :

- круглі лісоматеріали (колоди, жердини);

- пиломатеріали (дошки, бруски, бруси);

- шпон - тонкі шари деревини, отримувані лущенням або струганням ствола.

Найбільш поширеним матеріалом для виготовлення або ремонту вантажних платформ автомобілів є дошки і бруси.

Натуральна деревина, через свої эксплуатаційні властивості, не повною мірою задовольняє потреби машинобудування. Ефективним шляхом підвищення експлуатаційних властивостей виробів з деревини являється розробка композиційних матеріалів на її основі. Залежно від виду деревного наповнювача, характеру його розподілу, типу єднального, технології виготовлення розрізняють наступні види деревних матеріалів:

- деревно-шаруваті пластики (Фанера);

- древопластики;

- композиційні деревні пластики (ДКП).

Деревно-шаруваті пластики (Фанера) - найбільш поширений вид конструкційних матеріалів на основі деревини. У основу технології отримання фанери покладений процес пресування заготовок деревини (шпону) просочених полімерними смолами, при заданій температурі. Для просочення шпону використовують розчини термореактивних смол, можливо використання і термопластів.

Древопластики - це композиційні матеріали, отримані ущільненням дисперсних часток деревини з додаванням єднального композиційного пластифікатора. Для підвищення стійкості древопластиков до дії ударних і вигинаючих навантажень, їх міцності і твердості до складу композицій вводять армуючи компоненти:

- металеву сітку;

- стружку, волокна і тканини різного складу;

- мінеральні дисперсні наповнювачі.

Композиційні деревні пластики (ДКП) отримують шляхом пресування з нагрівом часток деревини, просочених розчинами полімерів і олимеров, або

змішаних з порошками термопластів. При виготовленні ДКП використовують відходи деревини (тирса, стружки, некондиційний шпон і т. д.). В якості єднального пластика застосовують водо- і спирторозчинні фенолформальдегідні смоли, мочевино- і меламіноформальдегідні, полиэфирные, епоксидні смоли, суміші різних полімерних матеріалів.

Деревноволокнисті плити отримують пресуванням волокон деревини з додаванням єднальних наповнювачів. Матеріали такого типу використовують при оббивці кабін і кузовів автомобілів.

7. Гумові матеріали.

Завдяки високій еластичності і пружності, здатності поглинати вібрації і ударні навантаження, хорошій механічній міцності і опору стиранню, електроізоляційним і іншим властивостям гума є незамінним матеріалом для ряду автомобільних деталей. Гуму використовують для виготовлення опор двигуна; шлангів систем охолодження, живлення, мащення, опалення і вентиляції; привідних пасів; ущільнювачів кузова і кабіни; втулок ресор і інших деталей підвіски; манжет, шлангів, чохлів, діафрагм гальмівної системи; деталей амортизаторів, шумоізолюючих елементів передньої і задньої підвісок; колісних грязевых щитків, килимків для кабіни і кузова та ін. Та все ж головне застосування гуми на автомобілі - це пневматичні шини.

Автомобільні шини виготовляють з гуми, тканини і невеликої кількості сталевого дроту. У деяких конструкціях шин застосовується, окрім того, сталевий корд.

Інші гумові автомобільні деталі виготовляють або тільки з гуми, або із застосуванням тканин. При ремонті автомобільних шин використовують гуму і гумовотканинні матеріали або ж вироби з них.

Гуму отримують вулканізацією гумової суміші. Будь-яка гумова суміш містить каучук і вулканизуючу речовину - сірку (у шинних гумових сумішах сірки міститься до 3 % від ваги каучуку). Процес вулканізації полягає в нагріві гумової суміші до певної температури і витримці її при цій температурі впродовж часу, достатнього для того, щоб атоми сірки з'єднали в деяких місцях молекули каучуку (що має лінійну структуру), утворивши гуму - матеріал з просторовою структурою молекул, що має нові властивості, які відрізняються від властивостей каучуку. Температура вулканізації має бути вища за температуру плавлення сірки (120°С), але нижче температури плавлення каучуку (180-200°С).

Каучук підрозділяють на:

- натуральний (НК);

- синтетичний (СК).

Натуральний каучук добувають з молочного соку (латексу) каучуконосного дерева гевеї, а також каучуконосних рослин (кок-сагиз, тау-сагиз), що містять

латекс в коренях.

Синтетичний каучук отримують в основному з природнього і попутного нафтових газів, а також окремих вуглеводневих фракцій нафтопереробки.

Гуми поставляються споживачам у виді:

- напівфабрикатів - гумових сумішей, готових для переробки у вироби шляхом формування, армування і вулканізації;

- вулканізованих пластинів, шнурів;

- готових виробів - стрічок, пасів, рукавів і шин.

Гуми загального призначення працездатні в інтервалі температур від -50 до +150°С, і основними областями їх застосування є виготовлення:

- пневматичних шин і камер;

- конвеєрних стрічок;

- приводних ременів;

- інших гумотехнічних виробів.

Контрольні запитання:

1. Які загальні властивості пластичних матеріалів?

2. Охарактеризуйте два основні види пластмас.

3. Які пластмаси використовуються в автомобілебудуванні?

4. Які переваги і недоліки клейових зєднань?

5. Дайте характеристику використання клеючих матеріалів.

6. Яке призначення і основні вимоги до оббивочних матеріалів?

7. Яке призначення і основні вимоги до ущільнюючих матеріалів?

8. Яке призначення і види електроізоляційних матеріалів?

9. Охарактеризуйте матеріали з деревини і їх використання в автомобілях.

10. Охарактеризуйте матеріали з гуми і їх використання в автомобілях.

Розділ 3. Техніка безпеки та охорона навколишнього середовища при використанні автомобільних експлуатаційних матеріалів.