книги из ГПНТБ / Кричевский, М. Е. Химия ремонтирует

нили о баллоне со фтором, находящимся в тамбуре по­ мещения лаборатории за сгоревшей дверью, и открыли его, то увидели, что баллон пуст. В чем дело? Куда девал­ ся фтор? Внутри на стенках баллона лежали мягкие белые хлопья, образовавшие местами тончайшую матовую плен­ ку. Новое вещество долго оставалось загадкой. Оно в ог­ не не горит, в воде не тонет, в кислотах не растворяется, не реагирует на самый лютый холод... Поистине сказоч­ ное сочетание свойств, не правда ли?

Вещество оказалось продуктом полимеризации фто­ ра, вступившего при очень высокой температуре в реак­ цию с неведомо как попавшим в баллон углеродом. Ве­ щество назвали фторопластом.

В промышленных масштабах при полимеризации про­ изводных этилена, в которых атомы водорода заме­ щены фтором, получают: из тетрафторэтилена — фторо­ пласт-4, из трифторхлорэтилена — фторопласт-3.

Фторопласт-4 обладает непревзойденной химической стойкостью, превосходящей все другие природные и син­ тетические материалы. Он выдерживает «царскую водку» (смесь соляной и азотной кислот), которая растворяет даже золото. Не случайно его называют платиновой пластмассой.

Фторопласт-3 несколько прочнее фторопласта-4, но уступает ему в теплостойкости.

Фторопласты ценятся и как материалы с прекрасными антифрикционными свойствами. Во Франции даже нача­ ли выпускать пилы, покрытые фторопластом. Сопротив­ ление трению получается очень незначительным, и в ре­ зультате производительность труда существенно повыша­ ется. Фторопласты, несомненно, найдут ш ирокое приме­ нение во многих отраслях машиностроения.

А вот пример того, как полимер, впервые полученный свыше семидесяти лет назад, из-за сложного промышлен­

31

ного освоения практически начал использоваться лишь немногим более десяти лет назад. Это поликарбонат, об­ ладающий весьма высокой механической прочностью в связи с упорядочением расположения боковых ответвле­ ний в молекуле. Изделие из поликарбоната выдерживает удар до 180 килограммов на каждый квадратный сан­ тиметр. Вот цена упорядочения!

Теперь поговорим о другой группе полимерных мате­ риалов — реактопластах. Это составы на основе эпоксид­ ных смол, полиэфиры, фенопласты и другие материалы.

Перед нами жидко-тягучая масса. Если в нее добавить специальное вещество, она затвердеет. Это один из луч­ ших синтетических клеев — эпоксидный. Сырьем для не­ го служит эпоксиданая смола, молекулы которой легко перемещаются относительно друг друга. С помощью

'отвердителя молекулы образуют поразительно прочную связь с металлом, древесиной, стеклом и некоторыми другими материалами.

Образуется же эпоксидная смола по такой цепочке: из ацетона и фенола получают дифенилолпропан, кото­ рый при взаимодействии с эпихлоргидрином (производи­ мым из пропилена) дает эпоксидную смолу.

Пластмассы — составы на основе эпоксидных смол — обладают высокой прочностью, легки и удобны в приме­ нении. И вот конструкторы задумались: нельзя ли и их ис­ пользовать для изготовления деталей машин.

Всамом деле, м ож но ли признать нормальным, когда «мертвый» вес автомобиля, особенно легкового, в три — пять раз больше веса его полезной нагрузки? Конечно, нет.

Был в свое время такой путь: снижение веса автомо­ биля за счет замены стали другими, более легкими м е ­ таллами. Наглядный пример — французский автомобиль «Панар-Дина», сделанный почти целиком из алюминия и

32

его сплавов. Его вес 650 килограммов при пяти-шести- местном кузове. Но алюминиевый сплав не менее дефи­ цитный и дорогой, чем сталь. А технология изготовления автомобиля сложнее.

И тогда конструкторы обратили внимание на пластмас­ су. Во всех странах сейчас ведутся большие работы по изготовлению автомобилей с пластмассовыми кузовами. На улицах наших городов уже м ож но увидеть красивый и удобный микроавтобус «Старт» с таким кузовом . В СШ А и ГДР пластмассовые кузова установлены на автомобилях крупносерийного производства — «Ш евроле-Корветт» и «П-70 Цвиккау».

Правда, надо помнить, что стенки пластмассового ку­ зова толще, чем стального, и снижение веса автомобиля за счет этого будет составлять примерно 10— 15 процен­ тов. Но, кроме этого, есть масса других преимуществ: устранение коррозии, лучшая тепловая и звуковая изоля­ ция, возможность исключить технологические операции окраски кузова и т. д.

Но раз нужна очень большая прочность, одной пласт­ массе не справиться. И тут начинаются поиски.

Вспомним, что в свое время армирование бетона ме­ таллом открыло новые возможности использования ж е­ лезобетона в технике и строительстве. Так же было и с армированием резиновых шин кордом . Армирование пластмасс также значительно их усиливает и приближает по прочности к стали. В данном случае роль металличес­ кого каркаса выполняет стеклянная нить. Да, да, стеклян­ ная нить. Мы не оговорились. Издавна известна хрупкость стекла. Толстый брусок стекла нельзя согнуть, он сразу сломается. Но, оказывается, если из стекла вытянуть нить толщиной в тысячную долю миллиметра, она приобретает новые свойства. Эти паутинные волокна обладают уди­ вительной гибкостью и эластичностью. Из них и делают

пряжу. В сочетании с пластмассой — это уже стекло­ пластик.

Предел прочности на разрыв у стеклопластика 4000 — 7000 килограммов на квадратный сантиметр, в то время как у стали марки Ст. 3 — 3800— 4700. Убедительно, не правда ли?

При изготовлении стеклопластика стекло вводят в

смолу в виде мелко нарезанных волокон, стеклоткани или ваты. От того, какой наполнитель использован, зави­ сят свойства пластмассы.

Стеклопластик в пять раз легче стали и в полтора раза легче дюралюминия. Сравните, после 20 миллионов цик­ лов переменных нагрузок (сжатие — растяжение) сталь­ ная пружина теряет 35 процентов первоначальной проч­ ности, а пружина из стеклопластика — только 6 про­ центов.

Диапазон применения стеклопластика очень широк: от автомобильных кузовов до антимагнитных радарных кол­ паков ракет.

Но как же из этого материала изготовить, например, кузов автомобиля? Давайте посмотрим, как это делается на заводе.

В одном из цехов рулоны стеклянного волокна разво­ рачивают и слой за слоем укладывают в громадные от­ крытые формы. Потом их обильно пропитывают, напри­ мер, полиэфирной смолой с соответствующим отвердителем. Затем ткань уплотняют, для чего обкатывают ее специальными роликами. Наконец, ф орму открывают, и происходит удивительное превращение: вместо мягкого стеклянного волокна, пропитанного пластмассой, полу­ чился прочный кузов машины.

Для изготовления простых по форме и значительных по габаритам деталей применяют также стеклопластики, получаемые методом напыления. Напыление происходит

34

при одновременной подаче сжатым воздухом струй руб­ леного стекловолокна, смолы и отвердителя, которые при встрече смешиваются и наносятся на матрицу (форму), покрытую специальным разделительным слоем. Для ме­ таллических матриц в качестве разделителя применяют раствор полиизобутилена в бензине; для дерева, гипса и других материалов — водно-спиртовой раствор поливи­ нилового спирта.

Получившийся после напыления рыхлый слой прика­ тывают ребристыми дюралевыми роликами. Операцию напыления и прикатки повторяют несколько раз, если тол­ щина изделия большая, и один раз, если она малая. В та­ кой пластмассе стеклянного волокна содержится до 45 процентов.

Но стеклопластик стеклопластику рознь. Вот СВАМ — стекловолокнистый анизотропный материал. В отличие от стеклопластика, где наполнителем является стеклянная ткань, наполнителем СВАМ служит стеклянное волокно. Оно и придает материалу анизотропность, то есть неод­ нородность.

Анизотропен, например, ствол дерева. Его прочность в продольном направлении гораздо больше, чем в попе­ речном. Технике очень нужны анизотропные материалы, и СВАМ — один из них. В том направлении, в котором расположены стеклянные волокна, он чрезвычайно про­ чен. О его прочности свидетельствуют такие испытания. Для того чтобы разорвать брусок дерева, надо прило­ жить усилие в 10 килограммов на каждый квадратный миллиметр, для бруска СВАМа — 90 килограммов!

уступая по прочности обычным стеклопластикам, он почти в два раза легче их. Теплопроводность и коэффициент те­ плового расширения пластмассы, армированной полыми

шариками, на 30 процентов ни­ же, чем у обычных стеклоплас­ тиков.

Наконец, нельзя не сказать о большой группе прессовочных материалов, изготовляемых, на­ пример, на основе фенольноформальдегидных смол, — о фенопластах. Более 90 процен­ тов фенопластов выпускается в виде различных прессовочных материалов: порош ков, волок­

распространение получают сло­ истые пластмассы, изготовлен­ ные горячим прессованием на­ ложенных друг на друга неско­ льких слоев одного из волок­ нистых наполнителей, пропитан­ ных смолами. Если в качестве наполнителя применяют бу­

магу, получают гетинакс, если хлопчатобумажную ткань— текстолит, асбестовую ткань — асботекстолит, стеклянную ткань — стеклотекстолит, а если древесный шпон — дре­ весно-слоистые пластики (ДСП).

Кроме того, для изготовления деталей повышенной прочности довольно широко применяются отходы произ­ водства слоистых пластиков — текстолитовая и древесная крошка.

Нельзя не упомянуть добрым словом такие материа­ лы, как пено- и поропласты. По внешнему виду они пред­ ставляют как бы застывшую пену, состоящую из милли­ ардов миниатюрных закрытых пузырьков, внутри которых

36

СМОЛА ЗАМЕНЯЕТ СВАРКУ

Первыми простейшими орудиями труда на заре чело­ вечества были камень и палка. Связав их вместе, человек положил начало технологии соединения предметов и ма­ териалов, развитие которой позволило в дальнейшем соз­ давать различные сложные механизмы, машины и си­ стемы.

Сейчас существуют десятки всевозможных способов соединения материалов и, в частности, металлов. Пожа­ луй, наиболее распространенным из них является сварка. Но при всех ее преимуществах неизбежны значительные внутренние напряжения в зоне сварного шва и, как след­ ствие этого, снижение прочности свариваемых деталей. Кроме того, часто нееозможно сверить не только разно­

38

родные материалы, но и некоторые широко применяе­ мые стали, обладающие, к сожалению, плохой сваривае­ мостью.

Но особенно большие трудности возникают при свар­ ке чугуна. Это прежде всего плохая обрабатываемость режущ им инструментом наплавленного шва и зоны его термического влияния. Кроме того, могут образовывать­ ся трещины от перепада температур м ежду основным ме­ таллом и сварным швом. Возможно также возникновение пор и раковин в наплавленном шве в результате окисле­ ния графита в чугуне. Подогрев детали при сварке хотя и снижает возможность появления этих дефектов, но усложняет технологический процесс ремонта деталей, а в ряде случаев оказывается практически неосуществимым.

Итак, появилась настоятельная необходимость в ряде случаев заменить сварку каким-либо другим, простым и надежным способом соединения металлов. И здесь на помощь пришла пластмасса. Еще совсем недавно челове­ ка, предложившего заменить сварку соединением на пластмассе, подняли бы на смех. Сегодня же во многих областях техники так и делается.

Возьмем такой пример. Как известно, при сгорании топлива в цилиндрах автомобильного или тракторного двигателя выделяется очень большое количество тепла. Около 25 процентов его преобразуется в полезную рабо­ ту, немногим более 30 процентов уходит с отработанными газами, расходуется на трение в механизмах, излучается через стенки двигателя. Но оставшегося тепла еще на­ много больше, чем требуется для оптимального теплово­ го режима двигателя, а следовательно, для его наиболь­ шей мощности и долговечности. Это «лишнее» тепло необходимо забрать у «горячих» цилиндров и других де­ талей и передать окружаю щ ему воздуху. Для этого и слу­ жит система охлаждения двигателя: тепло отводится у

39

большинства двигателей охлаждающей жидкостью , чаще всего водой, циркулирующей в замкнутой системе, и пе­ редается окружаю щ ему воздуху в специальном теплооб­ меннике — радиаторе.

Но что делать, если нарушена система охлаждения — появились трещины, утечка охлаждающей жидкости, теп­ ловой режим двигателя не обеспечивается? Из-за одной— двух трещин снаружи блока цилиндров надо устанавли­ вать новый двигатель? А если образовалась трещина в головке блока? Что делать?

Как, что делать? — Ремонтировать, сваривать повреж­ денные детали, а если не удается, — заменить их новы­ ми, скажете вы.

Но ведь это сложно, долго, а в последнем случае очень дорого. Что же, и здесь полимеры будут весьма кстати. А среди них составы на основе эпоксидной смолы. Их рецептура может быть различной в зависимости от назначения, но, как правило, в них присутствуют четыре основные компонента: связующий материал, отвердитель, пластификатор и наполнитель.

В ремонтной практике в качестве связующего хорошо зарекомендовала себя эпоксидная смола марки ЭД-6, обладающая высокой сцепляемостью, адгезией к метал­ лу. Она представляет собой густую прозрачную жидкость от светло-желтого до светло-коричневого цвета. Постав­ ляется потребителям в металлических бидонах и может долго храниться в складских условиях при температуре

10— 30°С.

Назначение отвердителя заключается в том, чтобы со­ здать с эпоксидной смолой реакцию, при которой образу­ ется твердый полимерный материал. Ведь эпоксидная смола без введенного в нее соответствующего отверди­ теля не отверждается. В условиях ремонтных предприя­ тий сельского хозяйства в качестве отвердителя наиболее

40