книги из ГПНТБ / Технология металлов и конструкционные материалы учебное пособие
..pdfРаздел третий
НЕМ ЕТАЛЛИ ЧЕСКИЕ КОНС ТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Г л а в а VII
ДРЕВЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Древесина в натуральном виде и в виде шпона, фанеры и лигностона находит широкое применение во всех от раслях народного хозяйства в качестве строительного материала и сырья для машиностроительной и химиче ской промышленности. Из дерева изготовляют значи тельное число деталей сельскохозяйственных машин: вкладыши подшипников в комбайнах и лущильниках, планки мотовила жаток, сцепки, каркасы веялок, брусья копнителя и т. п.
Из древесины вырабатывают бумагу, картон, скипи дар, канифоль, метиловый и этиловый спирты; ее при меняют при производстве пластмасс.
§ 35. Строение и свойства древесины
Древесина имеет слоисто-волокнистое строение, которое обычно рассматривают в трех разрезах (рис. 47): в по перечном или торцовом — поперек волокон ствола; в ра диальном— вдоль волокна ствола по диаметру или ра диусу; в тангенциальном — вдоль ствола, под некоторым углом к оси волокон. На поперечном (торцовом) разре зе ствола различают кору, внутренний слой которой на зывается лубом, заболонь, ядро, сердцевину, годичные кольца и сердцевинные лучи.
Физические свойства древесины. Различают следую щие физические свойства древесины: влажность, плот ность, гигроскопичность, тепло-, звуко- и электропровод ность, текстуру и др.
Под влажностью древесины подразумевается количе ство содержащейся в ней воды, выраженное в процен тах от веса сухой древесины. Влажность, вычисленная по отношению к абсолютно сухой древесине (высушен ной при температуре 95—105°С), называют абсолютной,
И
а по отношению к весу древесины до высушивания — относительной. Относительной влажностью пользуются только при характеристике состояния древесного топ лива.
При высыхании древесины наблюдается ее усушка, т. е. уменьшение линейных размеров и объема. Усушка вдоль волокон составляет 0,1%, в радиальном направле нии 3—5% и в танген циальном 6—10%. При увлажнении происхо дит разбухание древе сины, т. е. явление, об ратное усушке. Усуш ка и разбухание— от рицательные свойства древесины, вызываю щие ее растрескивание
и коробление.
Плотностью древе сины называется мас са единицы объема дре весины, кгс/м3 (г/см3). Плотность -служит показателем техниче ских свойств древеси ны. Чем больше плот ность, тем прочнее дре весина. Сравнивать древесину различных
пород по плотности можно лишь при одинаковой влаж ности (15%).
Плотность древесного .вещества не зависит от поро ды и в среднем равна 1,54 (с колебаниями 1,499—1,564).
Гигроскопичностью древесины называется ее способ ность поглощать влагу из окружающего воздуха. Для уменьшения гигроскопичности древесину покрывают ла
ками, красками или пропитывают искусственными смо лами.
Теплопроводность и тепловое расширение древесины незначительны и практического значения не имеют.
Сухая древесина является хорошим проводником звука, особенно вдоль волокон.
Электропроводность древесины зависит от породы „черева, направления тока по отношению к волокнам,
112
влажности и температуры материала. Абсолютно сухая древесина является изолятором.
Текстурой называют рисунок, образующийся на сре
зах древесины при перерезании волокон, сосудов и .серд цевинных лучей. У разных пород этот рисунок различен, поэтому по текстуре можно распознавать породу древе сины.
Механические свойства древесины. К механическим свойствам относятся прочность, упругость и твердость. Предел прочности древесины при сжатии вдоль волокон больше, чем поперек, в 3—10 раз, а при растяжении — в 10—20 раз. Механические свойства зависят от породы, влажности, температуры и предварительной обработкисушки, пропитки, пропаривания. С увеличением влаж ности древесины понижается ее прочность и упругость, поэтому механические испытания обычно проводят на стандартных образцах в определенных условиях по ГОСТу.
Пороки древесины: сучковатость, косослой, крень, трещины, ненормальные окраски, гнили и. т. п. понижа ют ее качество.
Сучковатость нарушает однородность строения дре весины и вызывает местное искривление волокон, за трудняет механическую обработку и снижает качество изделия.
Косослой, т. е. винтообразное направление волокон, служит причиной повышенной усушки древесины и ко робления пиломатериалов.
Крень — утолщение поздней зоны годичных слоев на одной стороне ствола, придает ему овальную форму. Крень встречается только в древесине хвойных пород, часто у ели.
Трещины, увеличивающиеся при высыхании, нару шают цельность древесины и снижают прочность конст рукций.
Ненормальные окраски древесины и гнили вызыва ются деревоокрашивающими грибами при плохом хра нении материала, причем синева не оказывает заметно го влияния на его качество. Гниль в древесине, применя емой для нужд машиностроения, не допускается.
§ 36. Средства улучшения качества древесины
Древесина и изделия из нее в условиях переменной влажности ('более 18%) и переменной температуры (от
2 до 35°С) подвергаются гниению. Стойкость древесины против гниения тем выше, чем больше в ней содержится смолистых и дубильных веществ.
'Стойкость древесины одной и той же породы зависит от возраста (молодая древесина менее стойка), плот ности (с увеличением плотности стойкость повышается) и положения ее в стволе (заболонь обладает меньшей стойкостью по сравнению с ядром).
Для предохранения древесины от гниения ее подвер гают сушке на воздухе, в камерах, токами высокой ча стоты и в петролатумной установке.
Помимо сушки, древесину обрабатывают ядовитыми веществами — антисептиками: фтористым и кремиефторнстым натрием, хлористым цинком, медным и желез ным купоросом, древесным дегтем, сланцевым и креозо товым маслом и карболинеумом. Эта обработка произ водится путем пропитки под давлением в специальных цилиндрах, ваннах, бандажах, а также пропиткой на корню и промазкой.
Огнестойкость древесины может быть повышена в 3—4 раза в результате пропитывания ее специальными составами — антипиренами, из которых наиболее упот ребительны в настоящее время аммонийные соли и со ли фосфорной или борной кислоты. Недостатком этих средств является их вымываемость.
Качество древесины значительно снижается в ре зультате порчи ее насекомыми. Основным способом борьбы с ними служит протирка пораженной древесины специальными жидкостями: раствором нафталина в бен зине, смесью креозота с бензином, смесью скипидара с бензином и гексахлораном.
§ 37. Основные породы древесины, применяемые в сельскохозяйственном и автотракторном машиностроении
При использовании древесины как строительного и по делочного материала учитываются ее технические свой ства: древесина должна быть прочной, легкой в обработ ке и обладать сопротивляемостью внешним воздействи ям воздуха и воды. В сельском хозяйстве и автотракто ростроении применяется древесина хвойных и листвен ных пород.
Из хвойных пород применяются сосна, ель, пихта, лиственница.
114
Сосна имеет легкую, мягкую и прочную древесину. Она употребляется для обшивки платформ и площадок сельскохозяйственных и транспортных машин, для из готовления крыльев вентиляторов, лопастей мотовил, брусьев транспортных тележек, дышел, корпусов ма шин и т. п.
Ель и пихта имеют мягкую, легкую без ядра древе сину, но менее смолистую, чем сосна. Они быстрее за гнивают и поэтому применяются для изготовления ме нее ответственных деталей сельскохозяйственных ма шин.
Лиственница обладает большей твердостью и проч ностью, чем сосна, стойкостью к загниванию, но трудно обрабатывается и склонна к растрескиванию. Из лист венницы изготовляют дышла, ваги, брусья, рамы и т. п.
Лиственные породы — дуб, ясень, бук, г-раб, клен — дают ценную, прочную древесину. Наибольшей проч ностью обладает древесина граба, которая применяется для подшипников машин и колодок столярного инстру мента.
Дуб, бук, ясень применяются для изготовления пла нок транспортеров, брусьев рам, подшипников, тормоз ных колодок, шатунов, шкивов.
Древесина березы в сельскохозяйственном машино строении часто используется как заменитель более ред ких пород: ясеня, клена, бука, дуба. Из березы изготав ливают шатуны, рамки решет, ролики льнотеребильных машин, полевые палки косилок и т. п. Древесина бере зы является основным сырьем в фанерной промышлен ности. Недостаток березовой древесины состоит в томь что во влажной атмосфере она быстро загнивает.
§ 38. Виды лесоматериалов
Древесина используется в производстве в виде различ ных пиломатериалов и заготовок из шпона и фанеры, а также в прессованном виде.
Пиломатериалы — это доски, бруски и брусья. Брусья изготовляют четырехбитными, у них пропилены все четыре стороны, и двухкантными' у них пропилены дзе стороны. По толщине пиломатериалы разделяются на тонкие — толщиной до 35 мм и толстые — толщиной бо лее 35 мм (ГОСТ 8486—66).
Шпон—это лущеная или строганая широкая струж-
115
ка древесины, получаемая иа специальных станках; она используется как полуфабрикат для изготовления слои стых древесных материалов.
Фанерой называется листовой материал, получаемый путем склеивания нескольких листов лущеного березо вого, ольхового, букового или соснового шпона с перпен дикулярным направлением волокон в смежных слоях.
Фанера по сравнению с досками имеет ряд преиму ществ: она не растрескивается, не усыхает и значитель но шире досок. Из нее изготовляют изделия с криволи нейными поверхностями. Недостатком фанеры является плохое сопротивление сырости.
Прессованная древесина (лигнофоль, дельта-древе сина, балинит) изготовляется из березового шпона тол щиной 0,5—1,55 мм, пропитанного смолой.
Прессованная древесина применяется для изготовле ния шестерен, пальцев соединительных муфт, вклады шей подшипников, а также как электроизоляционный материал, работающий в масле и на воздухе при невы соких напряжениях.
Хранение древесины. Древесина в складах хранится в виде заготовок на специальных деревянных стелла жах, разделенных на секции. Заготовки укладываются плотными стопками. Влажность и температура помеще ния склада должны соответствовать влажности древе сины, допускаемой по техническим условиям на изготов ление деталей. В период обработки древесина хранится у станков на специальных стеллажах. Пиломатериалы и заготовки не рекомендуется класть на пол.
Г л а в а VIII
ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ
Пластические массы имеют исключительно важное зна чение для развития различных отраслей народного хо зяйства и в первую очередь машиностроения. Они явля ются самостоятельным конструкционным материалом и обладают рядом ценных технических свойств, которых не имеют металлы и другие природные материалы.
Внедрение в машиностроение новых синтетических материалов с высокой механической прочностью и стой костью к действию нефтепродуктов позволяет изготов
ив
лять целые узлы из пластмасс, что ведет к сокращению расхода металлов и уменьшает массу изделий.
§ 39. Состав пластмасс
Пластическими массами называются материалы, полу чаемые на основе искусственных и естественных смол, и их смеси с различными наполнителями.
При нормальных условиях пластмассы представляют собой твердые или эластичные материалы. Под влияни ем температуры и давления пластмассы могут перехо дить в пластическое состояние, принимать и сохранять приданную им форму.
Пластмассы по своему составу бывают простыми, если они состоят из чистых связующих смол, или слож ными (композиционными), если в них, кроме связующе го вещества, содержатся и другие компоненты: напол нители, пластификаторы, смазывающие вещества, ста билизаторы, красители, катализаторы или ускорители.
Связующее вещество (смола) определяет основные свойства пластмасс. При изготовлении пластмасс наи более широко применяют искусственные смолы — про дукты переработки каменного угля, нефти и других ма териалов. Пластмассы, полученные на оонове искусст венных смол, относятся к полимерным соединениям. Ес тественные смолы (янтарь, шеллак) и продукты перера ботки естественных материалов (асфальт, канифоль и др.) применяются значительно реже.
Наполнители придают пластмассам определенные физико-механические свойства и во многих случаях уде шевляют стоимость пластмассовых деталей.
В качестве наполнителей используются органические вещества: древесная мука, древесный шпон, бумага, ткани, хлопковые очесы, стружка, опилки и пр., а также минеральные вещества: кварцевая мука, тальк, каолин, асбест, стекловолокно, стеклоткань и пр.
Пластификаторы обеспечивают пластмассам пластич ность, увеличивают текучесть. В качестве их использу ются дибутилфталат, трикрезилфосфат, камфора и т. п.
Смазывающие вещества предотвращают прилипание изготовленного изделия к форме. К ним относятся сте арин, воск и т. п.
Стабилизаторы повышают тер.мостабильность и свя зывают побочные продукты. Стабилизаторами служат
117
■неорганические (вода, фосфаты) и органические (ами нокислоты) вещества.
Красители (нитрозин, мумия и др.) придают пласт массам требуемую окраску.
Катализаторы (известь, окись магния) сокращают время отвердевания.
§ 40 Основные свойства пластмасс
Пластмассы имеют ряд ценных свойств: высокую элект роизоляционную и химическую стойкость, малую звуко- и теплопроводность, хорошую водо-, морозо- и свето стойкость. Большинство пластмасс стойко к различным минеральным маслам и бензину. Они в среднем в два раза легче алюминия (удельный вес от 0,9 до 1,8), об ладают высоким сопротивлением истиранию, хорошо работают в условиях вибрационных нагрузок, имеют высокую механическую прочность. Пластические массы хорошо обрабатываются и способны легко соединяться с металлами, тканями, древесиной. Коэффициент тре ния пластмасс-зависит от их состава. Пластмассы с ас бестовым наполнителем (аеботекстолит) являются фрикционными материалами, а пластмассы с наполни телем в виде хлопчатобумажной ткани (текстолит) или древесного шпона, а также целый ряд чистых смол яв ляются антифрикционными материалами.
Все эти свойства пластмасс делают их весьма цен ным конструкционным материалом.
К недостаткам пластмасс можно отнести их малую теплостойкость, которая лежит в пределах 35—250°С и зависит от типа применяемой смолы.
В зависимости от поведения пластических масс при нагревании они разделяются на два класса: термореак тивные и термопластичные пластмассы (термопласты).
Термореактивными называются пластмассы, которые под действием температуры и. давления' претерпевают существенные химические изменения и переходят в не плавкие и практически нерастворимые продукты, при чем процесс необратим. Готовые изделия, полученные из термореактивных пластмасс, не требуют охлаждения при извлечении их из прессформы и не поддаются пов торному формованию.
Термопластичными называются пластмассы,-которые при нагревании становятся пластичными и затвердева
118
ют при охлаждении, не претерпевая при этом химичес ких изменений, причем этот процесс может быть повто рен неоднократно.
При изготовлении машиностроительных деталей ча ще применяются термореактивные пластмассы, так как они более стабильны и прочны.
§ 41. Термореактивные пластмассы
К важнейшим представителям термореактивных пласт масс относятся фенопласты и аминопласты.
. Фенопласты. Фенопласты представляют собой ком позицию, состоящую из фенолальдегидной смолы и на полнителя. Изделия из фенопластов отличаются высо кой стабильностью свойств; они хорошо противостоят воздействию повышенной температуры, воды, органиче ских растворителей, слабых растворов щелочей и кис лот, обладают диэлектрическими свойствами. Недоста ток фенопластов — малая дугостойкость. В зависимости от наполнителя различают пресспорошки, волокнит и слоистые пластики.
Пресспорошки в качестве наполнителя имеют дре весную. муку, микроасбест, каолин и др. К этой группе относятся, например, пресепорощки марок К-15-2, К-17-2, К-18-2 и др. технического и бытового назначения и пресспорошки марок К-21-22, К-211-2 и др., предназна чаемые главным образом для производства электроизо ляционных деталей.
Волокнит — прессматериал, наполненный хлопковы ми очесами, имеет светло-коричневый или черный цвет, применяется для низковольтных электроизоляционных деталей; прессматериал К-6 (наполнитель асбест) и стекловолокнит (наполнитель стекловолокно) применя ются для_изделий с повышенной механической проч ностью и нагревостойкостыо, в частности для корпусной изоляции коллекторов электрических машин.
Слоистые пластмассы. Слоистые пластики на основе фенолальдегидных смол обладают высокой прочностью. К слоистым пластикам относятся гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, асботекстолит.
Г е т и н а к с — слоистый прессованный материал, сосостоящий из двух или более слоев бумаги, пропитанных смолами. Используется гетинакс как электроизоляцион ный материал.
119
Т е к с т о л и т — слоистый прессованный материал из хлопчатобумажной ткани, пропитанной смолой; приме няется для изготовления' деталей, работающих под на грузкой (шестерни, втулки, кольца), в качестве анти фрикционного материала для изготовления подшипни ков скольжения, работающих в различных, часто в очень тяжелых условиях, а также для деталей электро
оборудования (электрощитки, панели, клеммы). |
|
||
С т е к л о т е к с т о л и т — слоистый |
прессованный ма |
||
териал, состоит из стеклянной ткани, |
уложенной |
пра |
|
вильными слоями, и смолы; обладает |
высокой |
проч |
|
ностью на |
растяжение в пределах |
250—300 МН/м2 |
|
(2500—3000 |
кгс/см2), высокими диэлектрическими |
свой |
|
ствами, термо- и водостойкостью. Стеклотекстолит вы пускается в виде листов и плит толщиной от 0,5 до 30 мм. Применяется для изготовления упругих мембран, работающих в керосине, и как электроизоляционный материал.
А сб о т е к с т о л и т — прессованный слоистый плас тический материал из специальной асбестовой ткани, уложенной правильными слоями и пропитанной спирто вым раствором фенол-формальдегидной смолы. Приме няется как прокладочный материал, работающий в усло виях повышенной температуры, и для изготовления тор мозных устройств и деталей механизмов сцепления.
Аминопласты. Аминопласты ■— прессовочные порош ки, изготовляемые из мочевино-формальдегидных смол и сульфатной целлюлозы (наполнитель), красителей и смазки. Они способны окрашиваться в любой цвет, свето- и цветостойки, не имеют запаха, обладают высокой дугостойкостыо, поэтому применяются для изготовления различных выключателей. К этой группе пластмасс от носятся прессматериалы К-77-51, ВЭИ-11, ВЭИ-12 и аминопласт-1.
§ 42. Термопластичные пластмассы
К термопластичным пластмассам на основе полимеризационных смол относятся: полиэтилен, поливинилхлорид, политетрафторэтилен, полистирол, полиакриловые смо лы (акрилаты), полиамидные смолы и др. Обычно они выпускаются как простые пластмассы (без наполни теля) .
Полиэтилен — бесцветный роговидный продукт, жир ный на ощупь, морозостоек (—60 —65°С), горюч, хоро
120