книги из ГПНТБ / Райт П. Полиуретановые эластомеры

12.Частное сообщение.

13.R. J. A t h e у, J. G. D і p і n t o, J . M . К e e g a n, Du Pont Bulletin No 7,

Применение

11.1. Введение

Полиуретановые эластомеры сейчас широко исполь­ зуются в самых различных областях промышленности. С развитием дальнейших исследований расширяется и сфера применения этих материалов.

Из всех свойств полиуретанов прежде всего бросается в глаза высокий модуль Юнга при твердости по Шору А 85—95, при этом сохраняется хорошая эластичность. Прямым следствием этого явля­ ется тот факт, что полиуретановые эластомеры выдерживают го­ раздо более высокие нагрузки, чем обычные эластомеры. Одновре­ менно полиуретаны проявляют высокое сопротивление раздиру и истиранию, и оба эти свойства определяют высокую прочность этих

" материалов.

Кроме того, полиуретаны отличаются сравнительно хорошей стойкостью к маслам и прекрасной стойкостью к действию УФ-лу- чей. Все перечисленные свойства относятся в основном к полиуре­ танам с твердостью от средней до высокой, т. е. в диапазоне 80—98 по Шору А. Более мягкие низкомодульные материалы имеют и худшие показатели сопротивления раздиру и истиранию, и поэтому полиуре­

из полиуретана средней жесткости можно получать более тонкостен­ ные изделия с такой же эластичностью, как у более мягкого обычного каучука, но при большей толщине изделия.

Рабочие температуры полиуретановых изделий лежат в диапа­ зоне от — 3 0 до 70—80° С, эластичность при этом практически не меняется. Выше указанного верхнего предела начинается процесс старения, который сильно сокращает срок эксплуатации изделия. Это один из недостатков полиуретанов, о котором следует помнить, планируя их использование. Допускается периодическое повыше­

Другой фактор, о котором не следует забывать, — ограниченная водостойкость полиуретанов. Непрерывное пребывание в воде при

температуре выше 50 °С может привести к гидролитической деструк­ ции, поэтому максимальный верхний предел эксплуатации состав­ ляет —70 °С При этом следует учитывать действие среды, ибо бы­ вают случаи, когда в условиях более сильного износа и механических напряжений полиуретаны оказываются более долговечными при эксплуатации в воде при 60 °С, чем другие эластомеры с более вы­ сокой стойкостью к гидролизу.

Какими бы ценными свойствами ни обладал материал, широту его использования определяется в значительной степени стоимостью, Вначале полиуретаны были дорогими материалами, и многие до сих пор сохранили о них такое представление. Однако с тех пор стало дешевле сырье, усовершенствовалась технология производства, что привело к удешевлению этих материалов. В некоторых случаях, например при крупномасштабном производстве изделий литьем под давлением, готовый продукт по стоимости почти не отличается от изделий из других эластомеров, полученных обычными методами переработки каучуков. Стоимость крупногабаритного изделия за­

чем на то же изделие, например, из натурального каучука, что влияет на конечную стоимость продукта.

И все ж£, несмотря на все эти преимущества, полиуретаны оста­ ются более дорогим материалом, чем большинство других эласто­ меров, хотя разница в стоимости теперь заметно ниже, чем пять лет назад. Не следует забывать, что применение полиуретанов может

и отсутствие простоев оборудования, а не только чистой стоимости материала.

В связи с тем, что непрерывно разрабатываются все новые и но­ вые возможности использования полиуретанов [1 ], трудно пол­ ностью охватить эту тему, и все же мы надеемся, что предлагаемая глава дает достаточно ясное представление об основных областях применения этих материалов.

11.2. Массивные шины и валики

Внутризаводской транспорт. Шины для внутризавод­ ского транспорта — первая область крупномасштабного использо­ вания полиуретанов.

Полиуретановые шины по сравнению с резиновыми или стальными обладают более высокой грузоподъемностью (табл. 11.1).

Все шины, упомянутые в таблице, размером 152—558 мм имеют грузоподъемность в 6 раз больше, чем у соответствующих шин из натурального каучука. Очень часто, однако, это преимущество по каким-либо причинам используется не в полной мере, так как обычно их делают меньшего диаметра. При использовании стандартных

грузовых машин диаметр шины, естественно, уменьшить нельзя, и тогда уменьшают ширину ходовой поверхности. Даже при уменьше­ нии ширины более чем в два раза грузоподъемность полиуретановых шин значительно выше, чем обычных (табл. 11.2). Естественно пред­ положить, что для удешевления полиуретановой шины можно еще больше уменьшить ее ширину, однако принебольшой ширине шин ухудшается устойчивость автомобиля. Если грузовой транспорт за­ ранее проектируется для использования полиуретановых шин, обыч­ но уменьшают и ширину шины, и диаметр. Из табл. 11.1 видно, что полиуретановая шина размером 254X76x158 (т. е. наружный диа- •метр шины 254 мм, ширина 76 мм и наружный диаметр металли­ ческой части 158 мм) имеет большую грузоподъемность, чем шина с размерами 558x203x406 мм из натурального каучука. Снижение диаметра шины может оказаться очень выгодным для заводов и скла­ дов с ограниченной маневренной площадью.

полиуретана характерна такая зависимость эластичности от темпера­

для ведущих колес, где их преимущества очевидны. Недавно стали изготовлять полупневматические шины для промышленных грузо­ вых автомобилей из более мягкого полиуретана, с твердостью 75— 80 по Шору А. Этот материал увеличивает тягу и обеспечивает амор­

Отделением оборудования атомных реакторов фирмы «Инглиш Элек­ трик Ко. Лтд»). Эти транспортеры с грузом весят 240 т каждый и должны перемещаться внутри реактора. Устройство передвигается на восьми колесах в виде четырех двухколесных тележек (вагонеток), причем на каждом колесе имеется по восемь полиуретановых шин диа­ метром 635 мм. Резиновые шины в этом случае не могли бы сочетать достаточную грузоподъемность и маневренность. Колеса из стали или твердого пластика не обладают достаточной тягой и к тому же повредили бы поверхность зоны реактора. Возможно, это довольно редкий пример, но он прекрасно иллюстрирует применение полиуретановьїх эластомеров с использованием совершенно новых принци­ пов конструирования.

Портальные краны. Полиуретановые шины с успехом исполь­ зуются в конструкции портальных кранов, где они заменяют обычное колесо с ребордой. Полиуретановая шина движется не по рельсу, а прямо по верхней балке портального крана или по конструкции,

к которой раньше прикреплялись рельсы. Для предотвращения сильной боковой качки используется боковой ролик. Кран работает от электросети; благодаря использованию полиуретановых шин, значительно уменьшается вибрация и шум. Последнее имеет немало­ важное значение для современных производственных цехов, а умень­ шение вибрации обеспечивает снижение расходов по ремонту и обслу­ живанию оборудования. <•

Аналогичное применение найдено для полиуретановых шин в си­ стеме отстойников на станциях очистки_х10,чных вод. На обычной установке используются стальные колеса, передвигающиеся по кру­ говой колее и приводимые в движение с помощью довольно сложной системы передач. При использовании полиуретановых шин тяга сильно увеличивается, что позволяет заменить этот сложный механизм одним двигателем с одним колесом. Даже при этом условии тяга остается лучшей, чем в случае, когда два стальных колеса приво­ дятся в движение самостоятельно, особенно при движении по мокрым поверхностям.

Установки с барабанными ситами. Установки с барабанными ситами широко используются для промывки и сортировки песка и гравия, а также для сушки булыжников горячим воздухом. При­ меняются они и в производстве натуральных и искусственных удобрений. ' ' " '

В тех случаях, где рабочие температуры и обрабатываемый материал позволяют использовать натуральный каучук, замена последнего полиуретаном обеспечивает увеличение срока службы и производительности.

Раньше из-за больших нагрузок часто использовали стальные ролики, а не резиновые. В этих случаях наблюдается сильный абра­ зивный износ стальных роликов, стальной колеи и самого барабана.

серьезных повреждений направляющей колеи барабана ее прихо­ дится регулярно ремонтировать, и в это время установка простаи­ вает. В последнее время стальные ролики в ряде случаев были с успе­ хом заменены полиуретановыми. Если взять для примера типичную установку с производительностью 50—60 т/ч промытого гравия, то стоимость комплекта полиуретановых роликов для замены стальных составляет десятую часть стоимости еженедельных затрат.

Использование полиуретановых шин значительно снижает вибра­ цию и существенно сокращает время ремонта и технического обслужи­

разработках для т]Ганс116рТироЁк1Гугля и породы широко иеполБзуются ленточные конвейеры. Один из типов конвейеров состоит из бесконечной ленты, к обеим сторонам которой прикреплен стальной трос. Трос движется по роликам и приводит в движение сам кон-

вейер. При использовании металлических роликов возникают две проблемы—износ ролика и износ троса. Последний представляет собой более серьезную проблему, так как ремонт или замена троса требует много времени, да и сам трос стоит дорого. На помощь приходит ""облицовка поверхностей ролика полиуретаном. При этом значительно уменьшается ТГЗТГбс" троса, что уже дает большой экономический эффект. Время простоев из-за поломки также уменьшается, и совер- , 1 шенно очевидно, что при производительности до 1000 т/ч один лишь этот фактор обеспечивает значительную экономию. -Второй фактор заключается в увеличении долговечности ролика. Снижение уровня шума также является большим выигрышем, особенно в условиях

угольных шахт.

Полиуретановые покрытия применяются и в блоках, используе­ мых для монтажа воздушных линий электропередач. Проводник, заключенный в алюминиевую трубку, присоединен во время монтажа к стальному тросу относительно небольшого диаметра. Блок должен быть достаточно прочным, чтобы выдержать нагрузку, и достаточно мягким, чтобы не повредить алюминиевую оболочку.

Валки. Полиуретаны настолько широко используются для про­ изводства самых различных валков и роликов, что придется ограни­ читься лишь несколькими примерами. Например, валки [3] исполь­ зуются для транспортировки ящиков с пивом к автоматическому

после транспортировки 10 127 000 ящиков. Таким образом, для обработки указанного числа ящиков потребовалось бы 40 комплек­ тов резиновых валкгт ня один комплект полиуретановых. Очевидно,

Широко используются полиуретановые валки при работе с абра­ зивами и предметами с острыми краями, например для подачи лент из термопластов в грануляторы, в машинах для обдирки риса, для рубки стекловолокна непосредственно на валках. Сюда же относятся по­ дающие ролики на установке для шлифовки панелей из фанеры, ролики для подачи перфокарт в компьютер, направляющие ролики

—їТа~"уггановке для изготовления зеркальных стекол. Полиуретановые ролики оказались очень выгодными на конвейере для цемента, так как их надо менять не чаще чем через год, в то время как чугунные ролики приходилось менять каждые 12 недель.

Приведенные примеры позволяют судить о широком использо­ вании полиуретановых валков и роликов, а также об их преимуще­ ствах.

11.3. Автомобилестроение

Полиуретаны вытеснили и резину и металл в ряде де­ талей, использующихся в современном автомобиле, и здесь главными преимуществами, которые привлекли конструкторов, оказались высокое сопротивление полиуретанов износу и истиранию в сочета­ нии со стойкостью к маслам и топливам. Большую роль сыграли и

нипель. Вкладыш предохраняется от деформации во время смазы­ вания. Между нипелем и верхней крышкой соединения имеется найлоновый диск, который закрывает маленькое отверстия в верхней крышке. При избыточном давлении смазки найлоновая мембрана поднимается и смазка может выйти наружу. Поскольку штифт дол­ жен вращаться внутри вкладыша, этот последний не должен слишком плотно охватывать стержень, иначе это будет препятствовать дви­ жению. При угловом движении стержня может образоваться зазор; для предупреждения этого в данной конструкции предусмотрена стальная шайба, заформованная во вкладыше. В других конструк­ циях стальная шайба надевается отдельно снаружи или используется вкладыш с утолщением вместо шайбы. Это шарнирное соединение было усовершенствовано следующим образом: полиуретановый вкла­ дыш помещается в полиуретановый чехол, который предохраняет вкладыш от повреждения корпусом рулевого механизма, изготов­ ляемого из закаленной стали.

Вкладыши подвергаются изнутри действию смазки, а снаружи — действию влаги и должны работать без разрушения в течение не­ скольких лет. Они также должны выдерживать разрушающее дей­ ствие небольших камешков, отбрасываемых шинами. Таким образом, здесь совершенно очевидно преимущество полиуретана, заключаю-

щееся в его стойкости к истиранию, смазкам, воде, озону и вообще атмосферным воздействиям, по сравнению с обычными неопреновыми или нитрильными каучуками. Вначале вкладыши делали из вальцуе­ мых полиуретанов, и они стоили в 2—3 раза дороже вкладышей из неопренового каучука. Но даже и при такой стоимости полиуре­ тановые вкладыши нашли довольно широкое применение, хотя и считается, что их надо усовершенствовать. Сейчас уже в некоторых

Кроме уже описанных вкладышей, работающих в наиболее жест­ ких условиях, полиуретан используется и в других узлах: вкладыши кремальерной рулевой тяги, вкладыши телескопического амортиза­ тора, вкладыши сочленений системы передач, уплотнения вала коробки передач дистанционного управления. В некоторых автомо­ билях механизм дистанционного управления на коробке передач может быть поврежден при попадании металлической крошки. Чтобы этого не случилось, используют эластичные полиуретановые уплот­ нения, которые эффективно защищают механизм от пыли и крошек.

Рычаги переключения передач. Механизм дистанционного пере­ ключения передач на многих автомобилях работает со значительной вибрацией и является источником неприятного шума. Он может усугубляться по мере износа шарнирных соединений. В обоих слу­ чаях можно использовать шаровую головку с полиуретановым покры­ тием или сферическое седло из полиуретана. Такая система показана на рис. 11.5. Дополнительное преимущество таких сферических со­ единений состоит в том,что соприкасающиеся поверхности не требуют особо тщательной механической обработки. Она совершенно необходи­ ма, когда и седло, и шаровая головка выполнены из металла. Полиуретановое покрытие полностью изолирует металлическую поверх­ ность от контакта с седлом; ее не нужно дополнительно шлифовать.

Механизм переключения передач, показанный на рис. 11.5, пред­ назначен для рычагов, монтируемых на полу кабины. Механизмы переключения передач, монтируемые на рулевой колонке, обычно представляют собой очень сложную систему, так что использование полиуретановых оболочек во всех шарнирных соединениях может снизить до минимума шум и обеспечить некоторый амортизирующий эффект.

Прочие области применения. Широко используют подшипники с полиуретановыми прокладками в конструкции валов упраЁления дросселями. Они обеспечивают меньшее трение и большую износо­ стойкость, чем резиновые прокладки; они снижают вибрацию и шум по сравнению с теми случаями, когда в конструкции использованы жесткие пластики и металлические подшипники. Благодаря эластич­ ности полиуретанов компенсируются некоторые неточности при сборке узлов, обусловленные существующим ныне массовым способом производства. Применение полиуретановых прокладок дает и не­ который экономический эффект благодаря упрощению монтажа: прокладки можно запрессовать в отверстие, просверленное в под-