книги из ГПНТБ / Вульф Б.К. Авиационные неметаллические материалы (пластмассы и резина)

лочек авто-стратостатов и других летательных аппаратов легче воздуха.

Получение длинных молекул с высоким молекулярным ве­ сом, порядка 30 000, оказалось возможным благодаря примене­ нию специальных катализаторов (хлорид титана и другие).

Такой полипропилен представляет легкий (уд. вес 0,9 г/см3), твердый, эластичный, кислотоупорный материал, сходный с поли­ этиленом. Однако он обладает большей теплостойкостью, поряд­ ка 140—150°.

Недостатком полипропилена, по сравнению с полиэтиленом, являются его более легкая окисляемость и меньшая светостой­ кость.

Полипропилен успешно используется для изготовления акку­ муляторных контейнеров, устойчивых к ударным наТрузкам. Кроме того, из него выделывают волокна, более прочные и лег­ кие по сравнению с капроновыми или найлоновыми. Пленки из полипропилена обладают высокой прочностью и полной влаго-га- зонепроницаемостью.

4.Полистирол

По л и с т и р о л является продуктом полимеризации стиро­

Процесс полимеризации ведется при 70° в присутствии катали­ заторов. При этом жидкий при обычной температуре стирол пере­

* Химически сходный с териленом л а в с а н используется в форме син­ тетического волокна (см. стр. 46).

40

Физико-механические свойства блочного полистирола марки Д

кость по Мартенсу 7 ^= . 80°.

По механическим свойствам он несколько уступает органи­ ческому стеклу, но превосходит его по диэлектрическим харак­ теристикам. Одним из недостатков полистирола является его повышенная хрупкость; он склонен к растрескиванию вследствие проявления внутренних напряжений. Мерами борьбы с этими дефектами являются введение пластификаторов и термообработ­ ка после формовки.

Вместе с тем полистирол обладает низкой теплостойкостью.; В последнее время разработана новая марка полистирола, обла­ дающего устойчивостью до 2 0 0 °.

По сравнению со всеми другими авиационными пластиками полистирол обладает наибольшей стойкостью по отношению к действию радиоактивного облучения.

Полистирол широко применяется для деталей высокочастот­ ной изоляции в радиолокационных установках и электротехниче­ ском оборудовании (ламповые панели, основания конденсаторов, трубки для защиты высокочастотных проводов, патроны, фут­ ляры кнопочного управления и др.). Он служит также исходным полуфабрикатом при изготовлении некоторых пенопластов (ПС-1, ПС-4 и других).

41

ные пластмассы на основе сложных эфиров целлюлозы — нит ­ р о ц е л л юл о з ы , а ц е т и л ц е л л ю л о з ы и л и э т и л ц е л - л ю л о з ы . В качестве наполнителей в них вводятся хлопковые очесы, каолин, диатомит; кроме того, добавляются пластифика­ торы, красители и стабилизаторы.

Механические свойства этролов сильно зависят от компози­ ции; предел прочности на изгиб достигает для некоторых из них высоких значений, порядка 40 кг/мм2.

Удельные веса также меняются значительно — от 1,2 до

2 , 0 г/см3.

Этролы обладают низкой теплостойкостью ( 7 ^ = 1 4 0 °); од­ нако, до невысоких температур они, в отличие от других литье­ вых пластиков, проявляют м а л у ю т е к у ч е с т ь и сохраняют в эксплуатации стабильные размеры.

Этролы применяются для деталей управления и электрора­ диоаппаратуры. Из них изготовляются методом прессования или литья под давлением различные штурвалы, рукоятки рычагов переключения скоростей, кнопки, щитки и т. п. детали.

6. Хлорвиниловые пластмассы

Пластмассы этой группы являются продуктами полимериза­ ции в и н и л х л о р и д а (хлорвинила), который в свою очередь, можно получить при взаимодействии ацетилена и хлористого водорода:

Обычно процесс ведут при температуре 40°, давлении 6 — 7 атм., в течение 5—7 часов, в присутствии катализатора.

Поливинилхлорид представляет в сыром виде белый, твер­ дый порошок, размягчающийся при 70°. Для получения по­ луфабрикатов или готовых изделий его смешивают с пластифи­ каторами (дибутилфталатом, трикрезилфосфатом) стабилизато­ рами, наполнителями, красителями и прессуют, прокатывают или вальцуют в нагретом состоянии. При этом получают листы, прутки, трубы или пленки.

42

Твердость и эластичность поливинилхлоридов может в ши­ роких пределах варьировать в зависимости от композиции и ус­ ловий полимеризации.

Общим свойством поливинилхлоридных пластиков является их высокая стойкость к действию агрессивных химических сред.

Рассмотрим некоторые пластики этого типа.

П о л и в и н и л х л о р и д н ы й п л а с т и к а т вырабатывает­ ся в форме вальцованных листов, лент или трубок. Он представ­ ляет мягкий непрозрачный материал различных цветов, отли­ чается эластичностью, морозостойкостью, хорошими электроизо­ ляционными качествами, а также высокой стойкостью к дейст­

Обычный пластикат может работать при температурах от

— 15 до + 40°. Специальные сорта светотермостойкого пластика­ та могут нагреваться в эксплуатации до 60—80°.

Следует отметить склонность поливинилхлоридного пласти­ ката к старению (потере эластичности со временем); это явле­ ние вызывается, по-видимому, выветриванием пластификатора в эксплуатации.

У п а к о в о ч н а я пол и х л о р в ини л о в а я п л е н к а

В-118 по композиции представляет поливинилхлоридную смолу

сдобавкой пластификатора, стеарата кальция и пигментов. Она имеет удельный вес т=' 1,20—1,35; предел прочности на растя­

жение сь ^ Д 0 2,5 кг/мм2, а удлинение 8 =' до 2 0 0 %. Пленка об­ ладает высокой стойкостью к действию эксплуатационных сред и нефтепродуктов, сваривается, склеивается, режется.

Она применяется в качестве упаковочного материала в виде герметичных чехлов для консервации и при транспортировке авиационных двигателей, агрегатов изделий.

В и н и п л а с т представляет переплавленный поливинилхло­ рид, стабилизированный углекислыми солями некоторых ме­ таллов.

43

Это — красно-коричневый, непрозрачный твердый материал, нерастворимый в бензине, масле, керосине и устойчивый к дей­ ствию кислот, щелочей и окислителей.

Удельный вес его ~[= 1,4 г/см3\ предел прочности при растя­ жении 3 j = 4 — 6 кг/мм2; удлинение8 =' 10 — 25% ; удельная удар­

Он обладает хорошими электроизоляционными свойствами. При нагревании начинает размягчаться при 120—140°, в пламе­ ни обугливается. Он способен свариваться, склеиваться, обра­ батываться резанием.

Недостатками винипласта являются склонность к хладотекучести, чувствительность к надрезам, хрупкость при низких тем­ пературах и низкая теплостойкость.

Винипласт применяется в качестве антикоррозийного, элект­ роизоляционного и конструкционного материала. Из него изго­ товляют химостойкие вентили, краны, фитинги, трубопроводы. Листы винипласта служат заменителями свинца при футеровке гальванических ванн и других металлических емкостей. Следует, однако, иметь в виду, что коэффициент расширения винипласта в 7 раз больше, чем у стали, в связи с чем, при изменении тем­ пературы на границе слоев,’возникают сильные напряжения, ве­ дущие к трещинам. Для избежания этого применяют промежу­ точные пленки (слоистую футеровку) и перед нанесением вини­ пласта металл покрывают пленкой пористой резины или грун­ туют перхлорвиниловой смолой.

7. Полиамидные смолы: капрон, найлон

Полиамидные смолы широко применяются для изготовления

вания расширилась, и они являются теперь также основой но­ вых п о л и а м и д н ы х п л а с т ма с с .

е — к а п р о л а к т а м а ; последний образуется при отщеплении воды из г - аминокапроновой кислоты

Г СН2 — СН2 — СН2 — СН2 - СН2 - соон-

I

L n h 2

4 4

Н а й л о н имеет близкое строение, но образуется в резуль­ тате к о н д е н с а ц и и некоторых двухосновных кислот (напри­ мер, адипиновой) и гексаметилендиамина

Недавно была разработана технология производства нового полиамидного волокна — эн ант а. Энант получают из ш—ами- ноэнантовой кислоты

ной в СССР. Эта реакция позволяет точно ограничивать длину цепеобразных молекул полимеров и получать желаемые свой­ ства материала?"

Энант обладает, по сравнению с капроном, более высоким модулем упругости, большей термостабильностью и лучшей эла­ стичностью.

Синтетические волокна из капрона и найлона имеют близ­

тяжке на 350—500%, предел прочности становится равным

=' 40—45 кг/мм2.

При разрывной длине **, равной I ='45 — 50 км, волокна из капрона еще сохраняют достаточную эластичность (полное удли­ нение s ='20—25%).

Недостатками капрона являются низкая стойкость к дей­ ствию солнечных лучей, склонность к тепловому старению, пло­ хая водостойкость; поэтому капроновые изделия не рекомен­ дуется длительно эксплуатировать под открытым небом.

ткани), при которой последнее разрывается под влиянием собственного веса; для хлопчатобумажных авиационных тканей эта величина равна 8—9 км, а для капроновых тканей — 16—18 км.

45

К а п р о н о в ы е л е н т ы ЛКТ служат для мягкого креп­ ления остекления самолетов. Следует, иметь в виду их склонность

ры применяются также при производстве п а р а шют о в . Помимо полиамидных синтетических волокон в авиастрое­

нии используются искусственные волокна на основе других смол, например хлорвиниловых (саран, хлорин), терефталевых (лав­ сан *) и фторсодержащих (фторлон).

Волокна из лавсана (терилена) служат, в частности, для пройзводства особопрочных парашютов.

Как уже отмечалось выше, полиамидные смолы (капрон, найлон) используются в настоящее время в качестве пластмасс;

нием или экструзией на шнек-машинах.

Таким образом получают фасонные детали, а также листы, пленки, ленты, трубки и другие изделия. В процессе их изготов­ ления при затвердевании нитевидные молекулы располагаются так, что структура становится состоящей из чередующихся кри­

а а м о р ф н а я — эластические свойства, вязкость. Соотношение этих фаз можно регулировать, изменяя условия охлаждения и, таким образом, влиять на конечные свойства материала.

Полиамидные материалы отличаются легкостью, вйсокой механической прочностью, большой износоустойчивостью, низ­ ким коэффициентом трения, хорошей сцепляемостью с металла­ ми, свариваемостью, устойчивостью к большинству органиче­ ских растворителей, высокими электроизоляционными характе­ ристиками и рядом других ценных свойств.

Они могут быть применены для изготовления деталей, ра­ ботающих в условиях трения (часто без смазки), вкладышей подшипников, шестерен, втулок; различных конструкционных деталей-фитингов, рукояток, элементов крепления; электроизо­ ляционных деталей, а также прокладочных и пленочных мате­ риалов при температуре эксплуатации не выше 1 0 0 °.

* См. терилен, стр. 40.

46

Их можно также использовать в качестве износоустойчивых покрытий, наносимых методами напыления на металлы и дру­ гие материалы.

VII. ГАЗОНАПОЛНЕННЫЕ ПЛАСТМАССЫ

В последнее время разработан целый ряд легких и сверх­ легких пластмасс, имеющих пористую структуру и называемых газонаполненными.

Различают три основные группы подобных материалов.

строение, при котором внутренние газовые полости сообщаются между собой. Поропласты легко впитывают в себя влагу, яв­ ляются газопроницаемыми и обычно обладают эластичностью, способностью упруго деформироваться.

пчелиных сот.

Наиболее широко в авиастроении используются пенопласты.

1. Пенопласты

легкость обеспечивает хорошую плавучесть пенопластов. Вместе с тем, они отличаются очень высокими тепло-звуко-изоляцион­ ными качествами и имеют хорошие диэлектрические характери­ стики. Механические свойства пенопластов зависят от их плот­ ности; эти свойства вообще достаточно высоки, чтобы пено­ пласты могли быть использованы для повышения удельной проч­ ности, жесткости и вибростойкости ряда силовых узлов авиа­ ционных, конструкций.

Следует отметить легкую обрабатываемость пенопластов ре­ занием и их хорошую склеиваемость с металлами и другими пластмассами.

Основой авиационных пенопластов являются с и н т е т и ч е ­

эпоксидные и полиуретановые.

Образование пенистой структуры может быть достигнуто, например, путем смешения со смолой г а з о о б р а з о в а т е л е й

47

(порофоров) и последующего нагревания смеси в специальных формах. В этих условиях газообразователи разлагаются с выде­ лением газообразных продуктов. Обычно в качестве газообразователей применяют сложные органические вещества (напри­ мер, азодинитрил-диизомасляной кислоты), выделяющие при на­ гревании азот и другие газы. Примером неорганического газообразователя может служить углекислый аммоний, который при разложении выделяет большой объем углекислого газа, ам­ миака и водяного пара:

(ЫН4)2С03 -> 2 NH3 + С02 “I- Н20.

Температура вспенивания составляет в этом случае 160—200°. Существуют и другие способы получения пенопластов.

Вспенивание нагретых высокополимеров или их эмульсий может производиться в о з д у х о м или другими г а з а ми , искус­ ственно вводимыми под давлением в исходный продукт; при резком уменьшении давления эти газы выделяются и образуют пенистую структуру.

ван на способности некоторых жидких веществ при их взаимо­

действии образовывать твердую смолу с одновременным выделе­ нием газообразных продуктов, вызывающих вспенивание. Таким

Пенопласты на основе полистирола (ПС-1, ПС-2, ПС-4, стиропор) и полихлорвинила (ПХВ-1) по свойствам сходны между собой.

Их механические свойства при обычной температуре в об­ щем довольно высоки (см. далее табл. 7), но сильно зависят от

удельного веса. Например, для пенопласта ПС-1 существует следующее соотношение между удельным весом (7 ) и пределом прочности при сжатии (<з_й ):

°-ь>

7, г / с м 3

48