книги из ГПНТБ / Детали машин из пластмассы В. А. Виноградов, В. И. Кайчев. 1960- 11 Мб

ПЛАСТМАССЫ. ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЕ

ИНАЗНАЧЕНИЕ

Вразвитии тяжелой индустрии СССР в начавшемся семилетии видное место отводится ускоренному разви­

тию химической промышленности, и в том числе одной

из ее важнейших отраслей—производству гинтетических материалов (пластмасс, каучука, синтетического во­ локна).

Разработанные партией и правительством мероприя­ тия по ускоренному развитию химической промышленно­ сти и особенно производству синтетических материалов

предусматривают к концу 1965 года, по сравнению с 1957 г., рост производства пластмасс и синтетических смол

в 8.раз.

Пластмассы обладают рядом важных физико-механи­ ческих, химических и электротехнических свойств, кото­ рые обусловливают их широкое применение в различных отраслях промышленности. Во многих случаях теперь они уже не являются заменителями, а самостоятельными кон­

струкционными материалами, не имеющими себе равных по широте и многообразию ценных технических свойств.

Некоторые виды пластических материалов были из­ вестны человеку еще в глубокой древности. За 700 лет до пашей эры арабы пользовались природным битумом в ка­

честве водостойкого материала при строительстве канала под рекой Евфрат. Египтяне в те времена умели пригото­

влять различные лаки, краски на основе растительных

смол, масел и восков. Для изготовления украшений наро­

ды Востока широко применяли янтарь. Далеко в глубь ве­ ков уходит история применения лаков, тутового масла и

керамических изделий в древнем Китае.

3

Первой пластмассой в современном смысле этого сло­ ва явился эбонит, образующийся при нагревании каучука

с большим количеством серы. Способ его изготовления

был открыт сто лет назад.

В 1865 году американец Хайатт открыл способ приго­ товления целлулоида. Для его изготовления нитроцеллю­ лоза (продукт взаимодействия целлюлозы с азотной кис­ лотой) смешивается на специальных вальцах с камфарой, спиртом и растительными маслами, которые придают ей

пластичные свойства.

Русским химиком Г. Г. Густовсоном в 1884 году впер­ вые в мире получены полимеры этилена; это были низко­ молекулярные жидкие продукты. Затем долгие годы продолжались упорные поиски .методов получения высоко­

молекулярных твердых продуктов. В 1933—1936 годах английские исследователи Фосетт и Джибсон и независи­ мо от них советский ученый А. И. Динцес получили твер-

дые полимеры этилена.

Изготовление первых пластмасс основывалось на ис­ пользовании природных полимеров, таких, как, целлюло­ за, белки и каучук, или продуктов их химической перера­ ботки. Этот путь однако не смог обеспечить потребности

развивающейся техники. Современный этап развития про­

мышленности пластмасс связан с применением синтетиче­

ских смол.

Пластическими массами в наше время принято назы­

вать большую группу сравнительно разнообразных мате­ риалов, нашедших широкое применение в технике, строи­ тельстве и производстве предметов народного потребле­ ния. Под влиянием внешних воздействий (тепла, давле­ ния) пластические массы способны приобретать пластич­ ность, откуда и пошло их название—пластмассы.

В настоящее время промышленность производит более

2500 наименований пластмасс, большая часть их состоит

из: связующего вещества, наполнителя и пластификатора. Составные части пластмассы объединяются связу­ ющим материалом—естественной или синтетической смо­

лой. Как цемент охватывает гальку или щебенку, образуя бетон, так и смола «цементирует» разные части пластмас­ сы. Такой основой в эбоните, например, является каучук,

в галалите — казеин молока, в целлулоиденитроцеллю­

лоза (продукт взаимодействия клетчатки с азотной кисло­

той) . В качестве связующих применяются и многие другие

4

смолистые вещества природного происхождения или син­

тетические смолы, как полиэфиры, полиамиды, эпоксид­ ные смолы и т. п.

Наполнитель заполняет пространство между частица­ ми связующего вещества, усиливает их взаимную связь п тем самым повышает прочность пластмассы. Он фактиче­ ски играет ту же роль, что и стальная арматура в железо­

бетоне, то есть резко повышает прочность материала. Вместе с тем наполнитель сокращает расход связующего вещества и поэтому удешевляет пластмассу.

В качестве наполнителей применяется древесная му­ ка, ткань, хлопковые очесы, бумага, древесная щепа, пе­ сок, асбест, стеклянная вата, стекло, стеклоткань, сажа,

порошки металла, графита и многие другие материалы.

Такие наполнители, как асбест, повышают теплостой­ кость материала, а порошки металла или графита прида­

ют ему электро-и теплопроводящие свойства. Пластификатор придает пластмассе свойство пластич­

ности, увеличивает текучесть, гибкость, уменьшает хруп­ кость материала, улучшая технологические и эксплуата­

ром, пластик становится мягким. В таком виде его легко

обрабатывать на вальцах и штамповать. Поливинилхло­ рид (хлорвиниловая смола) представляет собой роговид­ ную массу или мелкий белый порошок; при добавке неко­ торых пластификаторов эта смола становится мягкой,

гибкой и даже эластичной.

Иногда в состав пластмасс вводят красители, смазы­ вающие вещества, — стеарин, олеиновая кислота и дру­ гие присадки. Эти вещества, входящие в состав прессо­ вочных материалов, предотвращают прилипание отпрессованных деталей к горячим стенкам прессформ.

Процентное соотношение основных составных частей

тализаторы — в небольших количествах.

5

Катализатором, ускоряющим процесс полимеризации,

в составе прессовочных материалов поволачного типа, используют уротропин и спирт (спирт применяется толь­

ко для изделий ширпотреба).

Связующей основой могут быть только высокомолеку­ лярные соединения — полимеры, вещества с оолыпим молекулярным весом. Чаще всего это природные и синтетические (искусственно полученные) смолы. Из

Рис. 1. Примерная схема использования ароматических угле­ водородов, получаемых из нефти и каменного угля.

природных смол связующей основой нередко использует­ ся асфальт, канифоль и шеллак. Синтетические смолы позволяют получать дешевые связующие вещества в необходимом количестве и высокого качества. Сырьем для получения синтетических смол является нефть, уголь, природные газы, воздух, вода, поваренная соль, запасы которых практически неисчерпаемы. На примерной схеме

(рис. 1) показано использование ароматических углеводо­ родов, получаемых из нефти и каменного угля.

Пластические материалы, в зависимости от темпера­ турных изменений, происходящих в процессе их перера­ ботки, разделяются на две группы: термопластичные и термореактивные. Термопластики под воздействием тепла

6

и давления не претерпевают коренных химических изме­ нений, их превращения обратимы. Это значит, что отли­ тое или отпрессованное изделие из термопластиков может

быть снова размягчено с целью придания детали той или другой формы.

Например, капроновые сети, ткани и другие изделия из капрона, пришедшие в негодность, можно перерабо­ тать в детали машин — шестерни, подшипники и другие. Поэтому необходимо старые изделия, изготовленные из капрона и нейлона, собирать для вторичной переработки.

К термопластичным материалам относится большин­ ство полимеризационных и эфироцеллюлозных пластиче­ ских масс (полиэтилен, полистирол, ацетил и ацетобутиратцеллюлоза и другие), а также полиэфиры и полиами­ ды. Материалы эти перерабатывают в изделия наиболее совершенными и экономичными способами (литье под давлением, экструзия и другие).

Термореактивные материалы под действием тепла и

давления становятся необратимы к последующим изме­ нениям. Изделия, отлитые или отпрессованные из таких материалов, не могут снова размягчаться и перерабаты­ ваться в другие детали. Термореактивными пластически­ ми массами в основном являются фенопласты и амино­ пласты, Изделия из них имеют высокую твердость, жест­

кость, теплостойкость, но по прочности они не всегда удовлетворяют возросшие требования к современной технике. Вследствие большой скорости отвердевания термореактивные пластики порой трудно перерабатывать в изделия наиболее производительными методами.

Следует отметить, что термореактивные материалы

могут быть вторично использованы для изготовления из­ делий бытового назначения. Для этого их перемалывают

в мелкий порошок, добавляя при этом 20 — 25 процентов свежего прессовочного материала, полученную смесь

отпрессовывают в новое изделие. .

Синтетические материалы открыли простор для ре­ шения важных и сложных вопросов, связанных с обеспе­

чением бурных темпов технического прогресса в народном хозяйстве нашей страны. Это объясняется комплексом ценных физико-химических свойств полимеров. К таким свойствам относятся высокая пластичность, способность к формованию, небольшой удельный вес, высокая механи­ ческая прочность, высокие термо-звуко-и электроизоля­

7

ционные свойства, химическая стойкость, светостойкость, хорошая окрашиваемость, прекрасные оптические свой­ ства, отличные клеящие, фрикционные и антифрикцион­

ные, уплотнительные и термоизолирующие свойства неко­ торых пластмасс, а также ионно-обменные свойства ряда смол, хорошая способность поглощать и гасить вибра­ ции, образовывать тонкие и прочные волокна и т. п.

Пластические массы нашли широкое применение при изготовлении различных деталей машин и станков, изо­ ляции, электрических машин, автомобилей и троллейбу­ сов, разных частей автомобилей, самолетов, текстильных

и счетно-аналитических машин, телеграфной, телефонной, радиотехнической и другой аппаратуры.

Пластмассы с успехом заменяют металлы и дерево,

стекло и драгоценные камни, кожу и ткани и другие ма­ териалы. Более того, в ряде отраслей они считаются неза­ менимыми материалами. В самолете «ТУ-104» насчиты­ вается более ста двадцати тысяч деталей, сделанных из

различных пластмасс и их комбинаций с другими мате­

риалами. Вычислительная машина «Урал» имеет двадцать одну тысячу деталей из пластмасс. Текстильные машины, выпускаемые. Пензенским машиностроительным заводом, имеют по 1125 пластмассовых деталей.

Выпущены опытные пластмассовые образцы автомо­ бильных кузовов, шлюпок, небольших судов.

Из пластмасс изготовляют стойкие к ржавлению тру­ бы нефтяных скважин, кислотоупорные и щелочноупорные трубы и аппаратуру для химической промышленности.

Для машиностроения большое значение имеет изготовле­ ние шестерен, штампов, прессформ, инструментов из пластических материалов взамен стальных.

В отличие от обработки других материалов процесс

изготовления деталей из пластиков характеризуется почти

полным отсутствием отходов, более высоким уровнем

производительности труда и низкими эксплуатационными

затратами. Изделия из пластмасс легко монтируются и обладают большим сроком службы.

При замене металла пластмассой уменьшается вес детали в 3 — 6 раз, снижается себестоимость в 3 — 6 раз,

уменьшается .трудоемкость технологических операций в 5— 10 раз, потребность в оборудовании и производствен­ ных площадях уменьшается в 2 — 3 раза. Время изготов­

ления сложных штампов из пластмасс сокращается в

8