книги из ГПНТБ / Ромадин К.П. Материаловедение [учебное пособие]

солнца и от действия высоких температур при эксплуатации

летательных аппаратов;

6)высокие механические качества; по значению удельной

прочности многие пластмассы стоят выше металлических авиа­

ционных сплавов;

7)при повышенной температуре некоторые пластики обла­

дают большей стабильностью свойств, чем металлы;

8)специальные свойства — свето- и радиопрозрачность,

эластичность, электроизоляционные, фрикционные, антифрикци­

онные и другие свойства.

Основными недостатками пластмасс как конструкционных

материалов является их низкая ударная вязкость и сравнитель­

но малый модуль упругости.

1 Классификация пластмасс производится по следующим при­ знакам:

По отношению к нагреванию их делят на термопластичные, размягчающиеся при каждом повторном нагреве, и термореак-

гивные, теряющие способность к деформированию после тепло­ вой обработки.

По типу связующих веществ различают пластики на основе

следующих важнейших синтетических смол: фенольно-формаль­ дегидной (бакелитовой), мочевино-формальдегидной, карбо-

мидной, кремний-органической (силоксановой), эпоксидной,

полиэфирной, а также акриловой, полиэтиленовой, полистиро­ ловой, полихлорвиниловой и др.

Получение синтетических смол основано на реакциях конден­

сации или полимеризации. Конденсационные смолы представ­ ляют продукты взаимодействия нескольких различных веществ;

при реакции конденсации обычно выделяется вода. Полимери-

зационные смолы (полимеры) возникают в результате объеди­ нения нескольких молекул одного и того же вещества (моно­ мера) в более крупные.

По типу наполнителя различают следующие пластмассы: слоистые (наполнителем является стеклянная ткань, хлопчатобу­

мажная ткань, картон, асбестовая ткань), волокнистые (наполни­

телем является: древесная мука, хлопковые очесы, стеклянная

пряжа), порошкообразные (наполнителем является асбест, гипс,

слюда, кварц, каолин) и без наполнителей.

По применению пластмассы делятся на:

Конструкционные — стеклотекстолит различных марок, отча­

сти текстолит, а также пенопласты для заполнения пустотелых

деталей с целью повышения их жесткости. Эти пластмассы при­ меняются для изготовления силовых деталей различных лета­

тельных аппаратов — обшивки и деталей фюзеляжа, крыла и

стабилизатора; элеронов, обтекателей и триммеров, лопаток и

дисков компрессора, контейнеров, баков для горючего и др.

Волокнистые и пластмассы на основе пресспорошков для неси­

ловых деталей — волокнит, стекловолокнит, асбоволокнит, кар­

172

болит, аминопласты, фторопласты и др. Эти пластики применя­

ются для изготовления несиловых деталей — штурвалов, руко­

яток, кнопок, педалей, а также деталей электрооборудования.

Светопрозрачные пластики для остекления кабин самолета фо­ нарей, сигнальных огней и т. п. К этой группе относятся: орга­

ническое стекло (плексиглас), целлулоид, триплекс.

Электроизоляционные и радиопрозрачные — гетинакс, тексто­

лит, полиэтилен, полистирол, винипласт, а также стеклотек­

столит.

Теплоизоляционные — пенопласты и большинство других

пластиков.

Фрикционные — асботекстолит, асбоволокнит и другие с ас­

бестовым наполнителем, применяющиеся для фрикционных пере­

дач и деталей тормозных систем.

Кислотоупорные и химостойкие — фторопласты, полихлор­

винил.

Прокладочные и уплотнительные — полиэтилен, полихлорви­

нил, гибкий текстолит, фторопласты.

Облицовочно-декоративные — гетинакс и его разновидности.

II.СЛОИСТЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ ПЛАСТМАССЫ

Всложных пластмассах наполнителями являются различ­

ные слоистые материалы (ткани). К слоистым пластикам отно­ сятся:

Стеклотекстолит — стеклянная ткань, пропитанная смолой;

стекловолокнистый анизотропный материал CBAM — направ­

ленное стеклянное волокно, пропитанное смолой.

Текстолит — хлопчатобумажная ткань, пропитанная бакели­

товой смолой.

Гетинакс — картон, пропитанный бакелитовой смолой.

Асботекстолит — асбестовая ткань, пропитанная бакелитовой

смолой.

Бакелитовая или фенольно-формальдегидная смола нашла

широкое применение при изготовлении авиационных пластмасс.

Бакелитовая смола получается в результате взаимодействия

фенола (или крезола) и формальдегида.

Реакция ведется в котлах в течение 1,5 часов при темпера­

туре около 100° в присутствии катализатора — аммиака или кислоты.

Существуют три формы бакелитовой смолы, переходящие

одна в другую при нагревании:

Бакелит А (резол) хорошо растворяется в спирте, ацетоне

и легко плавится. Раствор резола в спирте называется бакели­

товым лаком.

Бакелит В (резитол) образуется при нагревании резола до

90—100°, в растворителях только набухает, при нагревании пере­ ходит в резинообразную массу.

173

Бакелит C (резит) образуется при нагревании резитола до

150—160°, в органических растворителях нерастворим; обугли­

вается при 300°. Стоек к действию керосина, бензина, масла.

Существование этих форм бакелитовой смолы (термореак-. тивной) позволяет изготовлять детали из пластмасс на ее

основе путем горячего прессования, а после нагревания (выпеч­ ки) сообщать материалу детали термостойкость и устойчивость

к действию нефтепродуктов, спирта, масла и других жидкостей.

Наряду с бакелитовой смолой в последнее время для изготов­

ления слоистых пластиков применяются эпоксидные, полисилок­ сановые, полиэфирные и другие смолы. Также применяются сме­

шанные эпоксидно-фенольные, фенольно-силиконовые и другие

смолы.

Эпоксидные смолы разработаны сравнительно недавно. Это

сложные органические вещества, построенные из цепеобразных

молекул, имеющих на концах «эпокси—группы». Они легко сов­ мещаются с другими смолами фенольно-формальдегидными,

полиэфирными и др.

Эпоксидные смолы обладают большой стойкостью к боль­

шинству кислот, щелочей и органических растворителей, хоро­

шей теплостойкостью и высокими диэлектрическими свойствами.

Основным свойством эпоксидных смол является исключитель­

стика показана на фиг. 116.

і 74

1. Стеклотекстолит

Стеклотекстолит принадлежит к числу наиболее прочных

тывается резанием, склеивается, склепывается, обладает хоро­ шими электроизоляционными свойствами. Теплоемкость (до 200 час.) новейших марок стеклотекстолита доходит до 250°.

Кратковременно (до 2 мин.) стеклотекстолит может работать и при более высоких температурах (800°).

При нагревании прочность стеклотекстолита снижается.

Однако степень снижения теплостойкости сильно зависит от

фактора времени.

Разработанный в последнее время стеклотекстолит марок

ВФТ-С и СТ-911-С обладает повышенной термостойкостью и

может длительное время работать при температурах 200—250°

и кратковременно до 300—350°.

Интересным является стеклотекстолит марок СК9-Ф и ВПС-3, который по механическим свойствам при обычной тем­ пературе и теплостойкости превосходит другие марки.

В конструкции летательных аппаратов стеклотекстолит может быть использован для силовых элементов — обшивки фюзеляжа и крыла, нервюр, лонжеронов, стрингеров, деталей оперения —

элеронов, закрылков, триммеров и т. д.

В этих случаях стеклотекстолит может применяться отдельно или в сочетании с легкими заполнителями — пенопластами или

175

сотовыми заполнителями. Стеклотекстолит также может приме­ няться для фюзеляжа, стабилизаторов и обтекателей самолетаснаряда (фиг. 117), для обтекателей радиолокационных антенн,

контейнеров мягких топливных баков, каркаса вертолетов, упру­

гих мембран топливных агрегатов РД и т. д.

Фиг. 117. Применение слоистых пластмасс в конст­

(стеклотекстолит)

В авиационных двигателях из стеклотекстолита изготовляют лопатки компрессора и диски компрессора (первые ступени);

в этом случае применение стеклотекстолита вместо стали, алю­

миниевых или титановых сплавов выгодно не только благодаря

большей легкости, но также вследствие лучших демпфирующих

свойств.

По американским данным стеклотекстолит успешно исполь­ зуется в ракетной технике для камер сгорания, труб, внутренних

стенок канала ракеты. По данным фирмы Додсон материалы на основе фенольно-формальдегидных связующих могут быть

использованы в течение 2 мин. при 2480°; материалы на основе

кремний-органической смолы обладают устойчивостью до 2750°.

В последнее время проф. А. К. Буровым был разработан так

называемый CBAM — стекло-волокнистый анизотропный мате­

риал, который изготовляется из стеклянной пряжи, ориентиро­

ванной в одном направлении, и фенольно-бутворной или эпок­ сидной смолы. Вдоль волокон CBAM при удельном весе γ =

= 1,8—1,9 имеет очень высокую прочность:

σft = 90—95 кг!мм2

Удельная прочность его в 2—3 раза выше, чем у металличе­

ских сплавов = 48^. Теплостойкость CBAMa доходит до

200°.

В заграничных статьях отмечают, что стеклотекстолит и близкие ему материалы в конце концов вытесняют алюминиевые сплавы.

176

2. Текстолит и гетинакс

Текстолит и гетинакс обладают хорошими электроизоляци­ онными качествами; стойкостью по отношению к воде, маслу,

бензину, керосину; хорошей обрабатываемостью резанием и

склеиваемостью. Свойства некоторых марок текстолита и гети-

накса приведены в табл. 49.

Таблица 49

Как видно из таблицы, текстолит прочнее гетинакса, кроме

того, он менее гигроскопичен, но уступает гетинаксу по электро­ изоляционным свойствам.

Текстолит применяется для законцовок крыла и оперения, выравнивающих и уплотнительных прокладок, роликов для

тросов, бесшумных шестерен, лопаток компрессора, а также для

изготовления электроизоляционных деталей: панелей, щитов,

приборных досок и деталей электро- и радиоаппаратуры.

Гетинакс в настоящее время применяется только для дета­ лей электро- и радиоаппаратуры: панели, щиты, трубки, цилин­

дры и т. д.

3. Асботекстолит

Асботекстолит — это бензо-керосино-стойкий материал, обла­

дающий хорошими фрикционными, электроизоляционными и

дисков двухскоростных гидравлических передач и деталей тер­ моизоляции. По американским данным асбофенольные пластики применяются для ряда деталей ракет — конуса, крыла стабили­ затора, сопла, турбины и др. Кратковременно асбофенольные пластики могут выдерживать в течение 6—10 сек. температуру

около 2000oC.

III. ВОЛОКНИСТЫЕ ПЛАСТИНКИ И ПРЕССПОРОШКИ ДЛЯ НЕСИЛОВЫХ ДЕТАЛЕЙ

По композиции эти материалы состоят из смолы, наполните­

лей, пигментов, смазок и других добавок. Наполнителями для

этих пластмасс служат волокнистые или порошкообразные

вещества: древесные опилки, асбестовые или стеклянные волок­ на, хлопковые очесы, обрезки ткани, целлюлоза, тальк, слюда,

кварцевая мука и другие.

В случае фенольно-формальдегидной смолы получают прес­

совочные материалы типа карболита, волокнита, текстолитовой

крошки.

В случае мочевино-формальдегидной (карбомидной) смолы

получают аминопласты. Производство деталей из этой группы пластиков состоит из операции получения пресспорошков, табле-

тирования и горячего прессования

(фиг. 118). При горячем прессова­

нии смола плавится, что позволяет

Îполучить изделие требуемой фор­

мы, затем смола переходит в не­

плавкое состояние.

Большую группу волокнистых пластиков составляют пластмассы,

содержащие в качестве наполните­ лей древесную муку. Они отличают­

ристиками и повышенной теплостойкостью до 140—150°. Из этих групп пластмасс изготовляют несиловые детали электрорадио-

юборудования, работающие при температуре 60—120°. Волокни­

стые пластмассы, наполнителем которых служат волокна хлоп­

ка, текстолитовая крошка или мелкопрозрачная хлопчатобумаж­

178

ная ткань, отличаются повышенной ударной вязкостью. Они

применяются для более нагруженных деталей, например, роли­

ков, управления, бобышек накладок и т. п.

Пластмассы с асбестовым волокнистым наполнителем обла­

дают повышенной теплостойкостью до 250°. Они применяются для деталей, от которых требуются повышенные механические

свойства в нагретом состоянии, например, коллекторов, контакт­

ных панелей, тормозных накладок и других фрикционных дета­

лей.

Аминопласты применяются для изготовления мелких деталей

самолетного оборудования, не требующих высоких диэлектри­

ческих и механических свойств — ручки управления, корпуса приборов и т. п.

Особый интерес представляет прессматериал марки АГ4.

Пластик АГ4 изготовлен на основе стеклянного спутанного волокна и фенольно-формальдегидной смолы. Этот пластик не

стареет (в течение двух лет нет изменений свойств). Является

термореактивным, обладает хорошими электроизоляционными

свойствами и высокой водо-грибостойкостью. Легко прессуется.

Из пластика АГ4 изготовляются высоконагруженные детали конструкционного и электро-радиотехнического назначения, дли­

тельно работающие при температуре 175—200° в условиях влаж­ ного (тропического) климата.

Для АГ4 допустим кратковременный (3—5 час.) нагрев до

250° и очень кратковременный (10—15 сек.) нагрев до 2000°. Он

может быть применен для изделий разового действия.

IV. ПРОЗРАЧНЫЕ ПЛАСТМАССЫ

Из прозрачных пластмасс в настоящее время применяется

органическое стекло (плексиглас), целлулоид и триплекс.

1. Органическое стекло

Органическое стекло это продукт полимеризации сложных эфиров акриловой и метакриловой кислот. Оно прозрачно в боль­ ших толщинах, обладает хорошей светостойкостью, морозостой­

костью, не воспламеняется (медленно горит), склеивается, сва­

пластиков и хорошо обрабатывается давлением при нагрева­

нии. Механические свойства его сильно зависят от темпера-