книги из ГПНТБ / Бобровников Г.А. Применение синтетических материалов при ремонте и модернизации машин
.pdfГ. А. БОБРОВНИКОВ
канд. техн. наук доцент
ПРИМЕНЕНИЕ
СИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ РЕМОНТЕ
И МОДЕРНИЗАЦИИ МАШИН
МАШГИЗ
ГООУ Д APGT В ЕН Н О Е
Н А У ЧНО -ТЕХНИЧЕСК ОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИ Т ЕРА Т У РЫ
Москва 1963 Киев
\
6П5.5 Б72
В книге описаны основные свойства наиболее распространенных пластмасс. Показаны пути и возможности использования синтетических ма териалов при ремонте и модернизации машин. Приведены подробные сведения по технологии изготовления пластмассовых деталей в условиях ремонтны-х цехов и заводов. Даны практические рекомендации по выбору заводского оборудова ния и организации участков по переработке пластмасс в изделия.
Книга предназначена для инженерно-техниче ских работников ремонтных цехов промышлен ных предприятий.
Г
Рецензент д-р хим. наук проф. А. В. Юдин
ЮЖНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ МАШГИЗА
Главный редактор инж. В. К■ Сердюк
ПРЕДИСЛОВИЕ
Программа ускоренного развития химической промышленности, намеченная майским (1958 г.) Пленумом ЦК КПСС и решениями XXII съезда КПСС, открывает большие возможности применения синтетических материалов в различных отраслях промышленности. За 20 лет продукция химической промышленности при интенсив ном расширении номенклатуры возрастет примерно в 17 раз. Ши рочайшее распространение получит химия полимеров. Производ ство синтетических смол будет увеличено примерно в 60 раз.
Большое народнохозяйственное значение имеет применение синтетических материалов при ремонте и модернизации машин. Прогрессивная роль этих материалов в данном случае заключает ся не только в возможности повышения сроков службы многих деталей и узлов, снижения веса конструкций, экономии дефицит ных цветных металлов и сплавов, но и в повышении производи тельности труда, снижении стоимости ремонта и эксплуатации ма< шин и механизмов.
Детали и изделия из пластмасс всегда стремятся получать прессованием, литьем под давлением и другими высокопроизводи тельными способами сразу в готовом виде, без дальнейшей обра ботки. Для этого используется соответствующее специальное обо рудование. Однако при ремонте и модернизации машин весьма часто требуется изготовление небольших партий одинаковых дета лей одного типоразмера, в связи с чем применение сложного обо рудования и пресс-форм для их изготовления экономически себя не оправдывает.
Поэтому в настоящей книге большое внимание уделено техно логии изготовления пластмассовых деталей с помощью литых (временных) пресс-форм, способами горячей накатки, сварки, ме ханической обработки и другими способами, не требующими спе циального дорогостоящего оборудования. При этом снижается себестоимость изготовления деталей и, следовательно, расширяют ся возможности применения синтетических материалов при ремон те и модернизации многих машин-
3
С учетом того, что в ближайшие годы количество синтетических материалов будет увеличиваться во все возрастающих масштабах, в книге даны необходимые сведения и рекомендации по выбору заводского оборудования и организации участков по изготовлению деталей из пластмасс в условиях ремонтных цехов и заводов.
В книге наряду с собственными исследованиями автора исполь зован и обобщен опыт ряда передовых ремонтных заводов по при менению синтетических материалов, которые способствуют сни жению стоимости ремонта, повышению сроков службы и эксплуа тационных качеств машин.
ПЛАСТМАССЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ РЕМОНТЕ И МОДЕРНИЗАЦИИ МАШИН
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЛАСТМАССАХ
В настоящее время химической промышленностью СССР
выпускаются различные виды пластмасс, которые могут быть использованы как конструкционный материал при изготовлении, ремонте и модернизации машин.
Основной составляющей частью пластмассы являются синте тические или, в некоторых случаях, природные полимеры. Поли меры представляют собой высокомолекулярные соединения, со стоящие из большого количества небольших молекул веществ, называемых мономерами. Молекулы мономеров содержат неболь шое число атомов. Однако, обладая способностью при определен ных условиях химически последовательно соединяться друг с другом, они образуют длинные цепи — макромолекулы полимера (смолы, целлюлозы и др.), состящие из огромного количества атомов. В результате такого строения молекул полимеры могут приобретать высокую прочность, твердость, упругость и ряд дру гих ценных свойств. В качестве примера можно указать на низко молекулярные углеводороды, молекулы которых содержат от 20 до 100 атомов углерода.
При обычных условиях низкомолекулярные углеводороды яв ляются жидкими или полутвердыми веществами. При увеличении количества атомов свойства углеводородов меняются, и когда число их достигнет нескольких тысяч, образуется новое прочное и твердое вещество — полимер.
Изучение химии и физики полимеров не входит в задачу на стоящей книги.
Укажем только, что рациональное использование имеющегося ассортимента синтетических полимеров и пластмасс на их основе при ремонте и модернизации машин требует знания особенностей физико-химических свойств высокомолекулярных соединений по сравнению с низкомолекулярными. Подробно эти вопросы рас сматриваются в специальной литературе [1, 50, 55].
' При изготовлении пластмасс наиболее часто применяют синте тические полимеры — смолы, получаемые при переработке камен-
5
ного угля, природного газа, нефти и других видов сырья. Наиболее важными из этих смол являются фенолоальдегидные, анилино альдегидные, кремнийорганические, поливинилхлоридные, поли амидные, полистирольные. Значительно реже применяются при родные смолы (шеллак и др.).
В некоторых случаях пластмасса может состоять из одной только смолы (например, полиэтилена или полиамида). В боль шинстве же случаев смола используется как основная связываю щая часть пластмассы, в состав которой, кроме смолы (полимера), входят различные наполнители, пластификаторы и др. Таким об разом, большинство пластмасс представляет собой сложные смеси, так называемые композиции.
Большое влияние на механические, физические и другие свой ства пластмасс оказывает наполнитель. В зависимости от вида наполнителя пресс-материалы (композиции) подразделяются на порошкообразные, или волокнистые, и слоистые. В качестве по рошкообразных наполнителей применяют кварцевую или древес ную муку, слюду, графит, серу, сажу, хлопок, волокнистый асбест, стекловолокно и другие подобного рода материалы. В качестве слоистых наполнителей — хлопчатобумажную и другие ткани (например, стеклоткань), бумагу, древесный шпон и др. Наполни тели не только удешевляют пластмассу, но в ряде случаев повы шают ее прочность и оказывают влияние на технологические свойства. В связи с этим технология переработки пластмасс с раз личными наполнителями имеет существенные отличия.
Для повышения эластичности и улучшения технологических свойств пластмассы в состав исходной смеси вводят пластификато ры (дибутилфталат, камфора и др.), отверждающие вещества,
иускорители (катализаторы), которые не только способствуют, но
иускоряют процесс отверждения при переработке исходного ма терила в готовые изделия.
При заполнении пресс-формы пластмасса может |
прилипать |
к стенкам, что усложняет процесс извлечения изделия |
и ухудшает |
качество ее поверхности. |
|
С целью устранения этого явления в состав пресс-порошков ре комендуется вводить в небольших количествах (0,5—-1,5%) смазы вающие вещества (стеарин, воск и др.).
В тех случаях, когда изделию желательно придать определен ную окраску, в состав композиции вводят различного рода кра сители (нигрозин или анилиновые красители).
Количественное соотношение связывающего вещества, напол нителя и других компонентов, входящих в состав композиции, за висит от назначения пластмассы и от тех свойств, которые жела тельно ей придать. Так, если коэффициент расширения чистой фенолоформальдегидной смолы составляет (7,5~ 12,5) • 105, то при использовании стеклянного или асбестового наполнителя он сни жается до (0,7-f- 3) ДО5. В ряде случаев за счет применения соответствующих наполнителей и других добавок можно сущест-
6
гзенно повысить прочность, износостойкость, антифрикционные и другие свойства пластмасс.
При изготовлении пластмассовых изделий исходный материал обычно подвергают совместному действию нагрева и давления. В зависимости от изменения свойств при нагреве пластмассы раз деляют на две основные группы: термореактивные и тремопластические.
При нагреве термореактивные пластмассы вначале размягчают ся, а затем переходят в твердое, неплавкое состояние. Процесс этот является необратимым, т. е. при повторном нагреве такого рода пластмассы не размягчаются. Термопластические массы (термо пласты) отличаются тем, что при повторном нагревании они снова переходят в пластическое состояние, полностью сохраняя при этом способность к формованию.
С технологической точки зрения такое подразделение пластмасс имеет значение в том отношении, чтокак сами исходные материа лы, так и уже готовые изделия из термопластов могут. подвер гаться повторному размягчению и формованию, в то время как термореактивные массы проявляют пластические свойства только один раз.
Термореактивные массы. Наиболее распространенными термо реактивными массами являются фенопласты, получаемые на основе фенолоальдегидных и фенолоформальдегидных (бакелитовых) смол. Кроме связывающего вещества — смолы, в состав этих пласт масс входят порошкообразные наполнители (древесная мука, микроаобест, каолин и др.), пластификаторы, красители и другие компоненты. В зависимости от назначения фенопласты делятся на три типа.
К первому типу относятся пресс-материалы марок К-18-2, К-17-2, К-20-2 и другие, предназначенные главным образом для изделий технического и бытового назначения. Из фенопластов этих марок обычно изготовляют рукоятки, маховички и другие малонагруженные детали и изделия, вследствие чего их принято назы вать пресс-порошками общего назначения.
Ко второму типу фенопластов относятся пресс-материалы марок К-21-22, К-18-53, К-211-3, К-211-4 и др. Фенопласты второго типа применяются в основном для изготовления деталей с высокими электроизоляционными свойствами и повышенной теплостой костью. Так, например, из пресс-порошка марки К-21-22 рекомен дуется изготавливать детали конденсаторов, электроарматуры,
электронагревательных |
приборов. Из пресс-порошка марки |
К-18-53 — детали насосов, |
текстильных машин и др. |
К третьему типу фенопластов относятся пресс-материалы: мо |
нолит-1, монолит-2 и некоторые другие, применяющиеся для изго товления деталей'с несколько более высокой механической проч
ностью.
Кроме того, выпускаются пресс-порошки специального назна чения, например композиции К-104-205— для изготовления
7
полупроводниковых изделий и К-18-42 — для изготовления дета лей и технических изделий. К этим материалам предъявляются повышенные требования по водостойкости и теплостойкости.
Детали и изделия из фенопластов получают способом горячего прессования под давлением. При повторном нагреве фенопласты не размягчаются, хотя теплостойкость их в большинстве случаев срав нительно невысокая.
Рассмотренные выше пресс-материалы на основе фенолоальде гидных смол имеют наполнители в виде порошков. Существенным недостатком этих материалов является низкая ударная вязкость (4—6 кГ - cmJcm2) полученных из них пластмассовых изделий.
Для улучшения качественных характеристик пластмассы и осо бенно повышения ее эластичности химической промышленностью выпускается целый ряд пресс-материалов на основе фенолоальде гидных смол с наполнителями в виде волокна или крошки. Удель ная ударная вязкость пресс-материалов с указанными наполнителя ми повышается до 10—\2кГ • cmJcm2. В зависимости от вида напол нителя эти пластмассы имеют различные названия. Например, пресс-материал, у которого наполнителем является хлопковый очес, называется волокнитом, при использовании стеклянного волокна —
стекловолокнитом, |
кусочков |
хлопчатобумажной ткани — тексто |
литовой крошкой, |
кусочков |
древесного шпона — лигнофолевой |
крошкой и т. д.
При ремонте и модернизации машин наиболее часто применяют текстолитовую и лигнофолевую крошку и волокнит. Эти материалы обладают сравнительно высокой прочностью, имеют хорошие анти фрикционные свойства. Из текстолитовой и лигнофолевой крошки обычно изготовляют детали, работающие на трение, например втулки и вкладыши подшипников скольжения.
Следующим распространенным видом термореактивных масс являются амвнстласты, получаемые на основе термореактивных высокомолекулярных мочевинно-формальдегидных и меламиноформальдегидных смол. В настоящее время наиболее широко при меняют аминопласт-1, получаемый из композиции, состоящей из мочевинно-формальдегидной смолы и сульфитной целлюлозы. Этот пресс-материал применяется для изготовления различного рода технических изделий и малонагруженных, неответственных дета лей (крышек, рукояток, кнопок и др.). Особо широкое применение этот вид пластмассы получил при изготовлении изделий широкого потребления. Аминопласт-1 выпускается двух марок: А — для из готовления прозрачных изделий и Б — для непрозрачных изделий. При изготовлении изделий из аминопласта марки Б в состав ком позиции вводят соответствующий краситель.
Существует целый ряд других пресс-материалов на основе фенолоформальдегидных (например, пресс-порошки ФКП с добав ками каучука), меламино-мочевинно-формальдегидных и других смол (например, пресс-материал марки ВЭИ-12). Однако эти ма териалы применяются реже и имеют второстепенное значение.
8
Одним из достоинств термореактивных масс является то, что' их механические свойства в меньшей степени зависят от изменения температуры окружающей среды, чем .термопластических пласт масс (фиг. 1).
Из фиг. 1 видно, что с изменением температуры прочность, термопластических масс меняется весьма значительно, в то время как у термореактивных масс как при повышении, так и при понижении температуры прочность изменяется сравнительна мало.
Термопластические массы. Наиболее распространенными термо пластическими массами являются винипласт, полиэтилен, полисти
рол, фторопласты, |
полиамиды, |
целлулоид, органическое |
стекло |
||
и ряд других материалов, выпускаемых |
|
|
|||
в виде крошки, листов, стержней, |
труб |
|
|
||
и т. п. Технологические свойства термо |
|
|
|||
пластических масс позволяют применять |
|
|
|||
различные способы |
их переработки |
в го |
|
|
|
товые детали и изделия. К основным из |
|
|
|||
них относятся: литье под давлением, не |
|
|
|||
прерывное выдавливание в размягченном |
|
|
|||
состоянии (экструзия), штамповка, |
ме |
|
|
||
ханическая обработка и сварка. |
поливи |
|
|
||
Винипласт, получаемый из |
|
|
|||
нилхлорида, относится к группе полиме- |
|
|
|||
ризационных пластиков. Полимеризацию |
|
|
|||
винилхлорида проводят при определенном |
Фиг. 1. График влияния |
||||
давлении в автоклаве в присутствии ини |
температуры на |
проч |
|||
циаторов. В дальнейшем полимер—поли |
ность пластмасс |
[2]: |
|||
винилхлорид после термической обработ |
1 — термопластические; |
||||
2 — термореактивные. |
|||||
ки при температуре 160—170° С, добавке |
|
|
|||
стабилизаторов и |
пластификаторов |
образует пластмассу — вини |
пласт.
Винипласт обладает высокой химической стойкостью и поэтому
применяется |
в основном для изготовления изделий, работающих |
|
в условиях |
воздействия |
агрессивной среды,— деталей химической |
аппаратуры, |
различных |
сосудов и резервуаров (например, гальва |
нических ванн). Из винипласта изготовляют также вентили, краны и другие элементы трубопроводов. Винипласт выпускается в виде полуфабриката различного профиля: пленки, листоз различной, толщины, стержней, труб и т. п.
Изделия из винипласта можно получать способом штампова ния (с предварительным подогревом), горячего прессования, шпри цевания и др. Винипласт поддается также различным видам меха нической обработки. Крупные изделия из винипласта, особенна изделия, имеющие сложную форму (например, вентили), получают сваркой отдельных более простых по конструкции частей. Суще ственным недостатком винипласта является его высокая чувстви тельность к перегреву. Поэтому при переработке этого пластика