книги из ГПНТБ / Бобровников Г.А. Применение синтетических материалов при ремонте и модернизации машин

-з изделия во избежание деструкции и снижения качества мате­ риала необходимо тщательно соблюдать температурный режим, Кроме винипласта, существуют и другие пластмассы на основе поливинилхлорида — пластикат изоляционный (светло-термостой­ кий), винипроз прозрачный и другие материалы, имеющие весьма

узкую область применения.

К группе полимеризационных пластиков относится также по­ лиэтилен, который получают в результате полимеризации этилена. Существует несколько методов полимеризации этилена: при высо­ ких, средних и атмосферном давлениях с использованием различ­ ных катализаторов. Интересно отметить, что все эти методы имеют самостоятельное значение, так как дают возможность получить полиэтилен с различными свойствами [1].

Химической промышленностью в основном производятся два

'относительного удлинения при разрыве в процентах). Указанные марки полиэтилена имеют одинаковый предел прочности при ра­ стяжении (100 кГ/см2), но резко отличается друг от друга вели­ чиной удлинения при разрыве.

Полиэтилен не токсичен, обладает хорошими диэлектрическими свойствами и особенно высокой химической стойкостью, вследст­ вие чего применяется в основном для изготовления электроизоля­ ционных или химически стойких деталей и изделий и для нанесе­ ния антикоррозионных защитных покрытий. Кроме того, полиэти­ лен имеет весьма малый удельный вес (в среднем 0,92 Г/см3) и хорошую морозостойкость (изделия из полиэтилена не утрачи­ вают свою гибкость при температуре до —65°С), что, несомненно, расширяет область его применения.

Полиэтилен может перерабатываться в готовые детали и изде-

.лия способами литья под давлением, прессования и непрерывного выдавливания. В настоящее время порошкообразный полиэтилен все в большей степени используют для нанесения защитных покры­ тий способами вихревого и пламенного напыления и др.

Полистирол получают путем полимеризации стирола (винилбензола), который, в свою очередь, вырабатывают из бензола и эти­ лена. Полистирол является дешевой термопластической пластмас­ сой, обладающей рядом ценных свойств. Однако, обладая сравни­ тельно высокими механическими показателями (предел прочности при растяжении 300—500 кГ/см2, предел прочности ггри сжатии 1000 кГ/см2) и хорошими электроизоляционными свойствами, по­ листирол отличается повышенной хрупкостью (удельная ударная вязкость составляет в среднем 3—15 кГ • см/см2) , что, естественно,

•ограничивает область его применения в машиностроении. Химиче-

М)

ской промышленностью выпускается полистирол двух видов: полистирол блочный — обычный и блочный вальцованный, — полу­ чаемые в результате полимеризации стирола по блочному методу, и полистирол эмульсионный в виде порошка, получаемый путем соответствующего способа полимеризации [50, 51].

Детали из композиционного полистирола (порошка) изготов­ ляют способом прессования или чаще — способом литья под дав­ лением.

Область применения полистирола при ремонте и модер­ низации машин ограничивается в основном изготовлением электроизоляционных деталей, а также рукояток, панелей, махо­ вичков и других малонагруженных и неответственных деталей. В некоторых случаях (при изготовлении оптических деталей) используются специфические оптические свойства этой пластмас­ сы — высокий коэффициент светопреломления. Более широкое применение полистирол получил в радиотехнической промышлен­ ности и промышленности средств связи.

Фторопласты представляют собой группу высокомолекулярных фторосодержащих пластмасс, из которых наибольшее применение получили фторопласт-3 и фторопласт-4. Фторопласт-3, получаемый в результате полимеризации трифтормонохлорэтилена, выпускает­ ся в виде тонкого порошка, на основе которого возможно приме­ нение также композиций с различными наполнителями. Фторо­ пласт-4, получаемый в результате полимеризации газа тетрафторэтилена, также выпускается в виде мелкодисперсного порошка или таблеток.

Фторопласт-3 и фторопласт-4 обладают высокой химической стойкостью (особенно фторопласт-4, который в этом отношении превосходит все цветные металлы, в том числе золото и платину). Этим свойством в основном и определяется область применения фторопластов в машиностроении. Из этих материалов изготовляют различные прокладки, вентили, краны, мембраны и другие детали, работающие в условиях воздействия химически активной среды. Фторопласты применяют также для антикоррозионных покрытий и в качестве диэлектриков в электротехнике и радиотехнике.

Изделия и детали из фторопласта-3 получают различными спо­ собами, обычно применяемыми при переработке термопластов. Что касается фторопласта-4, то ввиду отсутствия у этой пластмассы вязкотекучего состояния переработку ее в детали и изделия произ­ водят способом спекания таблеток. Сущность этого способа заклю­ чается в том, что вначале в соответствующую пресс-форму загру­ жают порошок пластмассы и путем прессования в холодном со­ стоянии получают таблетку по форме изделия. Затем таблетку помещают в специальную печь, где порошок спекается, образуя сплошное (непористое) изделие. Так как при спекании возникает значительная усадка материала (4—7%), то получение деталей повышенной точности достигается обычно последующей их меха­ нической обработкой.

и

Полученные из фторопласта детали рекомендуется подвергать термической обработке путем повторного нагрева с последующим быстрым охлаждением. Эту операцию в ряде случаев можно совме­ стить с процессом, изготовления детали, подвергнув ее резкому охлаждению (до комнатной температуры) непосредственно после извлечения из пресс-формы. Такая термичеокая обработка (закал­ ка) способствует повышению механических свойств материала, причем для фторопласта-3 в значительно большей степени, чем для фторопласта-4.

Фторопласты имеют сравнительно большой для этой категории пластмасс удельный вес (2,1—2,3 Г/см3) и высокую морозостой­ кость (до —195° С).

Одним из наиболее распространенных видов высокополимеров являются полиамиды. Из этого вида синтетических материалов наиболее широкое применение при ремонте и модернизации «машин получили капрон и отчасти анид. Сравнительно редко применяют целлулоид и органическое стекло (остекленение приборов, изготов­ ление смотровых люков, шкал и т. п.).

Слоистые пластмассы. Особую группу составляют слоистые пластмассы. Эти материалы в своем составе имеют наполнители в виде листов бумаги, ткани, древесного шпона и различные свя­ зывающие вещества. В зависимости от технологии изготовления, вида связывающего вещества и наполнителя получают слоистые пластики различных свойств, определяющих их назначение. Основ­ ными видами слоистых пластмасс являются: текстолит, гетинакс, стеклотекстолит, асботекстолит и древесные слоистые пластики.

Текстолиты представляют собой целую группу слоистых

массы является поделочный текстолит на основе хлопчатобумаж­ ной ткани, которую пропитывают фенолоальдегидной смолой и прессуют при определенной температуре и давлении. Поделоч­ ный текстолит выпускается трех марок: ПТК, ПТ и ПТ-1 и приме­ няется для изготовления вклыдышей подшипников скольжения, бесшумных шестерен, сепараторов шарикоподшипников и других деталей машин. Как конструкционный материал поделочный тек­ столит имеет вид листов или плит различной толщины, из кото­ рых изготовляют детали в основном способом холодной обработ­ ки на обычных металлорежущих станках.

Кроме поделочного текстолита общего назначения, выпуска­ ется целый ряд текстолитов специального назначения: электротех­ нический текстолит, отличающийся своими диэлектрическими свойствами и применяющийся главным образом в электротехниче­ ской промышленности, металлургический текстолит, предназна­ ченный для подшипников скольжения прокатных станов, и, нако­ нец, прокладочный текстолит марки МА повышенной гибкости.

Гетинаксами называются слоистые пластмассы на основе бу­

12

ряд новых весьма ценных по своим свойствам пластмасс. К таким материалам следует отнести новый вид высокопрочных стеклоплас­ тиков СВАМ, технология производства которых разработана лабо­ раторией анизотропных структур АН СССР [4].

Стеклопластики СВАМ относятся к так называемым стекло­ волокнистым анизотропным материалам. В отличие от обычных стеклопластиков при изготовлении этого материала обеспечи­ вается ориентация стеклянного волокна (наполнителя) парал­ лельно друг другу при одновременном нанесении па них связы­ вающего вещества. В качестве основ1ного связывающего вещества применяют смолу БФ (бутварофенольная), проводятся исследова­ ния по применению в качестве связывающего вещества эпоксид­ ных и других смол.

Благодаря ориентации волокон наполнителя достигается высо­ кая прочность материала.

Так как удельный вес стеклопластика СВАМ примерно в 5 раз меньше чем стали и в 1,5—2 раза меньше дюралюминия, то по удельной прочности этот материал не только не уступает легким

мобилестроении, судостроении и в железнодорожном транспорте для изготовления кузовов автомашин, лодок, корпусов мелких судов, различных конструкционных элементов кораблей, цистерн, резервуаров и внутреннего оборудования пассажирских вагонов.

Разработанный советскими учеными метод анизотропных структур, на основании которого был получен стеклопластик СВАМ, открывает большие возможности для производства и дру­ гих подобного рода высокоэффективных конструкционных мате­ риалов.

Весьма перспективным направлением в синтезе новых высоко­ молекулярных соединений является метод получения «привитых» полимеров [53]. Как уже отмечалось, большинство высокомолеку­ лярных соединений получают за счет реакции полимеризации, которая заключается в том, что под воздействием катализаторов небольшие молекулы мономера, химически соединяясь, образуют крупные молекулы (макромолекулы) нового вещества — по­ лимера.

Новый метод заключается в том, что к линейным макромоле­ кулам одного полимера присоединяются молекулы другого поли­ мера, образуя ветвистые молекулы, в результате чего вещество приобретает новые свойства. Так, например, если к полистиролу, который отличается повышенной хрупкостью, «привить» каучук, то получается новый синтетический материал^ обладающий не только более высокой прочностью, но и хорошей эластичностью [19]. Вполне очевидно, что этот метод открывает большие возмож­ ности для получения новых конструкционных материалов с раз-

14

личными свойствами, которые найдут самое широкое применение'

вмашиностроении и других отраслях народного хозяйства.

Внастоящее время появился новый термопластический мате­ риал — полиформальдегид, известный за границей под названием делрин [52]. Полиформальдегид представляет собой высокомоле­ кулярный полимер формальдегида, полученный благодаря раз­ работке нового метода полимеризации. Этот полимер обладаетвысокими механическими свойствами (предел прочности при рас­ тяжении около 700 кГ/см2, предел прочности при статическом

изгибе 990 кГ/см2, модуль упругости при статическом изгибе 28700 кГ/см2), что объясняется тем, что структура этого полиме­ ра содержит большое количество кристаллических участков, (около 75%).

Кроме указанных свойств, полиформальдегид отличается хо­ рошей устойчивостью к действию химических реагентов, высокой усталостной прочностью и износостойкостью, низким коэффици­ ентом трения (коэффициент трения полиформальдегида в паре со сталью колеблется в пределах 0,1—0,3 при сухом трении и 0,05—0,1 при смазке машинным маслом).

Основными способами переработки нового полимера в детали и изделия являются литье под давлением и непрерывное выдавли­ вание (экструзия), позволяющие получать различные профилирова­ нные изделия: листы, полосы, стержни, трубы. Возможно примене­ ние и других способов переработки, в частности способа выдувания.

Весьма разнообразные и ценные свойства нового полимера обеспечивают широкую область его применения. Из полифор­ мальдегида можно изготовлять не только изделия широкого пот­ ребления и различную арматуру, но и многие детали машин и ме­ ханизмов: шестерни, подшипники, опорные ролики, детали двига­

были рассмотрены общие сведения, касающиеся только основных видов пластмасс. Кроме этих материалов, при ремонте и модерни­ зации машин применяют также фрикционные, звуко- и теплоизо­ ляционные и ряд других синтетических материалов специальногоназначения. Основные свойства и области применения наиболее важных из этих материалов будут рассмотрены ниже.

15-

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛАСТМАСС И ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

При ремонте и модернизации оборудования, кроме восстанов­ ления и повышения его эксплуатационных возможностей, всегда стремятся к упрощению конструкции,как механизмов, так и от­ дельных узлов и деталей, повышению долговечности, особенно быстроизнашивающихся узлов, снижению веса, уменьшению про­ изводственного шума, экономии дефицитных цветных сплавов, снижению себестоимости и др. Во многих случаях эти задачи успешно решаются за счет рационального применения пластмасс.

Благодаря большому разнообразию пластмассы находят все более широкое применение при ремонте и модернизации оборудо­ вания не только в машиностроении, но и во многих других отрас­ лях народного хозяйства. Вместе с тем большое разнообразие пластмасс требует в каждом конкретном случае не только стро­ гого учета их свойств, но и условий, в которых они будут работать.

Основными техническими условиями, определяющими выбор пластмассы, являются: воспринимаемая или передаваемая де­ талью нагрузка, характер нагрузки (статическая, динамическая, знакопеременная и т. п.), среда и степень ее агрессивности, тем­ пературный режим, условия трения (относительная скорость дви­ жения, удельное давление) и др. Весьма часто выбор типа и марки пластмассы зависит в большой степени от специфических тре­ бований: способности обладать высокими звукоизоляционными, теплоизоляционными, фрикционными, диэлектрическими и други­ ми свойствами.

С целью облегчения выбора пластмасс для использования при ремонте и модернизации машин их можно разделить на следую­ щие группы:

1.Конструкционные пластмассы общего назначения.

2.Конструкционные пластмассы с повышенными и высокими механическими свойствами.

3.Антифрикционные и фрикционные пластмассы.

4.Электроизоляционные пластмассы и пластмассы с высокими диэлектрическими свойствами.

5.Звуко- и теплоизоляционные пластмассы.

6.Пластмассы с высокой химической стойкостью.

7. Прочие пластмассы (прозрачные, уплотнительные, клеевые и др.).

Вполне понятно, что такая классификация является относи­ тельно условной, так как ряд пластмасс можно одновременно от­ нести к двум и даже нескольким группам. Так, например, тексто­ лит можно одновременно отнести к конструкционным пластмас­ сам с высокими механическими свойствами и к антифрикционным пластмассам. Кроме того, имеется электротехнический текстолит с различными диэлектрическими свойствами. Поэтому в дальней­ шем условимся различные (виды пластмасс относить к той или

иной группе в зависимости от их основного назначения, которое они получили при ремонте и модернизации машин.

К конструкционным пластмассам общего назначения можно отнести фенопласты (пресс-порошки, монолит), аминопласты и некоторые другие материалы. Эти пластмассы иногда называют также вспомогательными илй несиловыми, так как они отличают­ ся низкой прочностью и повышенной хрупкостью. Механические свойства этих материалов колеблются в пределах:

Предел прочности при растяжении 300—500/сГ/сж2

Вследствие сравнительно низких механических свойств из пластмасс общего назначения способом горячего прессования обычно изготовляют рукоятки и головки рукояток управления, нажимные кнопки, маховички, малонагруженные корпуса прибо­ ров и другие подобного рода детали.

Физико-механические и технологические свойства основных конструкционных масс общего назначения приведены в табл. 1.

Таблица 1

Физико-механические и технологические свойства конструкционных пластмасс общего назначения (несиловых)

К конструкционным пластмассам с повышенными и высокими механическими свойствами относят слоистые пластмассы: тек­ столит, гетинакс, асботекстолит, различные марки древесных пластиков с наполнителями в виде древесного шпона (ДСП). К этой группе относят также пластмассы с волокнистыми напол­ нителями: волокнит, текстолитовую и- лигнофолевую крошки и др.

Основные физико-механические свойства конструкционных пластмасс с повышенными и высокими механическими свойствами приведены в табл. 2.

Таблица 2

Физико-механические свойства конструкционных пластических масс с повышенными и высокими механическими свойствами

18

П р и м е ч а н и е . X — перпендикулярно к слоям и [| — параллельно слоям.

Из данных табл. 2 видно, что механические свойства пласт­ масс с волокнистыми наполнителями выше, чем пластмасс с по­ рошкообразными наполнителями, но значительно ниже слоистых пластмасс.

Наиболее высокими прочностными характеристиками облада­ ют стеклотекстолиты, особенно стеклопластики СВАМ, которые принято относить к конструкционным пластмассам высокой проч­

ности.

Имеются интересные данные [2], показывающие, что механи­ ческие свойства пластмасс при одном и том же связывающем веществе в большой степени зависят не только от вида наполни­ теля, но и от его ориентации и количества.

В табл. 3 приведены данные, иллюстрирущие влияние напол­ нителя на предел прочности при растяжении и ударную вязкость пластмасс на основе фенолоформальдегидной смолы.

Таблица 3

Механические свойства пластмасс на основе фенолоформальдегидной смолы с различными наполнителями [2]

19