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

Так как чистая фенолоформальдегидная смола имеет предел

тем более слоистые наполнители, особенно при условии направ­ ленной их ориентации (например, параллельно расположенные стеклянные нити), наоборот, повышают механические свойства пластмасс.

Кроме того, при конструировании и изготовлении ответствен­

лита, древесных и некоторых других слоистых пластмасс времен­ ное сопротивление на сжатие в направлении, перпендикулярном к слоям наполнителя, существенно выше, чем в параллельном на­ правлении (см. табл. 2).

При выборе вида и марки конструкционных пластмасс необхо­ димо, разумеется, учитывать не только величину и направление, но и характер действия рабочих нагрузок. Так, при ударной на­ грузке лучше других пластмасс работают древесные пластики и текстолит, который к тому же обладает хорошим шумо- и вибро­ поглощением.

При применении пластмасс необходимо учитывать также их недостатки и некоторые специфические свойства, которые огра­ ничивают, а иногда делают вообще невозможным использование их как конструкционных материалов в машиностроении. Наибо­ лее существенными недостатками конструкционных пластмасс являются: низкая теплопроводность (у большинства пластмасс

но низкая твердость (НВ 50—55) и недостаточная теплостойкость (35—260° С ), которая зависит от состава материала. При темпе­ ратурах выше 300° С начинается деструкция пластмасс, вслед­ ствие чего они необратимо теряют свои свойства. У большинства пластмасс допустимая температура нагрева при длительной эксплуатации составляет 60—120° С. Только стеклопластики и некоторые другие пластмассы допускают более высокую темпера­ туру нагрева при длительной эксплуатации.

Существенным недостатком пластмасс является также ползу­ честь, т. е. склонность к изменению свойств и размеров при дли­ тельном нагружении. Причем этот недостаток у пластмасс выра­ жен в значительно большей степени, чем у металлов.

20

или нанесением слоя пластмассы на металлическую деталь), при­ менения специальных режимов термической обработки (напри­

и наполнителя в виде волокнистого асбеста. Этот пресс-материал обладает повышенными тормозными свойствами и теплостой­ костью. Аналогичны по своему составу и фрикционным свойствам пресс-материал марки К-Ф-З-М и асботекстолиты. Из этих мате­ риалов изготовляют тормозные колодки и накладки тормозов, диски фрикционных муфт и т. п.

массы имеют низкий коэффициент трения в паре с металлом как при полусухом, граничном, так и особенно жидкостном трении, высокую прочность на сжатие, способность хорошо поглощать вибрации и пр.

Антифрикционные пластмассы применяют для изготовления вкладышей подшипников, втулок, накладных направляющих и многих других деталей, работающих на трение. Так, например, вкладыши подшипников из текстолита имеют коэффициент тре­ ния 0,002—0,005 при удельном давлении до 400 кГ/см2, большую

21

долговечность, хорошую прирабатываемость и одновременно спо­ собствуют уменьшению износа опорных поверхностей вала.

Недостатком антифрикционных пластмасс является их малая теплопроводность, что в ряде случаев ограничивает возможность их применения. Однако этот недостаток можно частично или да­ же полностью устранить путем применения воды или эмульсии, которые не только охлаждают трущиеся части вала, но являются отличной смазкой для пластмассовых подшипников. Применение антифрикционных пластмасс при ремонте и модернизации машин дает возможность экономить большое количество бронзы и дру­ гих дефицитных цветных сплавов. Кроме того, вследствие высоких антифрикционных свойств замена бронзовых вкладышей пласт­ массовыми значительно сокращает потери мощности на трение и в ряде случаев позволяет повысить производительность обору­

дования [3].

При изготовлении вкладышей подшипников из древесных сло­ истых пластиков необходимо учитывать, что износостойкость этих материалов зависит от направления волокон по отношению к тру­ щейся поверхности шейки вала. Наибольшей износостойкостью об­ ладают торцовые поверхности, поэтому волокна материала вклады­ шей должны быть расположены в радиальном направлении по от­ ношению к шейке вала.

При сравнительно небольших удельных давлениях и окруж­ ных скоростях вкладыши из древесных слоистых пластиков могут

массовых подшипников.

Древесные слоистые пластики являются наиболее дешевым антифрикционным материалом. Стоимость подшипника из дре­

текстолитовых подшипников подшипниками из древесных слоис­ тых пластиков.

Большое практическое значение имеет применение в качестве антифрикционного материала полиамидов (капрона). Как лабо­ раторные испытания, так и практическое применение полиамидов

ности как конструкционный материал с высокими антифрикцион­ ными свойствами. Кроме того, все большее практическое значе-

22

ние приобретает применение защитных антифрикционных покры­

В настоящее время успешно ведутся работы по созданию новых антифрикционных синтетических материалов. В качестве примера можно указать на новый антифрикционный материал марки ЭТС-52, предложенный О. Л. Петровым и А. Д. Курмаевым [6]. Этот материал представляет собой композицию на основе эпоксидной смолы, совмещенной с тиоколом. В состав композиции входят так­ же пластификатор, отверждающее вещество и наполнители.

Ниже приведены некоторые физико-механические свойства ан­ тифрикционного материала марки ЭТС-52.

Весьма ценным свойством нового антифрикционного материала является низкая гигроскопичность, отсутствие набухания в нефте­ продуктах, малый коэффициент трения и способность хорошо ра­ ботать без смазки.

Технология изготовления деталей из этого материала сравни­ тельно несложная и включает в себя две операции:

1)приготовление композиции и получение заготовки путем от­

ливки;

2)механическую обработку.

Испытания подшипников скольжения — втулок, изготовленных из материала марки ЭТС-52, показали их высокую износостойкость и хорошие антифрикционные свойства. Авторы рекомендуют этот новый антифрикционный материал для изготовления деталей ме­ таллорежущих станков и механизмов, работающих на трение.

Особенностью пластмасс является их низкая электропровод­ ность. Тем не менее диэлектрические свойства пластмасс колеблятся в широких*пределах, так как зависят от их состава и прежде всего связывающего вещества и наполнителя. За счет изменения состава композиции можно изменять в желаемом направлении диэлектрические свойства пластмасс.

Вообще же, высокими диэлектрическими свойствами обладает очень большая группа пластмасс. Наиболее широкое применение получили фенольные пресс-порошки марок К-21-22, К-211-2, К-220-21

23

стеклотекстолит, гетинаксы, текстолиты (электротехнические), ами­ нопласты, полиамиды, полистирол, акрилаты, полиэтилен и др.

Основные физико-механические свойства некоторых электроизо­ ляционных пластмасс приведены в табл. 5. Из приведенных данных видно, что удельное объемное и поверхностное электросопротивле­ ние этих материалов достигает весьма высоких пределов. Пластмас­ сы с высокими электроизоляционными свойствами нашли широкое применение в электротехнической, радиотехнической и других от­ раслях промышленности. При ремонте и модернизации машин из них изготовляют различного рода электроизоляционные детали, панели и корпуса электроприборов и другие части машин.

В машиностроении находят также широкое применение тепло­ звукоизоляционные пластмассы. В качестве теплозвукоизоляцион­ ных пластмасс обычно используют пенопласты, мипоры, поролоны и др. Эти материалы отличаются малым удельным весом, пористой структурой и получаются из различных синтетических и отчасти природных полимеров. Физико-механические свойства некоторых теплозвукоизоляционных пластмасс приведены в табл. 6.

Таблица 6

Физико-механические свойства теплозвукоизоляционных пластмасс [2]

Пенопласт плиточный

Для деталей, работающих в условиях воздействия химически активной среды, применяют пластмассы, обладающие высокой химической стойкостью. Следует сказать, что все виды пластмасс в той или иной степени обладают этим свойством. Однако наиболь­ шее применение в качестве антикоррозионных материалов получи­ ли фторопласты, винипласт, полиэтилен высокого и низкого давле­ ния, полиамиды, эпоксиды, полипропилен и др.

В последние годы все больше начинают применять и антикорро­ зионные покрытия металлических деталей. Для этих целей приме­ няют пластмассы, которые, кроме высокой химической стойкости, обладают способностью растекаться по поверхности детали, нагре­ той до определенной температуры, и отличаются хорошей адгезией, т. е. способностью прочно прилипать к металлу. Для антикоррози­ онных покрытий чаще всего применяют полиэтилен, полихлорви­ нил, поливинилхлориды, полиамиды и другие синтетические смолы.

Физико-механические свойства некоторых пластмасс, обладаю­ щих высокой химической стойкостью, приведены в табл. 7.

25

Таблица 7

Физико-механические свойства пластмасс, обладающих высокой химической стой­ костью [2]

ПОЛИАМИДЫ

Полиамиды относятся к сравнительно новому и в то же время весьма перспективному классу высокополимеров, которые находят все более широкое применение не только при изготовлении синте­ тических волокон, но и в машиностроении, автомобильном и желез­ нодорожном транспорте, судостроении и других отраслях промыш­ ленности для изготовления многих деталей и изделий.

Объясняется это рядом ценных свойств этих материалов: малым удельным весом, сравнительно высокой прочностью и эластич­ ностью, хорошей химической стойкостью, вследствие чего из них изготовляют не только малонагруженные, но и при определенных условиях силовые детали и детали, работающие на трение. Кроме того, эти материалы с успехом применяют в качестве защитных антикоррозионных и электроизоляционных покрытий.

Широкому применению полиамидов способствуют также и хо­ рошие их технологические свойства, позволяющие применять раз­ личные способы переработки этих материалов в изделия: литье под давлением, непрерывное выдавливание, вакуумное формова­ ние, горячую накатку, механическую обработку и др. Однако по­ лиамиды обладают и рядом недостатков, являющихся следствием специфичности некоторых их свойств, в частности повышенной гиг­ роскопичностью, низкой теплопроводностью, значительной и к то­ му же непостоянной усадкой при затвердевании.

За границей полиамидные смолы выпускаются под различными

26

В настоящее время отечественной промышленностью выпуска­ ется несколько видов полиамидных смол: капрон (поликапролак­ там), анид, а также смолы № 68, № 54, АК-7 и П-6.

Основные физико-механические свойства некоторых полиами­ дов приведены в табл. 8.

Таблица 8

Физико-механические свойства полиамидов [2,7]

Механические свойства

Из полиамидов наибольшее применение в машиностроении по­ лучил капрон, представляющий собой продукт полимеризации кап­ ролактама— поликапролактам, который выпускается в виде крошки. В дальнейшем из капрона-крошки в основном изготовляют искусственное волокно, прокладочные и пленочные материалы, а также различные изделия и детали. При изготовлении деталей, осо­ бенно неответственных, широко используются также отходы капро­ на, получаемые при производстве как самого волокна, так и глав­ ным образом изделий из него.

Анид так же, как и капрон, выпускается в виде крошки и яв­ ляется продуктом поликонденсации гексаметилендиамина с адипи­ новой кислотой. Как конструкционный материал анид отличается от капрона более высокой жесткостью и несколько меньшей эла­ стичностью. Хотя анид так же, как и капрон, относится к термо­ пластичным массам, однако в отличие от обычных термопластов эти материалы имеют более отчетливо выраженные границы тем­ пературы плавления.

Остальные полиамидные смолы имеют ограниченное примене­ ние в машиностроении.

При изготовлении деталей полиамиды могут применяться как в чистом виде, так и с различными наполнителями, которые улуч­ шают теплопроводность, антифрикционные и другие свойства этих

27

материалов. Кроме того, с целью повышения прочности деталей из полиамидов применяют армирование их металлическими каркаса­ ми и вставками.

Весьма интересным и перспективным направлением применения полиамидов в машиностроении является использование их совмест­ но с каучуком для модификации термореактивных фенолоформальдегидных смол с целью получения новых порошкообразных прессматериалов.

Как указывалось, пресс-материалы типа К-18-2, К-21-22 и другие имеют сравнительно низкую прочность и повышенную хрупкость, что ограничивает возможность их применения для изготовления де­ талей машин и аппаратов. Вместе с тем эти материалы обладают хорошими технологическими свойствами, хорошо перерабатываются в изделия и являются одним из наиболее дешевых видов пласт­ масс. Поэтому в настоящее время стремятся улучшить свойства порошкообразных пластиков за счет подбора новых наполнителей либо за счет модификации связывающего вещества — смолы. Опыт показывает, что лучшим методом повышения механических свойств порошкообразных пресс-материалов является модификация смол.

Так как наиболее часто применяемая в качестве связывающего вещества фенолоформальдегидная смола имеет повышенную хруп­ кость и недостаточную адгезию к минеральным наполнителям, было сделано предположение о возможности улучшения свойств этой смолы за счет модификации ее одновременно полиамидами и каучуками. Это предположение оправдалось, так как эти мате­ риалы, выведенные в состав композиции, повысили прочность и эла­ стичность пластмассы. В результате был создан новый пресс-ма­ териал марки ФАК-4, отличающийся более высокой прочностью, эластичностью, термоустойчивостью и хорошими электроизоляци­ онными свойствами. Авторы [8] рекомендуют этот материал для изготовления различных деталей приборов и электрооборудования, работающих в условиях знакопеременных и ударных нагрузок и при повышенных температурах.

Промышленностью накоплен значительный опыт по практиче­ скому применению полиамидов. Однако многие вопросы, связан­ ные с рациональным применением полиамидов и многих других видов пластмасс в машиностроении, до настоящего времени доста­ точно не изучены, что препятствует более широкому их примене­ нию. К таким вопросам относится определение сроков службы (долговечности) деталей машин из полиамидов при различных условиях их эксплуатации, а также испытание износостойкости и антифрикционных свойств полиамидов при различных условиях трения.

Изучение этих вопросов в значительной мере усложняется тем, что свойства деталей из полиамидов непостоянны и в большой степе­ ни зависят от состава и подготовки исходных материалов, техноло­ гии переработки их в изделия и последующей термической обра­ ботки. Очевидно, этим объясняется наличие в литературе весьма

28

противоречивых сведений о долговечности и износостойкости по­ лиамидных деталей.

При исследовании свойств полиамидов необходимо одновре­ менно решать также вопросы по изысканию наиболее рациональ­ ной технологии изготовления деталей из них (способ обработки, режимы и пр.).

Известно также, что приведенные в справочной литературе дан­ ные о механических свойствах пластмасс, в том числе и полиами­ дов, отражают кратковременную прочность этих материалов без учета длительного воздействия нагрузок, явления ползучести и других факторов. До настоящего времени конструкторы еще не располагают достаточными данными и методами расчета на проч­ ность и долговечность многих пластмассовых деталей, вследствие чего при их изготовлении необходимые расчеты вообще не про­ изводятся, а размеры определяются путем повторения размеров и формы соответствующих металлических деталей.

Также отсутствуют обобщенные данные в отношении точности деталей из полиамидов в зависимости от технологии их изготов­ ления. Крайне назрела необходимость в создании системы допус­ ков и посадок на детали из полиамидов с учетом их специфических свойств, тем более, что эти пластмассы широко применяются для изготовления подшипников скольжения, шестерен и других дета­ лей. Ждут своего разрешения и многие другие вопросы, связан­ ные с усовершенствованием существующей технологии и разра­ боткой новых, более рациональных способов изготовления деталей как из полиамидов, так и из других пластмасс. В частности, недо­ статочное внимание уделяется разработке рациональной техноло­ гии изготовления деталей машин из таких высокопрочных материриалов, как стеклопластики.

Исследование износостойкости и антифрикционных свойств капрона. Капрон представляет собой синтетическую смолу, кото­ рую получают из капролактама. В свою очередь, капролактам вы­ рабатывают из фенола (карболовая кислота), бензола или цикло­ гексана, являющихся продуктами переработки каменного угля или нефти. Капролактам относится к мономерам — веществам, состоя­ щим из небольших молекул, которые при определенных условиях способны создавать большие молекулы (макромолекулы) полиме­ ра, в данном случае поликапролактама — капрона. Этот процесс называется полимеризацией.

Химическая формула капролактама имеет вид

/С Н 2Х

ОС —NH

29