книги из ГПНТБ / Ламба, Константин Дмитриевич. Применение пластических масс в угольной промышленности

целлюлозы и для многих искусственных волокон основным сырьем служит целлюлоза (клетчатка), являющаяся природ­ ным полимером. Волокна хлопка почти полностью состоят из целлюлозы, она содержится в волокнах льна, пеньки и дре­ весины.

2. СОСТАВ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПЛАСТИЧЕСКИХ МАСС

Пластическими массами называются материалы, в состав которых входит органическое вещество с большим молекуляр­ ным весом и которые на определенной стадии переработки обладают свойствами пластичности и текучести. Основной

частью пластмассы является связующее, 'которое цементирует все остальные составляющие (если они имеются) и определяет ряд ее важнейших свойств (теплостойкость, водостойкость,

электроизоляционные свойства и др.). Связующее придает пластической массе при определенной температуре и давлении

нагрева размягчаются, но при охлаждении вновь затвердевают, не теряя механической прочности и других свойств, которыми они обладали до нагрева. Таким образом, изменение свойств термопластичных пластмасс при нагревании является про­ цессом обратимым. Термореактивные пластмассы при нагреве необратимо переходят в неплавкое и нерастворимое состояние.

9

сационные смолы получают в результате взаимодействия не­ которых низкомолекулярных веществ, сопровождающегося выделением побочных продуктов, например воды, аммиака,

Обладая различными особенностями, синтетические смолы придают пластмассам разнообразные механические, химиче­ ские и электрические свойства. При добавлении какого-либо наполнителя смола скрепляет его в монолитную массу. Сле­ довательно, наполнитель является другой важнейшей (но не

обязательной) частью пластических масс. Его вводят для повышения прочности и удешевления пластмасс. В качестве наполнителей применяют как органические, так и неорганиче­ ские вещества. К органическим наполнителям относятся дре­

весные мука и шпон, хлопковые очесы, сульфитная целлюлоза, бумага, хлопчатобумажная ткань и др., к неорганическим на­

нителя волокнистых материалов (отходов хлопка). При ис­ пользовании в качестве наполнителя ткани получают слоистый пластик (текстолит). Прессматериал с наполнителем из стек­ лоткани называется стеклотекстолитом. Древесные слоистые пластики получают при применении в качестве наполнителя древесного шпона. При использовании для этой цели бумаги получают слоистый пластик гетинакс.

Очень важным неорганическим наполнителем, имеющим волокнистое строение, является асбест. Его применяют для

получения жаростойких и теплостойких изделий, а также из­

делий с высоким коэффициентом трения. Относительно новым и широко применяемым неорганическим наполнителем является силикатное стекловолокно, используемое в виде волокон (для

листовых материалов в мелкоизмельченном виде (ткани хлоп­ чатобумажная и асбестовая, шпон, бумага и др.) могут быть получены самые различные крошкообразные массы. К их чис­

лу относятся текстолитовая крошка, асботекстолит лоскутный,

древесная крошка, соломка и т. д.

Особую и весьма большую группу составляют легковесные

10

пластические массы без наполнителя, так называемые газона­ полненные пластики. Кроме того, широко применяют не имеющие наполнителя прозрачные и непрозрачные пластики.

Таким образом, в зависимости от рода наполнителя разли­ чают пластические массы порошковые, волокнистые, слоистые, крошкообразные и пластики без наполнителя.

В состав пластических масс иногда добавляются еще пла­

стификаторы, смазочные и отверждающие вещества, катали­ заторы и красители.

Пластификаторы (мягчители) — обычно камфара, олеиновая

прессования.

Отверждающие вещества, например уротропин, являются не­

времени отверждения пластмасс. Для пластмасс с феноло-

масс в изделия являются: прямое и литьевое прессование (на

вертикальных гидравлических прессах в стальных пресс-фор­

размягчение (рис. 3).

Метод переработки термопластичных материалов прямым

прессованием не эффективен, так как необходимо чередование

нагрева и охлаждения пресс-форм, что снижает производи­ тельность процесса и повышает стоимость готовых изделий. Поэтому для переработки термопластов прямое прессование

применяют лишь в случаях, когда размеры изделий не позво-

11

ляют получать их другими методами, а также при отсутствии оборудования для изготовления их литьем под давлением.

Несмотря на широкое распространение метода прямого

прессования, он имеет ряд недостатков. Они заключаются в трудности получения изделий сложной конфигурации, невоз-

свойства и т. д. При литьевом прессовании этих недостатков можно избежать.

Литьевое прессование ведется на обычных или специаль­ ных гидравлических прессах и характеризуется тем, что прес­

формы; 6 — изделие

суемый термореактивный материал размягчается не в полости пресс-формы, а в загрузочной камере, из которой он выдав­ ливается в заранее закрытую пресс-форму для оформления и отверждения изделия. В зависимости от конструкции литье­ вые пресс-формы могут иметь верхнее или нижнее расположе­ ние загрузочной камеры (рис. 4 и 5).

Преимущество этого способа по сравнению с прямым прес­ сованием заключается в возможности изготовления изделий

12

нение тонкой и слабой арматуры, которая при прямом прес­

совании деформируется или разрушается под воздействием рас­

текающегося в пресс-форме пластического материала. Литье­ вое прессование обеспечивает большую однородность изделия за счет болер глубокого и равномерного отверждения материа­ ла и отсутствия летучих (что особенно заметно на толстостен­ ных и разностенных изделиях), более высокие электроизоляци­ онные свойства и меньшую водопоглощаемость, более высокую

точность размеров изделий, благодаря чему значительно со­ кращается трудоемкость обработки готовых изделий, резкое сокращение длительности цикла прессования. Однако необхо­ димо отметить, что литьевое прессование при неправильном подборе сечения литников может привести к получению брака в виде преждевременно растрескивающихся изделий.

Для переработки термопластичных прессматериалов при­ меняют литье под давлением. Этот способ характеризуется тем, что материал разогревают почти до жидкого состояния в цилиндре литьевой машины, а затем выдавливают материаль­ ным 'плунжером в заранее закрытую и более холодную, чем расплавленный материал, пресс-форму, где термопласт при­

нимает форму изделия и затвердевает вследствие охлаждения

(рис. 6).

Литье термопластичных масс под давлением осуществля­ ется, как правило, на литьевых машинах. По сравнению с дру­ гими способами прессования этот способ переработки термо­ пластичных материалов в изделия является наиболее совер­ шенным: наиболее производительным автоматизированным, не требующим таблетирования материала. Механическая обра­ ботка полученных изделий снижается до минимума.

* Знак — металлическая деталь, служащая для оформления в изделии сквозного или глухого отверстия.

13

Процесс одновременного уплотнения, нагрева и выдавли­ вания пластического материала через отверстие машины в виде длинных стержней или труб различного сечения назы­ вается экструзией, или шприцеванием. Термопластичные прессматериалы (полихлорвинил, полистирол, полиэтилен) выдав­

ливают обычно на червячных прессах (рис. 7); в этом случае процесс протекает непрерывно. Термореактивные порошковые

прессматериалы перерабатывают в трубки, стержни, уголки и другие профили практически любой длины на горизонталь­ ных профильных прессах при возвратно-поступательном движе­ нии материального поршня.

СВОЙСТВА ПЛАСТМАСС

Пластические массы обладают рядом ценных физико-меха­ нических свойств, выгодно отличающих их от других мате­ риалов и предопределивших их широкое распространение

в технике.

Удельный вес в зависимости от природы пластика изме­

и в четыре-шесть раз легче большинства черных и цветных металлов. Более того, если в качестве наполнителя синтетиче­

ских смол использовать воздух, то можно получить так назы­ ваемые газонаполненные пластмассы (пено- и поропласты),

которые в десять раз легче пробки. Удельный вес пенопласта

мипора равен 0,02 г/см3, а пробки — 0,2 а/сл3.

14

Благодаря малому удельному весу пластики нашли при­ менение в авиации; в последнее время они начали широко использоваться в автомобилестроении и в самом ближайшем будущем, бесспорно, найдут широкое применение в угольной промышленности, так как именно в шахтах уменьшение веса машин и оборудования имеет решающее значение.

Механическая прочность пластмасс зависит от природы и количества входящего в пластик наполнителя и изменяется в широких пределах. В среднем пластмассы имеют следующие

пластификаторов и других компонентов дает возможность из­

менять прочность исходного вещества. Например, введение в смолу наполнителя в виде стеклянной ткани позволяет полу­ чить пластики с прочностью при разрыве 2500—3000 кг/см2. Сравнительно недавно удалось получить еще более прочные пластические материалы на основе бутваро-фенольного связу­ ющего (клей БФ-2) и наполнителя из стеклянных ориентиро­ ванных нитей. Их разрывная прочность составляет 6000—

8000 кг/см2, а прочность при ударе 300—400 кгсм/см2. Такой материал, носящий название СВАМ, по прочности превосхо­ дит алюминий, магний, медь, цинк, бронзу, чугун и прибли­ жается к прочности углеродистой стали.

Вследствие высокой прочности ряда пластмасс (текстолит,

стеклотекстолит) стало возможным' изготовление из них круп­ ных и ответственных изделий (подшипники прокатных станов, шестерни, лодки, кузова автомобилей, фюзеляжи самолетов,

кузова шахтных вагонеток, секции скребковых конвейеров

и т. п.).

Антифрикционные свойства пластиков характеризуются

коэффициентом трения, износостойкостью и способностью к

приработке. Коэффициенты трения ряда пластмасс более низ­ ки, чем у антифрикционных металлов (бронзы, баббита и других сплавов), и составляют 0,003—0,01 при смазке водой и 0,01—0,08 при смазке минеральными маслами. Для различ­ ных сплавов металлов коэффициенты трения изменяются в пре­

делах 0,006—0,16.

Для изготовления вкладышей подшипников различных ма­ шин используется ряд пластиков: текстолит, древесные слои­ стые пластики (ДСП), полиамиды (нейлон, капрон, силон),

политетрафторэтилен (фторопласт-4) и др. Все они, помимо хороших антифрикционных свойств, обладают высокой износо­ стойкостью, стойкостью к минеральным маслам, высокой меха­ нической прочностью и быстрой прирабатываемостью.

15

правило, пластмассы выдерживают низкие температуры не раз­ рушаясь, хотя прочность их на удар и удлинение при разрыве с понижением температуры уменьшаются. Морозостойкость пластиков на основе полихлорвинила изменяется от —15 до

■—50° в зависимости от типа и количества введенного пласти­

фикатора. Морозостойкость полиэтилена достигает —60°; по­ лиизобутилена —78°; политетрафторэтилен выдерживает тем­

пературу •—100°.

Прозрачность. Ценным свойством некоторых пластмасс яв­ ляется прозрачность и способность пропускать ультрафиолето­

вые лучи. К таким пластикам в первую очередь относится по­ лиметилметакрилат (органическое стекло). Органическое стекло имеет светопрозрачность 91 % и отличается от минерального стекла меньшей хрупкостью.

Старение пластмасс является одним из недостатков, который заключается в медленном протекании процесса влагопоглощения, в окислении, снижении поверхностной твердости и потем­ нении. Изменение первоначальных физико-механических свойств происходит под воздействием высокой и низкой тем­

ператур, морской или пресной воды, от длительного пребыва­ ния на воздухе, в условиях повышенной влажности, под влия­ нием ультрафиолетовых лучей и др. Старение происходит глав­ ным образом в результате разложения связующего вещества и изменения его структуры. В целях уменьшения скорости ста­ рения пластмасс в процессе изготовления в них вводят неболь­ шое количество так называемых противостарителей.

ТИПЫ ПЛАСТМАСС И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА

1. ТЕРМОРЕАКТИВНЫЕ ПЛАСТМАССЫ ФЕНОПЛАСТЫ

Порошковые фенопласты

Порошковые фенопласты являются распространенным ви­

дом прессматериалов. Большинство их изготовляют на основе фенолоформальдегидной смолы с различными органическими и неорганическими наполнителями. В зависимости от соотно­

шения фенола и формальдегида, применяемых для изготовления смол, получают новолачные или резольные смолы: первые — при избытке фенола, вторые — при избытке формальдегида. Фенопласты хорошо противостоят воздействию температуры,

воды, органических растворителей, кислот и слабых щелочей. Выпускаемые промышленностью порошковые фенопласты

можно разделить на три группы.

1. Порошки электроизоляционного назначения (К-21-22, К-211-2, К-220-23, К-211-3 и др.). В основном это резольные порошки, из которых прессованием изготовляют детали, под­ верженные воздействию токов высокого напряжения при рабо-

18