Металловедение

351

Кроме феноло-формальдегидных и мочевино-формальдегидных смол,

нашли применение кремнийорганические (полисилоксановые) смолы, придаю-

щие пластмассам теплостойкость, эпоксидные и др.

Полимеризационные пластмассы. Пластмассы на основе поли-

меризационных смол получаются в процессе реакции полимеризации. Реакцией полимеризации называют процесс соединения большого числа однородных мо-

лекул низкомолекулярного вещества с образованием макромолекул нового ве-

щества без выделения каких-либо побочных продуктов реакции. К числу наи-

более важных полимеризационных пластмасс относятся термопластические ма-

териалы - полистирол, полихлорвинил, поливинилацетат, полиэтилен, поли-

тетрафторэтилен (фторопласт), полиметилметакрилат и др.

Полистирол получают полимеризацией стирола, которая протекает при температуре 80° С и проводится блочным (с примесью перекиси бензоила) или эмульсионным (с примесью перекиси водорода) методом. Исходным сырьем для получения полистирола является стирол (винилбензол), перекись водорода,

перекись бензоила, персульфат аммония. В качестве пластификатора приме-

няется дибутилфталат или трикрезилфосфат.

К виниловым пластикам относят полимеры хлорвинила, винилового спирта и другие производные винила. Хлорвинил - бесцветный газ СН2 =

СНС1, в технике получают из дихлорэтана, омыляемого спиртовым раствором щелочи. Полимеризацией хлорвинила в водноэмульсионной среде получают полихлорвинил. В качестве эмульгатора применяется желатина или некаль, а в качестве катализатора - перекись бензоила и др. Поливинилацетат получают путем полимеризации винилацетата. Основным сырьем для получения винил-

ацетата служит ацетилен и уксусная кислота.

В качестве катализаторов применяют ртутные соли серной, фосфорной и других кислот. Полиэтилен получают путем полимеризации этилена.

352

Среди акриловых полимернзационных пластмасс наибольшее примене-

ние имеет полиметилметакрилат (органическое стекло). Для получения органи-

ческого стекла производят полимеризацию метнлметакрилата. В качестве ката-

лизатора применяют перекись бензоила. С целью улучшения эластичности вво-

дят пластификаторы (дибутилфталат, трикрезилфосфат и др.), а также добав-

ляют красители. В промышленности метилметакрилат (метиловый эфир метак-

риловой кислоты) получают сложным органическим синтезом из ацетона или изобутилового спирта.

Фторопласты - высокомолекулярные соединения на основе фтора и хлор-

производных этилена, которые получают эмульсионной полимеризацией в виде мелкодисперсного порошка белого цвета. Фторопласт-4 получают полимериза-

цией тетрафторэтилена.

Пластмассы на основе эфиров целлюлозы весьма широко распространены в народном хозяйстве. Основными представителями этой группы пластмасс яв-

ляются целлулоид и ацетилцеллюлоза. Целлулоид - наиболее известная пласт-

масса - представляет собой твердый раствор нитроклетчатки в камфаре.

§ 4. Порошковые и волокнистые пластмассы

Пластмассы, перерабатываемые в изделия методом прессования, принято называть прессовочными термореактивными материалами (прессматериалами).

Номенклатура прессовочных материалов очень обширна. Эти материалы осо-

бенно широко применяют для изготовления разнообразных, часто сложных по конфигурации деталей электротехнического назначения, которые в процессе эксплуатации не испытывают значительных механических нагрузок, а также для производства конструкционных деталей. Прессовочные материалы по виду используемых наполнителей делят на две группы: порошковые и волокнистые материалы.

353

В порошковых пластмассах в качестве наполнителя для изделий обще-

технического назначения используют древесную муку (пресспорошкк К-18-2,

К-21-22).

Изделия из пресспорошков на основе феноло-формальдегидных смол стойки к атмосферным воздействиям и к воде, выдерживают действие кислот и солей. Феноло-формальдегидные пресспорошки применяют в общем приборо-

строении для изготовления деталей радиотехнического назначения и электрон-

ной аппаратуры, диэлектриков сложного контура и сложноармированных дета-

лей. Из пресспорошков прессуют корпуса и крышки приборов, детали, рабо-

тающие при повышенной температуре или в условиях высокой влажности, но сравнительно малонагруженные.

Для изготовления деталей с повышенными требованиями по термостой-

кости и механической прочности употребляют асбестовую муку (пресспорошки К-6-Б); для пресспорошков с повышенной водостойкостью и повышенными ди-

электрическими свойствами - кварцевую муку и молотую слюду (пресспорошок К-211-3). Графит в качестве наполнителя придает пластмассе токопроводящие свойства (графитопласты). Меламино-формальдегидные смолы бесцветны, и

пресспорошкам на их основе можно придать любой цвет. Физико-механические свойства их аналогичны феноло-формальдегидным пресспорошкам, но они бо-

лее стойки к действию электрической дуги.

Пресспорошки на основе мочевино-формальдегидных смол и целлюлозы

(аминопласты) употребляются для изделий бытового назначения (посуда, тара)

и некоторых деталей общего приборостроения (рукоятки, ручки, кнопки, кла-

виши, крышки).

Пресспорошок КМК-9 (на полисилоксановой смоле) отличается сочета-

нием высокой теплостойкости с хорошими диэлектрическими свойствами.

Волокнистые пластмассы имеют более высокие показатели физико-

механических свойств. От сочетания разных связующих с различными волок-

354

нами получают прессматериалы с заданными свойствами. Наибольшее значе-

ние из волокнистых наполнителей имеют хлопчатобумажные очесы, длинново-

локнистый асбест, стеклянное волокно, каолиновое волокно для волокнитов особо высокой теплостойкости.

Волокниты - феноло-формальдегидная смола в сочетании с хлопчатобу-

мажными очесами. Волокниты употребляют для изготовления деталей общего технического назначения, простых форм, с повышенными требованиями к ударным нагрузкам. Ударопрочность волокнитов выше ударопрочности пресс-

порошков.

Асбоволокниты К-65, КФ-3, фаолит получают на основе асбестового во-

локна и феноло-формальдегидной смолы. Такие прессматериалы идут на изго-

товление электроизоляционных деталей с повышенной прочностью, работаю-

щих при повышенных температурах, низких частотах тока (детали коллекторов,

контактные панели).

Фаолит применяют в качестве теплозащитного покрытия и кислотоупор-

ного материала. Он более вибро- и ударопрочен, более стоек к резким сменам температур и более вязок, чем керамические покрытия. Фаолит выпускают в виде листов различной толщины. При нагреве листы становятся пластичными и легко выкладываются по форме будущего изделия (баки, трубы, реакторы).

Прессматериалы КМК-218, К-41-5 - асбоволокниты на основе кремнийор-

ганических (полисилоксановых) смол. Отличаются высокой теплоемкостью

(200-300° С) и повышенной дугостойкостью. Идут на изготовление электроизо-

ляционных деталей, работающих при высоких температурах (контакторы,

клеммные колодки). Механическая прочность полисилоксановых асбоволокни-

тов ниже феноло-формальдегидных и они менее технологичны.

Асбовинил-асбоволокнит на связующем лаке этиноль (продукт полиме-

ризации дивинилацетилена) употребляется как футеровоч-ный материал в хи-

355

мической, целлюлозно-бумажной и коксохимической промышленности. Из ас-

бовинила изготовляют трубы и детали аппаратов, работающих в кислотах.

Стекловолокниты АГ-4С, А Г-4В, ТВФЭ-2, ВТФН, КМС-9 и др. большая группа материалов, в которых стекловолокно сочетается со смолами. В качест-

ве связующего употребляют модифицированные феноло-формальдегидные смолы, меламино-формальдегидные, эпоксидные, полиэфирные, полисилокса-

новые. Прессовочные стекловолокниты применяют для изготовления изделий конструкционного и радноэлектротехнического назначения, с повышенными требованиями к прочности и теплостойкости (от 200 до 350° С).

Стекловолокниты по характеру распределения стекловолокна в стекло-

пластике делят на стекловолокниты неориентированные и ориентированные,

рубленого и непрерывного волокна. Ориентированный непрерывный стеклово-

локнит используют для изготовления плит, листов, труб и изделий, имеющих форму тел вращения (стекловолокнит СВАМ или намоточные стекловолокни-

ты). Крупногабаритные изделия сравнительно простых форм изготовляют из неориентированного рубленого стекловолокна без избыточного давления при формовании - корпуса лодок, катеров, шлюпок, вагонов, кожуха автомашины,

двери, кровля, ванны, умывальники, корпуса приборов и аппаратов, различных изделий.

Стекловолокниты применяют для изготовления конструкционных изде-

лий, выдерживающих тепловые удары при температуре 5000-7000° С в течение нескольких десятков секунд. В этих условиях стекло-пластмасса имеет пре-

имущества перед жаропрочными сплавами вследствие ударного сочетания теп-

лоизоляционных свойств и высокой механической прочности. Под действием такой высокой температуры поверхностные слои изделия выгорают. Внутрен-

ние слои за этот промежуток времени нагреваются лишь до 200-350° С, сохра-

няя свою структуру и механическую прочность.

356

Фурфурольно-ацетоновые пластмассы на основе фурфурольно-

ацетоновой смолы и различных наполнителей (соответственно асбеста - ФАА,

графита ФАГ и стеклянного волокна ФАС) обладают высокой теплостойкостью и диэлектрическими свойствами. ФАА - предназначается для изготовления тормозных колодок, ФАГ-для химического машиностроения, ФАС-для работы при высоких температурах.

§5. Фенопласты и аминопласты

Кфенопластам относится большая группа прессовочных материалов, из-

готовляемых на основе искусственных смол, получаемых конденсацией фено-

лов с формальдегидом. Фенопласты представляют собой композиционные сме-

си вышеуказанных смол с органическими и минеральными наполнителями, с

добавкой отверждающих, смазывающих и окрашивающих веществ. Фенопла-

сты изготовляют в виде порошков, крошки и волокнистых материалов. Они об-

ладают высокой твердостью, электроизоляционными свойствами, прочностью,

химической стойкостью и теплостойкостью. Фенопласты К-17-2, К-18-2, К-19-

2, К-ПО-2 и т.п. употребляют для изготовления деталей, не несущих нагрузки,

колпачков, пробок, рукояток, кнопок, деталей осветительной арматуры в неф-

тяном машиностроении, вагоностроении, станкостроении, автомобильной и других отраслях промышленности.

Кислотостойкий материал фаолит в сочетании с асбестом и графитом за-

меняет свинец, бронзу и другие металлы в химической промышленности. Фе-

нолиты К-18-36 и др. применяются для малогабаритных несиловых деталей,

корпусов, крышек. Из прессматериалов ФКП изготовляют детали, к которым предъявляют требования повышенной прочности на удар, а также картеры ав-

томобильных двигателей, щитки приборов, рукоятки, текстильные веретена,

шпули, челноки, малонагруженные шестерни, работающие в агрессивных сре-

дах, детали поршневых и центробежных насосов, абразивные круги повышен-

ной прочности и др. Прессматериалы ФАК-4 на основе феноло-

357

формальдегидных смол, модифицированных полиамидами и каучуками, с на-

полнителем из молотого кварца и других неорганических веществ нашли при-

менение для изготовления деталей автомобильных двигателей, приборов зажи-

гания, различных тонкостенных, армированных деталей, требующих стойкости к вибрационным и ударным нагрузкам, а также для деталей, работающих в ус-

ловиях тропического климата.

Ниже приведен состав наиболее типичных фенопластов и области их

применения (табл. 25).

Т а б л и ц а 25

Состав и назначение наиболее типичных фенопластов

358

Аминопласты - прессовочные материалы из мочевино-формаль-

дегидной смолы, сульфитной целлюлозы, красителей и смазывающих ве-

ществ. По сравнению с фенопластами аминопласты имеют повышенную дугостойкость, но меньшую теплостойкость и водостойкость. Детали из аминопластов устойчивы к воздействию слабых кислот, щелочей, кероси-

на, смазочных масел, спирта, ацетона, но разрушаются концентрирован-

ными щелочами и кислотами. Аминопласты бесцветны и светостойки и поддаются окрашиванию в любые цвета. Аминопласты (марок А и Б )

применяют для изготовления ненагруженных армированных и неармиро-

ванных деталей общего технического и декоративного назначения (кноп-

ки, рукоятки управления, корпуса некоторых приборов и другие окрашен-

ные детали). Прессматериал К-77-51 применяют для деталей приборов за-

жигания; прессматериал К-78-51 - для деталей шахтного оборудования,

деталей приборов зажигания, выключателей авиационных и других двига-

телей, деталей электрооборудования; прессматериал ВЭИ-12 - для изде-

лий, к которым предъявляются повышенные требования в отношении ме-

ханических свойств.

К числу пластмасс данной разновидности можно отнести и такие ма-

териалы, как мелампн, получающийся на основе мелампно-

формальдегидной смолы и древесной муки и применяемый при изготовле-

нии деталей машин, соприкасающихся с пищевыми продуктами. Прессма-

териал МФК-20 на основе меламино-формальде-гидной смолы, модифи-

цированной кремнийорганической смолой, предназначен для изготовле-

ния изоляционных дугостойких деталей электроаппаратуры.

§ 6. Термопластические полимерные материалы

Термопластическими полимерными материалами (термопластами) на-

зывают такие, которые при изменении температуры изменяют свое физи-

ческое состояниеразмягчаются при нагревании и затвердевают при ох-

359

лаждении, не претерпевая при этом химических превращений. Обладая комплексом очень ценных свойств, термопласты находят широкое приме-

нение в технике при изготовлении электро- и радиодеталей; деталей, ра-

ботающих в химических средах; антифрикционных и уплотнительных де-

талей. Большинство этих материалов непригодно для изготовления изде-

лий, работающих при высоких длительно действующих нагрузках. Такие нагрузки вызывают явления хладотекучести, характерные для многих термопластов. Термопласты выпускают в виде гранул, порошков и в этом случае их используют для изготовления деталей методом литья под давле-

нием, экструзии и др., пли в виде полуфабрикатов - пленок, листов и про-

филей различного сечении, используемых для изготовления деталей меха-

нической обработкой, штамповкой, и сваркой.

Полиэтилен относится к группе термопластов. Удельный вес поли-

этилена 0,93-0,97. Он обладает высокой химической стойкостью, в том числе и к концентрированным кислотам и щелочам. При обычной темпе-

ратуре не растворяется ни в одном из известных растворителей. При тем-

пературе 80° С растворяется в ароматических углеводородах (толуоле,

ксилоле и др.). Полиэтилен стареет (теряет своп механические свойства)

под действием ультрафиолетовых лучей. Для предотвращения этого явле-

ния в него вводят 2-3% газовой сажи в качестве противостарителя (стаби-

лизатора). Полиэтилен отличается малой водопоглощаемостыо, повышен-

ной морозостойкостью и высокими диэлектрическими свойствами. Для кабельной промышленности выпускают специальный кабельный полиэти-

лен (пластифицированный полиизобутиленом). Полиэтилен хорошо пере-

рабатывается всеми известными способами: литьем под давлением, экс-

трузией, вакуум-формованием, механической обработкой, сваркой. На ме-

таллическую поверхность полиэтилен можно наносить методом огневого или вихревого напыления.

360

Полиэтилен выпускают высокого давления и низкого давления, раз-

личающиеся методом изготовления и физико-механическими свойствами.

Полиэтилен ВД имеет температуру плавления 115° С, а полиэтилен НД-120-

135° С. Полиэтилен низкого давления обладает большей механической прочно-

стью и жесткостью, чем полиэтилен высокого давления, и используется для из-

готовления труб, шлангов, листов, пленки, деталей высокочастотных установок и радиоаппаратуры, различных емкостей. Литьем изготовляют вентили, краны,

золотники, бесшумные зубчатые колеса, работающие с малой нагрузкой. Поли-

этилен высокого давления применяют как упаковочный материал в виде пленки или в виде небьющейся химической посуды.

Полипропилен относится к той же группе термопластов. Он обладает многими положительными качествами, присущими полиэтилену, и в меньшей степени его недостатками. Полипропилен имеет меньший удельный вес (0,91) и

большую жесткость и поверхностную твердость. Из пропилена изготовляют трубы, листы различной толщины, которые легко подвергаются штамповке, со-

провождаемой глубокой вытяжкой. Такие изделия используют в качестве кор-

пусов приборов и аппаратов, облицовочного материала, заменителя фарфора и фаянса, выгодно отличающегося от них упругостью и низким удельным весом.

Полистирол представляет собой бесцветный прозрачный материал, обла-

дающий абсолютной водостойкостью, высокими электроизоляционными свой-

ствами, светостойкостью и твердостью. Полистирол стоек к плесени, к щелоч-

ным и кислым средам и растворяется в бензоле, толуоле, хлороформе, четырех-

хлористом углероде, эфирах и кетонах. Его диэлектрические свойства мало из-

меняются при изменении температуры от -80 до +110° С. К недостаткам поли-

стирола относятся его малая теплостойкость, сравнительная хрупкость и под-

верженность к старению и растрескиванию. Для предотвращения растрескива-

ния в полистирольные материалы вводят пластификаторы или минеральные наполнители. Перерабатывается полистирол методом литья под давлением,