Металловедение

361

экструзией и выдуванием. Изделия из полистирола можно подвергать любым видам механической обработки.

Из полистирола изготовляют антенны, ламповые панели, каркасы кату-

шек, лабораторную химическую посуду. Из блочного полистирола экструзией можно получать трубки, стержни и другие профильные изделия, пленки, ленты и нити различной толщины. Полистирольные трубки применяют для изоляции высокочастотных проводов, изготовления деталей радиолокационной аппара-

туры, изоляторов, прозрачных деталей влагопоглотителей, футляров кнопочно-

го управления. Из полистирола изготовляют различные детали высокочастот-

ной аппаратуры, а также электротехнические лаки. В полиграфической про-

мышленности полистирол и его сополимеры используют для изготовления шрифта (взамен свинца). Этот полимер широко используют для изготовления бытовых изделий; в технике широко применяются сополимеры стирола. Сопо-

лимеризация улучшает свойства чистого полимера (механическую прочность,

теплостойкость). Сополимеры стирола применяют с метилметакрилатом (марки МСН, МС-2 и МС-3). При сополимеризации стирола с нитрильным каучуком получают материал ПКНД, обладающий большой гибкостью. Из него изготов-

ляют ударостойкие корпуса для машин методами литья под давлением или глу-

бокой вытяжки. Более прочный материал СНП (сополимер стирола с акрило-

нитрилом, модифицированный нитрильным каучуком) выпускают в виде лис-

тов и крошки, перерабатывают в изделия методом литья под давлением и штамповкой изделий из листов.

Фторопласты - высокомолекулярные соединения на основе фторо- и хло-

ропроизводных этилена, в котором все атомы водорода замещены фтором или фтором и хлором. Существует несколько видов фторопластов, но наибольшее применение в промышленности получили политетрафторэтилен (фторопласт-4)

и политрифтормоно-хлорэтилен (фторопласт-3). Фторопласт-4 химически абсо-

лютно стоек. На него оказывают действие только расплавы солей щелочных

362

металлов и фтор при высоких температурах. Удельный вес фторопласта 4-2,2

(самый тяжелый из всех полимеров). Коэффициент трения фторопласта-4 в

семь раз ниже коэффициента трения хорошо полированной стали, что способ-

ствует использованию его в машиностроении для трущихся деталей без приме-

нения смазки, однако при незначительных нагрузках, так как фторопласт-4 об-

ладает хладотекучестью, увеличивающейся с повышением температуры. Фто-

ропласт-4 работает в интервале температур от -250 до +260° С. Фторопласт-4 не перерабатывается обычными методами для переработки термопластов, так как не переходит в вязко-текучее состояние. Изделия из фторопласта-4 получают спеканием при температуре 350-370о С порошка, спресованного по форме дета-

ли.

Фторопласт-3 при нагреве до температуры 210о С размягчается и плавит-

ся, что дает возможность перерабатывать его методом литья под давлением.

Фторопласт-3 может работать в интервале температур от -80 до +70о С; он хи-

мически стоек, но набухает в органических растворителях; более тверд и меха-

нически прочен, чем фторопласт-4, не обладает холодной текучестью. Фторо-

пласты широко применяются для изготовления диэлектриков в технике т. в. ч,

уплотнительных деталей - прокладок, набивок, работающих в агрессивных сре-

дах, деталей клапанов кислородных приборов, мембран, химически стойких де-

талей (труб, гибких шлангов, кранов и т. д.), самосмазывающихся вкладышей подшипников, реакторов, насосов, тары пищевых продуктов, используют в вос-

становительной хирургии. Фторопласты также нашли применение для защиты металла от воздействия агрессивных сред. Покрытие производится из суспен-

зий или эмульсий с последующим спеканием.

Полиамиды - твердые термопластические смолы нашли широкое приме-

нение в машино- и приборостроении. В зависимости от химического состава исходного сырья вырабатывают несколько типов полиамидов. Для изготовле-

ния пластмассовых деталей обычно применяют полиамид-68, полиамид-66 и

363

капрон. Полиамиды обладают высокой поверхностной твердостью, высокой прочностью на разрыв, значительной прочностью на статический и ударный из-

гиб. Они устойчивы к действию углеводородов, жиров, масел, разбавленных и концентрированных щелочей, растворимы в фенолах, муравьиной, уксусной и минеральных кислотах, низших спиртах; имеют вполне удовлетворительные диэлектрические свойства, хорошо сопротивляются износу, в том числе и абра-

зивному, и обладают низким коэффициентом трения; негорючие и весьма труд-

но воспламеняются, плавятся в узком интервале температур, что обусловлено их кристаллической структурой.

Полиамиды перерабатываются в изделия литьем под давлением и экстру-

зией. Отдельные элементы изделий можно соединять сваркой или же клеем.

Применяют полиамиды для изготовления волокон, пленок, покрытий, клеев,

деталей машин. Полиамидное волокно используется для высокопрочного шин-

ного корда, трансмиссионных лент, канатов, щетины, рыболовецких сетей.

Важное значение для машиностроения имеет применение их в виде пленки для облицовки подшипников скольжения, зубчатых колес. Полиамиды хорошо на-

носятся на различные сорта стали, алюминий и другие металлы. Наибольшее применение полиамиды имеют в изготовлении шестерен, подшипников сколь-

жения, рабочих органов центробежных насосов и турбин, уплотнений гидро-

систем, самостопорящихся гаек, шкивов ременных передач, ткацких челноков,

элементов муфт, гребных винтов пароходов, различных деталей автомобилей,

деталей различных выключателей. Для маслопроводов, бензопроводов и гид-

равлических систем применяют трубы из полиамидов.

Полиамиды применяют в чистом виде и в смеси с различными наполни-

телями - графитом, сажей, каолином, стекловолокнистыми материалами. Вве-

дение стекловолокнистого наполнителя повышает физико-механические свой-

ства полиамидов. Детали и изделия из стеклонаполненных полиамидов могут эксплуатироваться в более жестких условиях (при больших нагрузках и скоро-

364

стях и более широком температурном интервале), чем чистые полиамиды.

Стеклонаполненные полиамиды заменяют цветные металлы в различных об-

ластях техники. Стеклонаполненные термопласты перерабатывают в изделия методом литья под давлением.

Полихлорвинил относится к группе пластмасс, созданных на основе по-

лихлорвиниловой смолы и сополимеров винилхлорида. Поливинилхлоридная смола представляет собой белый мелкодисперсный порошок с температурой плавления 150-160° С. Один из наиболее технически ценных материалов поли-

винилхлоридной смолы - винипласт. На ее основе изготовляют также мягкие эластичные материалы - пластикаты, обладающие высокой химической стойко-

стью, масло- и водостойкостью, перерабатываемые в изделия путем каландро-

вания и вальцевания. Пластикат выпускают в виде листов, пленок, трубок, лент.

Пластикат широко применяется в электротехнической промышленности для изоляции кабеля и проводов, для производства трансформаторных лент; лино-

леума, масло-, водо- и бензостойких прокладок и уплотнителей. Пластикат под-

вержен старению, становится хрупким от воздействия солнечных лучей. Свето-

термостойкий пластикат получается при введении специальных антистарителей и пластификаторов.

Саран - сополимер винилхлорида с винилиденхлоридом; имеет высокую прочность, низкую паро- и газопроницаемость в пленках, лучшую по сравне-

нию с полимерами винилхлорида теплостойкость, устойчивость к действию аг-

рессивных сред и растворителей. Этот материал идет для изготовления метода-

ми прессования и литья под давлением различной арматуры, патрубков, трой-

ников, крестовин, фланцев, корпусов электрических батарей, аккумуляторов.

Материал хорошо сваривается (химическая аппаратура, емкости), экструдиру-

ется (трубы и непрерывные профильные изделия).

Поликарбонаты - новые термопластические материалы, обладающие цен-

ными свойствами: высокой поверхностной твердостью, ударной прочностью и

365

теплостойкостью. Они водостойки и стойки к окислительным средам при по-

вышенных температурах. Поликарбонаты совершенно прозрачны и могут быть использованы вместо силикатного стекла. Поликарбонаты применяют для изго-

товления зубчатых колес, втулок, клапанов, кулачков и других подобных дета-

лей. Поликарбонаты перерабатывают в изделия всеми способами, применяе-

мыми для изготовления изделий из термопластов.

Полиформальдегид - полимер, обладающий жесткостью, твердостью, вы-

сокой ударопрочностью, абсолютной водостойкостью, стойкостью к минераль-

ным маслам и бензину, устойчив к атмосферным воздействиям, к действию окислительных сред, но постепенно разрушается в растворах кислот и щелочей.

Применяется для изготовления антифрикционных деталей, рабочих частей на-

сосов, турбобуров и других гидравлических машин, шестерен, подшипников,

деталей, работающих в воде, бензине и масле, деталей текстильных машин и металлорежущих станков, корпусов электроинструментов. Изделия из фор-

мальдегида формуют литьем под давлением в интервале температур 182-220°

С.

Пентопласт-полимер на основе формальдегида, отличающийся химиче-

ской стойкостью и атмосферостойкостью. По водостойкости пентопласт анало-

гичен фторопластам, полиэтилену и полистиролу. Из пентопласта изготовляют химически стойкие трубы, клапаны, вентили, сепаратные кольца, подшипники,

детали часовых механизмов.

§ 7. Методы получения волокнистых и порошковых пластмасс

Прессматериалы изготовляют в основном сухими методами - вальцевым

(периодическим и непрерывным) и шнековым. Процесс производства пресспо-

рошков по вальцевому методу складывается из следующих операций: дробле-

ния и размола смолы, размола и смешения составных частей, вальцевания сме-

си, дробления и размола вальцованной массы, укрупнения партии и тарирова-

ния. Порошкообразные составные части прессматериала перемешивают в ша-

366

ровой мельнице. Затем смесь подвергают вальцеванию на горячих вальцах

(температура 100-120° С.) При обработке смеси на горячих вальцах содержа-

щаяся в ней смола расплавляется и пропитывает наполнитель. Охлажденные листы прессматериала измельчаются в порошок.

Шнековый метод является наиболее совершенным из известных способов изготовления пресспорошков, допускающий наибольшую механизацию про-

цессов. Предварительные операции (размол смолы, подготовка наполнителей,

смешение компонентов), ведущие к получению порошкообразной смеси, оди-

наковы для шнекового и вальцевого методов. Различие заключается лишь в процессе пластификации (горячего смешения), который осуществляется при шнековом методе непрерывно через шнекопресс.

Применяется также эмульсионный способ для изготовления резольных прессматериалов с древесным и волокнистым наполнителями (хлопковое во-

локно, целлюлоза). Для пропитки наполнителя, в отличие от сухих методов,

применяется эмульсионная резольная смола, представляющая собой вязкую жидкость с содержанием воды до 30-35%. При работе с древесным наполните-

лем смешение компонентов происходит в лопастных мешалках, с волокнистым наполнителем на бегунах. По окончании смешения всех компонентов сырой прессматериал высушивают и после охлаждения измельчают.

§ 8. Переработка пластмасс

Наиболее распространненый метод изготовления деталей из пластиче-

ских масс - прессование реактопластов (пластических масс, которые под дейст-

вием тепла и давления переходят в твердое, неплавкое и нерастворимое состоя-

ние). Изготовление изделий из термореактивных прессовочных материалов производится в стальных пресс-формах на прессах. В большинстве случаев применяют гидравлические прессы, так как они обеспечивают постоянное дав-

ление на прессуемую деталь в течение всего времени прессования и, кроме то-

го, они проще и надежнее в эксплуатации.

367

Технологический процесс прессования деталей из прессматериалов свя-

зан с физическими и химическими изменениями материала. Основными факто-

рами, определяющими режим прессования изделий из пластмасс, являются давление, температура и время выдержки при нагревании под давлением.

Давление прессования определяет полное и своевременное заполнение пресс-формы и, следовательно, нужно устанавливать такое оптимальное давле-

ние, которое достаточно для оформления детали, обеспечения нужной скорости замыкания пресс-формы. Повышение давления прессования ухудшает качество деталей и ведет к более интенсивному износу пресс-формы. При недостаточном давлении изделие может получиться пористым с толстым облоем на краях. Ве-

личина давления зависит от состава прессматериала и конфигурации прессуе-

мого изделия, обычно оно составляет 20-70 МПа (200-700 кгс/см2).

Температура прессования играет большую роль в технологическом про-

цессе. В первый момент прессования (включая замыкание пресс-формы) мате-

риал, нагреваясь от стенок пресс-формы, становится мягким - пластичным (бла-

годаря расплавлению связующего-смолы) и тем самым приобретает способ-

ность заполнять оформляющую полость пресс-формы под действием давления.

В дальнейшем под действием тепла, в период технологической выдержки, ма-

териал затвердевает благодаря переходу смолы в неплавкое и нерастворимое состояние. Температура нагрева зависит от вида прессматериала. При прессо-

вании фенопластов она равна 150-180° С, при прессовании аминопластов130- 145° С.

Выдержкой при прессовании считается отрезок времени, начиная от мо-

мента замыкания пресс-формы до момента снятия давления, при подъеме прес-

са для извлечения отпрессованного изделия. Выдержка при прессовании необ-

ходима для перевода материала в неплавкое и нерастворимое состояние. Время выдержки зависит от толщины стенок изделия и для различных прессматериа-

368

лов находится в пределах 0,5-2,5 мин на 1 мм толщины стенок изделия. Сум-

марное время выдержки определяют по наибольшей толщине стенок.

Для облегчения труда, повышения качества деталей и увеличения произ-

водительности прессовочные материалы следует подвергать таблетированию, т.

е. спрессовыванию материала для придания ему определенной конфигурации и компактности. Таблетирование представляет собой процесс холодного прессо-

вания на прессах. В тех случаях, когда материал плохо таблетируется в холод-

ных пресс-формах, таблетирование осуществляется при нагреве до температу-

ры 50-90° С.

Для изготовления деталей с применением таблеток из прессматериала требуются пресс-формы с меньшим объемом загру-

зочной камеры; при этом уменьшаются потери ма-

териала при его загрузке в пресс-форму.

Для ускорения технологического процесса прессования деталей и улучшения их качества ре-

комендуется применять предварительный подогрев материала непосредственно перед загрузкой его в пресс-форму. Прессматериал нагревают в печах с электрическим обогревом и токами высокой часто-

ты, при этом получаются лучшие результаты, так как достигается более быст-

рый и равномерный подогрев материала.

Различают прямое прессование, при котором навеска прессмассы загру-

жается непосредственно в оформляющую полость пресс-формы и прилагаемое к массе давление развивается сразу в этой же полости, и литьевое прессование,

при котором навеска загружается сначала в промежуточную камеру (тигель),

откуда передавливается в оформляющую полость (рис. 178).

Пресс-форма является инструментом, в котором происходит формообра-

зование изделия. Поверхности формующих деталей пресс-форм (поверхности

369

матрицы, пуансона, вкладышей, знаков и т. п.) хромируют (толщина хромового покрытия 5-20 мкм) и полируют до зеркального блеска. Это гарантирует пресс-

материал от прилипания к пресс-форме и получение деталей с хорошим внеш-

ним видом и лучшими электроизоляционными свойствами. Пресс-формы обычно обогреваются электричеством. Важным фактором улучшения качества и снижения брака деталей при прессовании является автоматическое регулиро-

вание температуры пресс-форм.

Для изготовления изделий из листовых термопластов (органического стекла, винипласта, целлулоида, полиэтилена, полипропилена) применяется ме-

тод штамповки; он основан на способности этих материалов переходить в вы-

сокоэластическое состояние при нагревании и затвердевать при охлаждении.

Нагретый лист термопласта формуют в штампе или специальном приспособле-

нии. Не снимая внешнего усилия, изделие охлаждают, фиксируя приданную ему форму.

Изделия открытого типа - двери холодильников, тарелки, кюветы, корпу-

са приборов и машин и т.д.- выполняют с помощью разнообразных формовоч-

ных машин и прессов.

Распространенным методом переработки пластмасс является метод литья под давлением. Литье под давлением осуществляется в специальных литьевых машинах в стадии вязкотекучего состояния пластмассы. Литье под давлением преимущественно применяют для изготовления изделий из термопластов. Так,

при сравнительно низких температурах переходят в вязко-текучее состояние полистирол, сополимеры полистирола, ацетил-целлюлозный этрол, полиэтилен,

капрон и другие полиамиды, пластифицированный полихлорвинил и т. п. Литье под давлением применяют также при переработке реактопластов, но ограни-

ченно.

Методом экструзиокного формования - непрерывным выдавливанием термопластических материалов изготовляют пленки, листы, трубы и различные

370

профили. Процесс осуществляется на специальных червячных прессах - экс-

трудерах.

§ 9. Слоистые пластмассы

Материалы, получаемые при соединении между собой наложенных друг на друга нескольких слоев волокнистых наполнителей (ткани, бумаги, древеси-

ны и т. п.), пропитанных искусственными смолами, называются слоистыми.

Слоистые пластмассы выпускают либо в виде полуфабриката, представляюще-

го собой листы наполнителя, пропитанные смолой, либо в виде отпрессованных заготовок: листы, плиты различной толщины, трубы различных диаметров,

стержни, диски, а также фасонных изделий. Плиты изготовляют пропитывани-

ем наполнителя смолой, раскраиванием его на листы, которые складывают друг с другом в пакеты заранее установленной толщины. Пакет прессуют между плитами этажного пресса при давлении 8-10 МПа (80-100 кгс/см2) и температу-

ре 140160о С.

Необходимость предварительно раскраивать листы наполнителя, пропи-

танного смолой, и собирать пакеты приводит к тому, что из слоистых пластмасс преимущественно формуют заготовки. Поэтому для слоистых пластмасс меха-

ническая обработка является одним из основных методов их переработки в из-

делия. Слоистые пластмассы отличаются анизотропией свойств, особенно это касается механической прочности. Наиболее прочен материал вдоль нитей ос-

новы ткани или волокон шпона.

Промышленность выпускает следующие виды слоистых пластмасс: гети-

накс, текстолит, асботекстолит, ДСП, стеклотекстолит и др.

Гетинакс-слоистая пластмасса на основе феноло-формальдегидной смолы и листов бумаги. Гетинакс выпускают под марками Л, Б, В, Г. Гетинакс марок А и В имеет повышенные электрические свойства, марок Б и Г - повышенную механическую прочность. Гетинакс выпускают в виде листов толщиной 0,5-50

мм, стержней диаметром до 25 мм и трубок различных диаметров. Гетинакс