Материаловедение

  Прочность волокнитов при сжатии равна не менее 1200 МПа, ударная вязкость 9 Дж/см², причем механические свойства зависят от длины волокна.

  Волокниты применяют для изготовления деталей с повышенной устойчивостью к ударным нагрузкам, работающих на изгиб и кручей (втулок, шкивов, маховиков и др.). Хорошие антифрикционные свойства позволяют использовать волокниты для изготовления фланцев, к лачков, шестерен, направляющих втулок.

  Асбоволокниты обладают хорошими фрикционными (тормозным) свойствами и теплостойкостью, но по водостойкости и диэлектрической проницаемости уступают пластмассам с порошковыми наполнителя ми.

  Стекловолокниты негорючи, устойчивы к действию ультрафиолетовых лучей, химически стойки, имеют стабильные размеры. Стекловолокниты имеют высокие физико-механические характеристики и применяются для изготовления деталей высокого класса точности и сложной конфигурации. Стекловолокниты могут работать при температуре -60…200° С, имеют прочность при разрыве до 500МПа, а при сжатии – около 1300МПа.

   Стекловолокниты некоторых марок применяются для изготовления силовых электротехнических деталей в машиностроении, а также крупногабаритных изделий простых форм (кузовов автомашин, лодок, корпусов приборов и т. п.).

   В качестве связующих смол волокнитов и стекловолокнитов применяются полиэстровые и эпоксидные смолы.

   Полиэстры являются полимерами, полученными из ряда кислот и высокогидроксильных спиртов путем поликонденсации. Перед отверждением смола имеет вид густого сиропа золотистого цвета. Отверждение проводят в форме при комнатной температуре после добавления небольших количеств модификаторов. Механические свойства отвержденного продукта зависят от строения исходной смолы и способа ее отверждения. Изделие может быть гибким, эластичным или твердым и хрупким, Твердые изделия можно подвергать механической обработке, а также полировать.

   Термическая стойкость под напряжением отвержденных смол колеблется в пределах 55-60 °С, а без нагрузки превышает 150 °С. Образец из полиэстровой смолы со стеклотканью, помещенный в пламя, горит очень плохо. После извлечения из пламени чаще всего гаснет. После сгорания остается обугленный скелет стекловолокна.

   Отвержденные полиэстры нерастворимы в органических кислотах, в ацетоне легко растрескиваются.

   Из  полиэстров, упрочненных стекловолокном, изготавливают спасательные лодки, части автомобилей, мебель, корпуса планеров и вертолетов, гофрированные плиты для крыш, плафоны для ламп, мачты для антенн, лыжи и палки, удочки, защитные каски и т. п.

   Неотвержденные эпоксидные смолы получают реакцией поликонденсации-оксида с гидроксидом фенола. Процесс отверждения представляет собой реакцию суммирования, в которой роль отвердителя играет полиамид.

   Характерная черта эпоксидных смол — хорошая прилипаемость почти ко всем пластмассам, металлам. Они имеют высокие механические и электрические свойства.

   Термостойкость под напряжением колеблется в зависимости от вида упрочнителя в пределах 55-120 °С, а без нагрузки превышает 150 °С. Упрочненная эпоксидная смола трудно загорается, после чего начинает коптить с сильным запахом во время горения.

   Эпоксидные  смолы служат для изготовления лаков, клеев, a также ламинатов.

   Большую группу реактопластов составляют слоистые пластмассы, которые содержат листовые наполнители, уложенные слоями. В качестве наполнителей для слоистых пластиков используют материалы органического (бумага, хлопчатобумажные ткани, древесный шпон, ткан из синтетических волокон) и неорганического (асбестовая бумага, картон, ткань, стеклянная ткань, ткань из кварцевых или кремнеземных волокон) происхождения. В зависимости от вида наполнителя различают следующие слоистые пластики: гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, древесно-слоистые пластики. Связующими при производстве слоистых пластиков служат фенолоформальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические и некоторые другие смолы.

   Свойства  слоистых пластиков зависят от соотношения компонентов (наполнителя и связующего), характера подготовки наполнителя, режимов прессования и термообработки и других технологических факторов. Благодаря слоистому расположению армирующего наполнителя слоистые пластики обладают анизотропией механических, физических и диэлектрических свойств.

   Механические  свойства слоистых пластиков определяются, прежде всего, видом используемого наполнителя. Механическая прочность и другие физико-химические свойства слоистых пластиков зависят от способа ориентации и толщины листов-наполнителей, от их удельной прочности в различных направлениях, от типа и метода пропитки.

   Наибольшей  механической прочностью обладают слоистые пластики на основе стеклянной ткани или стеклянных жгутов. Эти материалы, а также слоистые пластики на основе асбоволокнистых наполнителей имеют более высокую теплостойкость по сравнению с теплостойкостью и пластиков на основе органических наполнителей.

   Физические  и диэлектрические свойства слоистых пластиков зависят в основном от типа используемого полимерного связующего.

   Пластик на основе бумаги — гетинакс. Гетинакс устойчив к воздействию жиров и минеральных масел, слабо реагирует с уксусной, соляной, фосфорной кислотами, но против действия сильных кислот и горячих щелочей — нестоек. Он имеет плотность 1,3-1,4 г/см³; разрушающее напряжение при растяжении — 80 МПа, при сжатии — 130-250 МПа; ударную вязкость (перпендикулярно слоям) 8-15 Дж/см²..

   Гетинакс  используют в качестве электроизоляционного материала, длительно работающего при температурах -65... 105 "С, а также как конструкционный и декоративный материал. Из него изготавливают панели, щитки, прокладки, крышки, шайбы, малонагруженные изделия и т.д.

   Древесно-слоистые пластики (ДСП). Этот материал обычно изготавливают в форме плит или тонких листов. Их получают горячим прессованием лущеного древесного шпона, пропитанного полимерным связующим. При производстве ДСП чаще всего используют березовый или буковый шпон, качестве связующего — водно-спиртовые растворы олигомеров. Древесно-слоистые пластики выпускают различных марок и маркируют ДСП-А, ДСП-Б, ДСП-В и т. д. Они различаются направлением волокон шпона в различных слоях. В ДСП-А — во всех слоях волокна шпона расположены параллельно (иногда четыре слоя с параллельным расположением волокон чередуются с одним слоем, повернутым на 20-25°). В ДСП-Б расположение слоев смешанное. Через каждые 5-20 слоев с параллельным расположением волокон укладывают слой, повернутый на 90°. В ДСП-В осуществляется звездообразная укладка слоев, при которой соседние слои волокон смещают на 30°. Максимальной прочностью в продольном направлении (а_в = 280 МПа) обладает ДСП-А. ДСП-Б имеет прочность, одинаковую во взаимно перпендикулярных направлениях (140 МПа), а для ДСП-Г — механические свойства одинаковы по всем направлениям.

   ДСП обладают хорошими антифрикционными свойствами. В некоторых случаях они заменяют высокооловянистую бронзу, баббит, текстолит. Химическая стойкость ДСП не очень высока, но выше, чем у обычной древесины. Теплостойкость ДСП достигает 140 °С. Их недостатком является набухание, обусловленное поглощением воды.

   Пластики на основе хлопчатобумажных тканей — текстолиты. Прочность текстолитов тем выше, чем тоньше ткань (при одном и том же содержании связующего). Для листов шифона прочность будет больше, чем для саржи или бязи. Водостойкость и химическая стойкость возрастают при повышении доли связующего олигомера.

   Текстолиты используют для изготовления различных конструкционных деталей, электроизоляционного материала, вкладышей подшипников, прокладок, герметизирующих фланцевые соединения, шестерен, прокладочных колец. Подшипники из текстолита не требуют специальной смазки. Для смазки можно использовать воду или водную эмульсию. Для снижения коэффициента истираемости подшипников и повышения теплопроводности в текстолит добавляют графит. Температура эксплуатации изделий из текстолита от -60 до 60°С.

   Текстолитовые детали могут работать не только в воздушной среде, но и в масле, керосине или бензине и т. д. Текстолит производят в виде листов, плит, стержней и трубок.

  Стеклотекстолитами  называют слоистые пластики на основе тканых стекловолокнистых материалов. Они характеризуются высокой тепло- и хладостойкостью, стойкостью к действию окислителей и других химически активных реагентов, высокими механическими свойствами.

  Свойства  стеклотекстолитов в значительной степени зависят от типа вязки  стеклянной ткани (применяют три  типа переплетения: гарнитуровое, сатиновое  и саржевое). Более высокими свойствами обладают стеклотекстолиты на основе сатиновой стеклоткани. Такие стеклотекстолиты могут длительное время работать при температуре 200 и кратковременно при 300 С. Плотность стеклотекстолитов 1,6-1,7 г/см3, разрушающее напряжение при растяжении не менее 130 МПа. Стеклотекстолиты хорошо обрабатываются на станках, а также склеиваются.

  Стеклотекстолиты  применяют для изготовления крупногабаритных изделий, электроизоляционных деталей, длительное время работающих при  температуре 200 °С и кратковременно — при 250 "С. Стеклопластики являются конструкционными материалами, применяемыми для изготовления силовых изделий в различных отраслях техники.

  В числе различных синтетических  материалов широкое распространение  получили так называемые газонаполненные пластики. Эти материалы разделяются на пенопласты и поропласты. У пенопластов микроскопические ячейки, наполненные газом, не сообщаются между собой плотность таких материалов, как правило, менее 300 кг/м³. Ячейки у поропластов сообщаются между собой и их плотность более 300 кг/м3. Пенопласты и поропласты выпускают на основе полистиролов, поливинилхлорида и различных эфирных полимеров.

  Пенопласт используют для укрытия кагатов  сахарной свеклы в различных климатических  зонах страны. Его применяют в качестве теплоизоляционного слоя в конструкциях судовых трюмов, кузовов автофургонов, холодильных камер на объектах мясомолочной и рыбной промышленности.

  Пенополистирол  получают из эмульсионного полимера прессовым и беспрессовым методами. Пенополистирол применяют для теплоизоляции холодильников и торгового оборудования. Для производства изделий, контактирующих с пищевыми продуктами, обычно используют суспензионный полистирол. При получении пенополистирола прессовым методом (пенополистирол марок ПС-1 и ПС-4) используют эмульсионный тонкодисперсный полистирол, смешивают его с порообразующим компонентом, прессуют, а затем вспенивают в специальных обогреваемых камерах. Если же пенополистирол получается беспрессовым методом из блочно-суспензионного стирола, он называется стиропор. Его полимеризацию проводят при температуре 70 °С с непрерывным перемешиванием. Пенополистирол имеет структуру застывшей пены. Он устойчив к действию влаги, агрессивных минеральных кроме концентрированной азотной кислоты). Пенополистирол, полученный беспрессовым методом, обладает более высокой химической стойкостью. Устойчив он также и в биологическом отношении — не гниет, не подвергается воздействию грибков и бактерий, не повреждается грызунами.

   Прочность пенополистирола зависит от размера, формы и прочности стенок пор. Механические свойства беспрессового пенополистирола ниже, чем прессового.

   Пенополистиролы могут работать при температурах до 60-75 °С. Недостатком пенополистирола является присутствие в нем горючего порообразователя, например изопентана. Уменьшить или вовсе устранить эту опасность удается путем введения антипиренов, например оксида сурьмы.

   Пенополистирол применяется в различных отраслях промышленности как термо- и звукоизоляционный материал. В пищевой промышленности— для изоляции трюмов для хранения продуктов питания при температуре от -15 до -35 "С. Коэффициент теплопроводности пенополистирола близок к теплопроводности воздуха и равен 0,0326 Вт/(м-К). Из-за хороших амортизационных свойств и малой плотности пенополистирол используют в качестве упаковочного материала.

   Пенопласт мипора изготавливается на основе эмульсионных карбамидоформальдегидных олигомеров. Он обладает исключительно малой плотностью (не более 0,02 г/см³; разрушающее напряжение при сжатии 2,5-5,0МПа). Коэффициент теплопроводности мипоры близок к коэффициенту теплопроводности воздуха и равен 0,023 Вт/(м-К). Мипора в «легче» пробки, имеет хорошую стойкость против горения. При контакте с пламенем мипора обугливается, но не загорается. Газонаполненные ячейки в ней не сообщаются между собой. Это позволяет использовать мипору в качестве теплоизоляционного материала. Ее недостатками является большая хрупкость и водопоглощение. Для уменьшения хрупкости к ней добавляют глицерин, но даже это не всегда помогает. От проникновения влаги мипору защищают водонепроницаемыми пленками, последнее время в промышленности начинают все шире использовать армированные газонаполненные пластмассы, что позволяет сочетать малую плотность с высокой прочностью, т. е. повышать удельную прочность. Газонаполненные пластмассы армируют листами металла или листами более прочных, газоненаполненных пластмасс. Составные изделия из термоактивных пластмасс изготавливают склеиванием и механическим соединением.