книги из ГПНТБ / Вульф Б.К. Авиационные неметаллические материалы (пластмассы и резина)

Б. К- ВУЛЬФ

АВИАЦИОННЫЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

(ПЛАСТМАССЫ И РЕЗИНА)

1961

ВВЕДЕНИЕ

В современных конструкциях летательных аппаратов наря­ ду с металлами и сплавами все большее применение находят различные н е м е т а л л и ч е с к и е м а т е р и а л ы .

К их числу относятся пластические массы (пластмассы), резина, текстильные и специальные теплозвукоизоляционные материалы, дерево и продукты его обработки, лакокрасочные материалы, клей, герметики и другие.

Ниже рассматриваются некоторые важнейшие неметалличе­ ские материалы, наиболее широко применяемые в авиационной технике, а именно п л а с т м а с с ы и р е з и н о в ы е м а т е р и а- л ы. Их основой служат преимущественно синтетические продук­ ты, представляющие сложные высокомолекулярные органиче­ ские соединения — по л име р ы.

Большое значение синтетических материалов в развитии на­ шего народного хозяйства не раз отмечалось в постановлениях партии и правительства.

В своем докладе на майском пленуме ЦК КПСС (1958 г.) тов. Н. С. Хрущев подчеркнул, что синтетические материалы играют исключительную роль в самолетостроении. Ярким при­ мером этого может служить факт изготовления десятков тысяч различных деталей самолетов из конструкционных пластических масс, органического стекла, резины.

Разработанные в последнее время новые марки стеклопла-. стиков на основе эпоксидных, кремнийорганических, полиэфир­ ных смол и их модификаций отличаются повышенной теплостой­ костью, а по удельной прочности превышают многие высокопроч­ ные авиационные стали и легкие сплавы.

Пластмассы все шире используются как заменители тяже­ лых и дефицитных сплавов — бронз, латуней, качественных ста­ лей. Однако в настоящее время пластмассы, благодаря ряду присущих им особых свойств, являются во многих случаях не за­ менителями, но вполне самостоятельными высокоценными ма­ териалами.

3

ПЛАСТМАССЫ

I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Пластмассами называют синтетические вещества органиче­ ской природы, способные при определенных условиях, под влия­ нием нагревания и давления переходить в пластическое состоя­ ние и принимать желаемую внешнюю форму.

Основой пластмасс являются с и н т е т и ч е с к и е с мо л ы (связующее вещество); кроме того, в их композицию могут вхо­ дить н а п о л н и т е л и (ткани, волокнистые вещества, мине­

продукты химического взаимодействия (конденсации) или сов­ местного объединения (полимеризации) молекул различных сложных органических веществ.

Основы учения о высокомолекулярных п о л и м е р а х были заложены, трудами славной плеяды русских и советских хими­ ков— Д. И. Менделеева, А. М. Бутлерова, Н. Д. Зелинского, А- Е. Фаворского, С. В. Лебедева, а также зарубежных уче­ ных— Марка, Штаудингера, Карозерса и других.

Дальнейшее развитие сложной области синтетических смол связано с именами советских ученых — А. М. Настюкова, С. Н. Ушакова, К- А. Андрианова, И. П. Лосева, Г. С. Петрова

иряда других.

Кчислу важнейших преимуществ пластмасс необходимо отнести следующие, типичные для большинства из них:

1.Малый удельный вес (1,4—2,0, а в некоторых случаях — значительно меньше, порядка 0,02—0,05).

2.Легкость обработки давлением, что дает возможность

серийного производства совершенно одинаковых деталей. Отпа-

. дает необходимость обработки резанием, внешней отделки, окраски и других трудоемких операций.

3.Хорошие технологические качества — обрабатываемость резанием, склеиваемость, свариваемость.

4.Высокая коррозионная устойчивость и стойкость против загнивания.

5

5. Малая теплопроводность; многие пластики являются хо­ рошими теплоизоляционными материалами и успешно исполь­ зуются для защиты от солнца и действия высоких температур, развивающихся в условиях эксплуатации.

6. Высокие механические качества; по значению удельной прочности многие пластмассы стоят выше высокопрочных авиа­ ционных сплавов. Используя принцип направленности волокон наполнителя, удалось, например, получить пластмассы, по зна­ чениям прочности ( ай~ 90 кг/мм2), не уступающие сталям, но

в4 раза более легкие.

7.Большая, по сравнению с металлами, стабильность

свойств при нагревании.

8. Наличие специальных свойств — свето- и радиопрозрач­ ности, эластичности, электроизоляционных, фрикционных, анти­ фрикционных и других.

К числу недостатков пластмасс как конструкционных ма­ териалов следует отнести их низкую динамическую сопротив­ ляемость и сравнительно малый модуль упругости.

ф о р м а л ь д е г и д н ы е с мо л ы , составляющие основу многих высокопрочных авиационных пластмасс.

Т е р м о п л а с т и ч н ы е пластики размягчаются при "каж­ дом повторном нагреве. Термопластичными свойствами обла­ дает, например, м е т и л - м е т а к р и л а т , из которого изготов­ ляется прозрачное органическое стекло (плексиглас).

2. По типу связующей смолы; в настоящее время иззестно

ф о р м а л ь д е г и д н ы е и м е л а м и н о - ф о р м а л ь д е г и д -

* По проекту ГОСТ термореактивные пластмассы называются р е а к то- п л а с т а м и .

6

н ы е, а также разработанные в последнее время э п о к с ид н ы е,

производные фторэтилена (фторопласты) и п о л и а м и д н ы е смол ы.

Получение синтетических смол основано на реакциях' поли­ конденсации и полимеризации.

П о л и к о н д е н с а ц и о н н ы е с м о л ы представляют про­ дукты реакции к о н д е н с а ц и и ; последняя состоит в образова­ нии больших молекул из молекул различных веществ с меньшим молекулярным весом, причем между углеродными атомами воз­ никают новые связи. Как правило, в таких реакциях выделяется побочный продукт, например вода. Примером реакции поликон­ денсации может служить образование фенольно-формальдегид- ной смолы в результате взаимодействия фенола и формальдеги­ да. В определенных условиях сначала образуется промежуточ­ ное вещество по реакции:

2 С6 Н5 ОН + СН2 О -> С6 Н4 (ОН) - СН2 - С6 Н4 (ОН) + Н2 О

крупные; реакция в этом случае идет за счет частичного разры-

7

ва двойных связей без выделения побочных продуктов. Напри­ мер, образование полиэтилена протекает по схеме:

Реакция полимеризации требует перехода молекул мономе­ ра в а к т и в н о е сост оя ние . Это может быть достигнуто ли­ бо воздействием энергетических влияний (световые лучи, элект­

добензол и т. п. вещества.

В случае р а з л и ч н ы х веществ, участвующих в полимери­ зации, получаются так называемые с о п о л и ме р ы . В последнее время успешно используется принцип получения «привитых» по­ лимеров. «Привитые» полимеры образуются в результате при­ соединения к молекуле основного полимера боковых отростков молекул другого вещества. Таким методом можно получать ма­ териалы, обладающие новыми, заранее заданными свойствами, сообщаемыми «привитым» веществом. Например, если к поли­ стиролу «привить» каучук, то, сохраняя высокие диэлектриче­ ские свойства полистирола, новый продукт становится в не­ сколько раз более прочным по отношению к ударным нагрузкам.

3. По типу наполнителя различают пластмассы с наполни­

нителя. ’ 4. По применению можно различать следующие группы

контейнеры баков для горючего; лопатки и диски компрессора). К этой группе относятся различные марки стеклотекстолита и отчасти текстолит. В силовых конструкциях применяются также пенопласты, в качестве легкого заполнителя пустотелых деталей с целью повышения их жесткости и вибростойкости.

(детали электрооборудования, штурвалы, рукоятки, педали,.кноп­ ки). Сюда относятся прессматериалы на основе бакелитовых смол, аминопласты и другие.

8

3. С в е т о п р о з р а ч н ы е — для остекления кабин и фона­ рей самолета, турельных башен, для кодовых и сигнальных ог­ ней; к светопрозрачным пластикам относятся органическое стек­ ло, триплекс, целлулоид (применяется весьма ограниченно).

и фрикционных передач — асботекстолит, прессматериалы с ас­ бестовым наполнителем.

8.К и с л о т о у п о р н ы е , х и м о с т о й к и е — фторопла­ сты, полихлорвинил.

9.О б л и ц о в о ч н о - д е к о р а т и в н ы е — разновидности

гетинакса.

Часто одна и та же пластмасса обладает свойствами, харак­ терными для различных групп. Например, слоистый пластик-тек­ столит может служить одновременно конструкционным, элект­ роизоляционным и прокладочным материалом.

Поэтому в дальнейшем изложении строго не выдерживается какой-либо единственный принцип классификации; ниже пласт­ массы группируются по наиболее характерным признакам,, с уче­ том их эксплуатационных, технологических и других наиболее отличительных особенностей.

III.СЛОИСТЫЕ ПЛАСТМАССЫ

Вслоистых пластиках наполнителями служат различные слоистые материалы, преимущественно ткани. К их числу отно­

сятся:

с т е к л о т е к с т о л и т — стеклянная ткань, пропитанная смолой;

С ВАМ* — направленное стеклянное волокно, пропитанное

ас б о т е к с т о л и т — асбестовая ткань, пропитанная смолой.

Вкачестве связующего вещества широко применяются тер­ мореактивные фенольно-формальдегидные смолы.

* Стекловолокнистый анизотропный материал.

9