Учебное пособие 800438

Винипласт хорошо поддается механической обработке, легко сваривается, склеивается различными клеями. Материал применяют для облицовки гальванических ванн и в качестве защитного покрытия металлических емкостей.

Винипласт склонен к хладотекучести, чувствителен к надрезам, отличается хрупкостью при низких температурах и низкой теплостойкостью.

Пластикаты получают, вводя в ПВХ пластификаторы

— труднорастворимые органические жидкости. Пластифицированный ПВХ отличается повышенной эластичностью и морозостойкостью и более низкими электроизоляционными свойствами. Пластикат выпускается промышленностью в виде листов, лент, трубок. Его часто используют в качестве уплотнителя воздушных и гидравлических систем, изолятора проводов и защитных оболочек кабелей аккумуляторных баков.

4.3.4. Термореактивные пластмассы

Термореактивные пластмассы производят на основе термореактивных смол: фенолформальдегидных, аминоальгидных, эпоксидных, полиамидных, кремнийорганических, ненасыщенных полиэфиров. Пластмассы на основе этих смол отличаются повышенной прочностью, не склонны к ползучести и способны работать при повышенных температурах. Смолы в пластмассах являются связкой и должны обладать высокой клеящей способностью, теплостойкостью, химической стойкостью в агрессивных средах, электроизоляционными свойствами, доступной технологией переработки, малой усадкой при затвердевании.

Смолы — высокомолекулярные органические соединения, получаемые по реакциям полимеризации и поликонденсации.

Фенолформальдегидная (бакелитовая) смола — продукт поликонденсации фенола Н5С6—ОН с формальдегидом Н2СО.

181

Взависимости от условий поликонденсации образуются резольные (термореактивные) или новолачные (термопла-

стичные) смолы, способные отверждаться при последующей переработке.

Новолак — твердая, хрупкая, прозрачная смола — плавится при 100… 120 °С, растворяется в этиловом спирте, ацетоне. Новолачные смолы отверждают нагревом совместно с уротропином, и отверждаются они значительно быстрее резольных. Новолаки часто применяют для изготовления пресспорошков.

Вчистом виде эпоксидные смолы — вязкие жидкости, способные длительное время сохранять свойства без изменений. Они растворяются во многих органических растворителях (ацетон, толуол и др.) и нерастворимы в воде, бензине. В присутствии отвердителей (амины, их производные, ангидриды карбоновых кислот и др.) эпоксидные смолы быстро затвердевают, приобретая сетчато-пространственное строение.

Тип отвердителя определяет условия процесса отверждения либо при комнатной температуре, либо при нагреве до

80…150°С.

Кремнийорганические смолы (силиконы) содержат в со-

ставе элементарного звена макромолекулы атомов углерода и кремния. По строению макромолекулы могут быть линейными, разветвленными и пространственными.

Силиконовые смолы могут быть термопластичными и термореактивными.

Без наполнителя смола способна работать при 250…300 °С, а с наполнителями (слюда, асбест, стеклянное волокно и др.) до 400…450 °С.

Недостатками силоксановых (связь Si – O) полимеров следует считать невысокую механическую прочность и пластичность при температурах выше 150 °С и низкую адгезионную способность к большинству других материалов.

182

Кремнийорганические полимеры широко используются в качестве связующих в производстве стеклотекстолитов, а также в производстве термостойких резин (каучук СКТ), лакокрасочных покрытий, клеев, герметиков.

Полиэфирные смолы получают поликонденсацией различных спиртов и кислот (или их ангидридов). Могут быть термопластичными и термореактивными.

Глифталевые смолы (алкидные) имеют повышенную теплостойкость до 150 °С. Они отличаются от бакелитовых смол повышенной эластичностью, стойкостью к старению при повышенных температурах и адгезией. Глифталевые смолы растворяются в ацетоне и спирте, стойки к действию воды и кислых сред и обнаруживают хорошие диэлектрические свойства. На основе глифталевых смол получают клеи и лаки.

4.3.5. Пластмассы с порошковыми наполнителями

Пластмассы готовят на основе фенолформальдегидных (новолачных и резольных), кремнийорганических и других смол. Другими компонентами пластмасс являются пластификаторы, красители и наполнители — древесная мука, молотый кварц, асбест, слюда, графит. Готовые изделия из пластмасс получают методом прессования.

Пресс-порошки (композиции) характеризуются изотропностью, невысоким уровнем механических свойств, низкой ударной вязкостью и удовлетворительными электроизоляционными характеристиками.

Марка пресс-порошка складывается из набора букв и набора цифр. Буква К обозначает слово «композиция». Следующее за ней число — номер (марка) связующей смолы, а цифра соответствует определенному наполнителю. Так цифра 1 обозначает, что наполнителем является целлюлоза, 2 — древесная мука, 3 — слюдяная мука, 4 — плавиковый шпат, 5 — молотый кварц, 6 — асбест.

183

Марка К-220-21 означает, что пресс-порошок изготовлен на основе резольной смолы № 220 и наполнителей: древесной муки и целлюлозы. По назначению пресс-порошки делят на три группы:

1)для изготовления слабонагруженных деталей общего назначения.

Детали первой группы изготавливают на основе новолачных смол и работают в условиях небольших механических нагрузок, действия тока высокого напряжения не более 10 кВ

итемпературы не выше 60 °С;

2)для изготовления деталей электротехнического назна-

чения.

Детали второй группы изготавливают на основе резольных смол, и они выдерживают действие тока напряжением не более 20 кВ при температуре не более 200 °С;

3)для изготовления деталей, обладающих повышенной водо- и теплостойкостью: К-18-53, К-18-42, К-214-42, повышенной ударной прочностью: ФКП-1, ФКПМ-10, повышенной химической стойкостью: К-17-36, К-18-81, К-17-81, грибостойкостью К-18-36.

Жаростойкие, химически влагостойкие и ударопрочные пресс-порошки в качестве основы содержат новолачные смолы. У жаростойких пресс-порошков наполнителем является асбест или слюда. Химически и влагостойкие пресс-порошки, как правило, модифицированы поливинилхлоридом или фенолформальдегидной смолой, а в качестве наполнителя содержат древесную муку, измельченный кокс, рубленую стеклонить.

Пресс-порошки на основе кремнийорганических смол находят применение в высокочастотной и низкочастотной технике для изготовления дуго-стойких и электроизоляционных деталей (каркасы катушек, переключатели, штепсельные разъемы), деталей антенных устройств, работающих при

184

200… 250 °С и кратковременно при 350…400 °С. Наполнителями в них являются асбест и стекло.

Детали из пресс-порошков получают прямым или литьевым прессованием при 15…185 °С.

4.3.6. Газонаполненные пластмассы

Газонаполненные пластмассы представляют собой гетерогенные системы, состоящие из твердой или упругоэластической фазы — связующего, газообразной фазы — наполнителя.

Взависимости от макроструктуры газонаполненные пластмассы делятся на пенопласты и поропласты. Пористая структура получается введением в состав смол газообразователей — порофоров, минеральных и органических.

Впенопластах полимерная основа образует систему замкнутых изолированных ячеек, заполненных газом.

Пенопласты — жесткие материалы, имеют малую объемную массу от 20 до 300 кг/м3. Замкнутая ячеистая структура придает им хорошую плавучесть и высокие теплоизоляционные свойства. Коэффициент теплопроводности низкий.

Термопластичные пенопласты на основе полистирола, поливинилхлорида, полиэтилена и других получают их вспениванием в состоянии высокоэластической деформации, т. е. при температуре, превышающей температуру стеклования на 10…20 °С. При этом происходит некоторая ориентация макромолекул, что приводит к получению более прочных пенопластов. Их термостойкость не превышает 60 °С, так как при 70…80 °С развиваются релаксационные процессы и связанная

сними усадка пенопласта.

Используют также термореактивные смолы.

Наиболее распространенными и прочными являются пе-

нополистирол (ПС) и пенополивинилхлорид (ПХВ), способные работать при +60 °С. Фенолкаучуковые (ФК) пенопласты

185

имеют рабочую температуру 120…160 °С. Наличие в их составе алюминиевой пудры (ФК-20-А-20) повышает рабочую температуру до 200…250 °С. Пенопласт К-40 на кремнийорганической основе кратковременно выдерживает температуру 300 °С. Пенопласты нашли широкое применение в качестве теплоизоляционного материала в конструкциях холодильников, контейнеров, рефрижераторов и др. Они часто используются для заполнения внутренних полостей конструкций и тем самым повышают удельную прочность, жесткость и вибропрочность силовых элементов.

В поропластах полимерная основа образует систему ячеек с частично разрушенными перегородками, сообщающихся между собой. Газообразная фаза в такой системе может циркулировать. Поропласты (губчатые материалы) эластичны, их объемная масса составляет 25…45 кг/м3. Получают поропласты, вводя в состав композиций вещества, способные выкипать при нагреве или вымываться водой, что и приводит к образованию пор. Поропласты выпускают в виде блоков с пленкой на поверхности. Они отличаются высокой способностью поглощать звуки (70…80 %) на технических частотах.

4.4. Резины

Резиной называется материал, полученный в результате специальной обработки (вулканизации) смеси каучука с различными добавками. Основой всякого резинового материала служит каучук – натуральный (НК) или синтетический (СК) эластомер [1,6,7].

Резина как технический материал отличается высокой эластичностью – свойством, присущим каучуку. Причины высокой эластичности каучука состоят в зигзагообразной или спиралевидной конфигурации и большой гибкости его линейных или слаборазветвленных молекул. Однако линейный каучук не может быть применен в изделиях из-за сильной ползу-

186

чести при комнатной и особенно при повышенных температурах и растворимости в органических жидкостях. Для предотвращения этих явлений отформованному изделию придают сшитую редкосетчатую молекулярную структуру. Такая операция называется вулканизацией.

В зависимости от числа возникших при вулканизации поперечных связей получают резины различной твердости — мягкие, средней твердости, твердые.

Резины являются сложной смесью различных ингредиентов, каждый из которых выполняет определенную роль в формировании ее свойств. Помимо основы — каучуков — в состав резин вводят: вулканизирующие вещества, ускорители вулканизации, наполнители, пластификаторы, противостарители и красители.

Резины делятся на вулканизаты общего назначения и специальные.

Резины общего назначения могут работать в среде воды, воздуха, слабых растворов кислот, солей и щелочей, а также спирта, ацетона и жирных кислот. Интервал рабочих температур лежит от -60..-35 до 80..130 0С. Эти резины, особенно мягкие, нестойки к светоозонному и тепловому старению. Резины общего назначения сильно (на 200..600 %) набухают при контакте с жирными и ароматическими растворителями (бензин, керосин, бензол, хлороформ, сероуглерод, машинное масло и т.п.).

Специальные резины подразделяются на несколько ви-

дов.

Маслобензостойкие (СКН-18, СКН-26, СКН-40). Основ-

ное назначение резин данной группы – работа в контакте с минеральными маслами, керосином, бензином, в которых они набухают за 24 ч при 20 0С на 60, (50..15) и 5 %, соответственно. Кроме того эти резины обладают повышенной стойкостью к светоозонному старению и химической стойкостью. Однако

187

они менее эластичны и охрупчиваются при -30..-50 0С, их теплостойкость не выше 100..130 0С.

Светоозоностойкие и химически стойкие (БК, СКЭП). В

течение нескольких лет не разрушаются под действием атмосферы, а также могут работать в контакте с концентрированными кислотами и окислителями.

Теплостойкие (СКТ, СКТФ, СКФ-32, СКФ-26). Работают в диапазоне температур -60..+250 0С (СКТ) и -100..+350 0С (СКТФ), не стареют, эластичны. Однако набухают в растворителях и маслах, имеют низкую прочность, плохо работают на истирание и обладают плохой адгезией.

Фторосодержащие каучуки СКФ-32, СКФ-26 работают в диапазоне температур от -50 .+ 300 0С, устойчивы к светоозонному и тепловому старению, маслобензостойкие и химически стойкие даже при нагреве, негорючие и стойкие к истиранию и вместе с тем достаточно прочные и эластичные.

4.5. Клеи

Клеями обычно называют коллоидные растворы пленкообразующих полимеров, способные при затвердевании образовывать прочные пленки, хорошо прилипающие к различным материалам [6].

В состав клеящих материалов входят следующие компоненты:

-пленкообразующее вещество — основа клея, которое определяет адгезионные, когезионные свойства клея и основные физико-механические характеристики клеевого соединения;

-растворители, создающие определенную вязкость клея;

-пластификаторы для устранения усадочных явлений в пленке и повышения ее эластичности;

-отвердители и катализаторы для перевода пленкообразующего в термостабильное состояние;

188

- наполнители для уменьшения усадки клеевой пленки, повышения прочности склеивания, возможности менее точно подгонять поверхности и экономить клеящие материалы.

В качестве пленкообразующего в основном применяют синтетические смолы, а также каучуки.

Отвердителями термореактивных клеев служат различные амины, фенолы и др.; катализаторами — перекиси.

189

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вданном пособии рассматриваются вопросы, направленные на подготовку высококвалифицированных специалистов в области материаловедения современных конструкционных и функциональных материалов авиационной техники.

Пособие состоит из нескольких частей. Первая часть посвящена общим фундаментальным основам материаловедения, закономерностям формирования структуры и свойств материалов.

Во второй части рассматриваются материалы с особыми свойствами – композиционные материалы с различными матрицами и наполнителями, ферромагнетики и т.д.

Втретьей части даны сведения о цветных авиационных сплавах, в том числе о перспективных сверхлегких алюминийлитиевых сплавах, обеспечивающих высокие эксплуатационные характеристики и экономию топлива.

Четвертая часть посвящена неметаллическим авиационным материалам, таким, как керамические, материалы для остекления, различные виды пластмасс, резины и клеи.

Пособие дает возможность студентам ориентироваться в вопросах выбора и назначения сплава для реальной конструкции с учетом конкретных условий эксплуатации.

190