Матеріалознавство та основи технології виробництва споживчих товарів

Текстоліти одержують  пресуванням наповнювача (багатошарової бавовняної тканини) разом із зв'язуючою речовиною, найчастіше бакелітом. Текстоліт має високі електроізоляційні та фрикційні властивості, стійкість до спрацювання. Випускають текстоліт у вигляді листів (завтовшки 0,5...50 мм), плит і стержнів. Його застосовують для панелей апаратів, виготовлення підшипників, зубчастих коліс тощо. На деталях з текстоліту можна нарізувати різьбу.

Гетинакс, або бакелітова фібра, є шаровою пластмасою, в якій наповнювачем є папір. Гетинакс має добрі діелектричні властивості з задовільною механічною міцністю. Випускають гетинакс у вигляді листів завтовшки 0,2...50 мм і застосовують для виготовлення зубчастих коліс, плит, прокладок і як ізоляційний матеріал. Недолік гетинаксу — його гігроскопічність.

Склотекстоліт — високоміцна  шарова пластмаса, яку одержують аналогічно до текстоліту, лише як наповнювач використовують скляну тканину. Склотекстоліт випускають у вигляді листів завтовшки 0,5...30 мм; застосовують у загальному машинобудуванні, електро- і радіотехніці для виготовлення особливо навантажених деталей, бо цей матеріал має високу міцність, пружність, теплостійкість; це чудовий діелектрик.

Деревошарові пластики відрізняються  від шарових пластмас тим, що в  них наповнювач складається з  тонких листів лущеної деревини (дерев'яного  шпону), які так само, як і пластмасові наповнювачі, сполучені між собою синтетичною смолою за високої температури та тиску. Можна одержати сополімери з високими теплоізоляційними властивостями та пористі пластики з високими тепло- і звукоізоляційними властивостями, які не бояться вологи та морозу. Такі порівняно нові матеріали належать до класу газонаповнених пластмас. Пластмаси переробляють різйими способами: звичайне листове пресування, лиття під тиском, видування, штампування, зварювання та обробка різанням. Вибір способу залежить від хімічних і фізичних властивостей матеріалів, що піддаються переробці.

Гумові та ебонітові  матеріали і вироби

Гума — пружний водонепроникний  ізоляційний матеріал, який широко застосовується. Гуму одержують з каучуку вулканізацією, при цьому каучук з домішкою сірки (4...10%) і наповнювачів спеціально обробляють за температури 140°С. Промисловістю виготовляється ебоніт, або тверда гума. Він має добрі електроізоляційні властивості, стійкість до кислот, лугів, масел, їдких парів і газів. Ебоніт має достатню технічну міцність, чорний колір; його застосовують як ізоляційний матеріал у вигляді трубок для захисту проводів у місцях їх перетину та проходів крізь стіни, у вигляді ізоляційних трубок під час електромонтажних робіт.

Асортимент деталей з гуми нараховує десятки тисяч назв. З каучуку і гуми виготовляють шини, елементи технічного обладнання, а також конвеєрні стрічки, рукави, приводні кордні паси, манжети, кільця, мембрани, прокладки, амортизатори, втулки, килимки, ізоляційні стрічки, надувні човни, матраци, протигази, скафандри і ще безліч виробів та матеріалів різного призначення. Використовується багато видів гуми: м'яка вулканізована, не-вулканізована; губчата, армована тканинами та металевою сіткою тощо. її застосовують для автомобільних, літакових покришок, шлангів, пасів, прокладок, втулок. За способом виготовлення гуму поділяють на штамповану, формо-ву, клеєну, а за застосуванням — на гуму загального призначення, тепло- і морозостійку, масло- і бензостійку, кислото- і лугостійку, для роботи в дизельному та іншому паливі, для харчової промисловості та медицини. Для переробки гумової суміші та напівфабрикату застосовують лиття під тиском, пресування, безперервне витиснення.

Графітові матеріали

Графіт — мінерал, який є однією з алотропних форм вуглецю. У природі графіт трапляється у вигляді прошарків, вкраплених у породи, або у вигляді суцільних мас, а також буває й штучний, одержаний в електропечах з антрациту за температури 2200°С. Графіт — хімічно та термічно стійкий матеріал, він малоактивний, відрізняється дуже поганим зварюванням і нерозчинністю, має малий коефіцієнт тертя. Технічно цінні властивості графіту роблять його незамінним для виготовлення тиглів, ізоляції, обпилювання ливарних форм, приготування графітових мастил, електродів, вугілля для гальванічних елементів, дугових ламп, електрощіток тощо. Волокна з графіту використовують для створення нового композиційного матеріалу — вуглепластику. Він порівняно з пластмасами в 2...10 раз міцніший, жаростійкий, електропровідний, тому його застосовують у ракето- та літакобудуванні, електротехніці тощо. Графітові волокна діаметром 0,5...5 мкм, завдовжки до 150 мм (графітові «вуса») дуже міцні, що визначає їх важливість для машинобудування.

Графіт має низьку твердість, жирність, високу жаростійкість, електропровідність, хімічну стійкість. Колір — від сріблястого до чорного з металевим блиском. Графіт має малу щільність і твердість (НВ 1...2) та залишає при зіткненні сліди на поверхні, має малий коефіцієнт тертя, але пружний. Дріт з графіту, подібно олову, згинається в спіраль. Графіт плавиться за температури 3572 °С, температура кипіння 3927 °С. Подібно до металу він електропровідний, його питомий електричний опір становить 0,5⁶ Ом • мм²/м. Графіт і особливо вуглеграфітові матеріали — продукт високотемпературного відпалу спресованої суміші порошків різних речовин — використовують для фільтрування гарячих газів, розплавів тощо.

Абразивні матеріали  та інструменти

Абразивні матеріали —  природні та штучні тверді речовини, які застосовують для виготовлення шліфувальних інструментів (кругів, брусків тощо). Вони характеризуються зернистістю, цементуючою речовиною (зв'язкою), твердістю, формою та розмірами. Абразивні матеріали поділяють на такі групи:

шліфзерно   (200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20, 16),

шліфпорошки (12, 10, 8, 6, 5, 4, 3),

мікропорошки  (М63, М50, М40, М28, М20, М14),

тонкі мікропорошки    (М10, М7, М5).

Цифри зернистості шліфзерна  та шліфпорошку показують соту частку міліметра, а шліфпорошків — мікрометра. Чим менша зернистість, тим нижчою буде шорсткість поверхні, що обробляється. Цементуюча речовина — зв'язка для абразивних матеріалів. Вона буває керамічною, бакелітовою, вулканітовою та металевою.

Як абразивні матеріали  застосовують пісковик, наждак, корунд, електрокорунд, карборунд, карбід бору, алмаз та інші матеріали. Найтвердішим природним матеріалом є алмаз. Алмаз використовують у вигляді порошку і пилу, з яких виготовляють особливо тверді інструменти для обробки надтвердих матеріалів і правки шліфувальних кругів.

Синтетичні алмази одержують  з графіту за температури 2500 °С і  високого тиску. Синтетичні алмази подібно  до природних після обробки та сортування використовують для виготовлення кругів, брусків, надфілів та ін. Синтетичні алмази застосовують для кінцевої обробки деталей у вигляді порошків і паст.

Набули поширення надтверді  матеріали — кубоніт (кубічний нітрид бору), ельбор і Славутич. Кубоніт  — це хімічна сполука бору і  азоту (43,6 % бору та 56,4 % азоту). Він твердий, як алмаз, але перевершує його за теплостійкістю. Ельбор — також кубічний нітрид бору. Славутич — надтвердий матеріал з високою стійкістю до спрацювання, що перевершує за міцністю алмаз. Його застосовують для виготовлення олівців, брусків і роликів, необхідних для правки абразивних кругів.

Шліфувальні круги класифікують за хімічним складом (твердість), розміром зерна (зернистість) та геометричною формою. Твердість абразивних інструментів позначають літерами та цифрами, наприклад  М — круги м'які (МІ, М2, МЗ); CM — середньої м'якості (СМ1, СМ2); С — середні (СІ, С2); СТ — середньотверді (СТ1, СТ2, СТЗ); Т — тверді (ТІ, ТІ), ВТ — дуже тверді (ВТ1, ВТ2), ЧТ -надзвичайно тверді (ЧТ1, ЧТ2).

Вибір шліфувального круга  залежить від матеріалу деталі. Деталі з твердої сталі та чавуну обробляють м'якими кругами, з м'якої сталі — твердими кругами з крупними зернами. На вибір кругів впливає режим різання: чим більша швидкість, тим м'якішим повинен бути круг і т. д. Крім того, вибір абразивних інструментів залежить від форми та розмірів поверхонь, що обробляються.

Лакофарбові матеріали

Лакофарбові матеріали призначаються  для захисту металевих деталей машин і механізмів від передчасного руйнування від корозії, а дерев'яних — від гниття та для надання красивого зовнішнього вигляду, тепло- і електроізоляції тощо. Вони в своєму складі мають плівкоутворюючі речовини, смоли, розчинники, пігменти, пластифікатори, сикативи та наповнювачі, завдяки яким після висихання утворюють оболонку певної товщини, твердості та кольору з відповідним блиском, необхідною еластичністю. Залежно від плівкоутворюючих речовин лакофарбові матеріали можна поділити на олійні та ефіро-целюлозні. Олійні плівкоутворюючі речовини одержують з рослинних олій, штучні — з органічних кислот, ефіро-целюлозні — з бавовни.

Смоли є важливою частиною лаків; вони надають їм необхідної твердості, міцності, блиску і липучості. Для  цієї мети застосовують каніфоль, асфальт  тощо. Для розчинення плівкоутворюючих речовин використовують скипидар, бензин, ацетон, спирти тощо. їх призначення — розчинювати плівки, поліпшуючи цим процес забарвлення поверхні. Вони повинні швидко вивітрюватися із забарвленої поверхні.

Пігменти — нерозчинні речовини у вигляді порошку, які  надають поверхні певного кольору. Вони знаходяться в лакофарбових матеріалах у зваженому стані та забарвлюють плівку. Як пігменти застосовують оксиди чи солі кольорових металів, металеві порошки (алюмінієва, бронзова пудри) та сажу. Білі пігменти — свинцеві та цинкові білила, важкий шпат і алюмінієві порошки. Жовті пігменти — цинковий і свинцевий крон, вохра, забарвлені оксидом заліза. Червоний пігмент — свинцевий сурик, кіновар, кармін; синій — ультрамарин, кобальт, лазур (складна сполука заліза з синильною кислотою); зелений — зелений крон (хромова зелень — оксид хрому); чорний — сажа.

Пластифікатори — речовини, які надають необхідної еластичності плівці та захищають її від розтріскування. Як пластифікатори застосовують складні  ефіри мінеральних і органічних кислот (дибутилфталат, трикрезилфосфат) або масла.

Сикативи вводять у лакофарбові речовини для прискорення процесів висихання. До них належать оксиди свинцю, мангану, кобальту, взяті в певному співвідношенні.

Наповнювачі — речовини, які вводять до складу лакофарбових матеріалів для здешевлення, а інколи й для підвищення міцності. Як наповнювачі застосовують крейду, вапно, тальк, каолін.

Крім лаків і олійних  лакофарбових матеріалів застосовують емалеві фарби та шпаклівку. Емалеві фарби — матеріали, одержані зі спеціального олійного лаку додаванням до нього фарби та відповідних розчинників. Емалі бувають ґрунтувальні та покривні. Шпаклівки — це лакофарбові матеріали, які містять в розчинникові плівкоутво-рюючі речовини, пігмент і наповнювач у 2...З рази більше, ніж емалі. Додавання вказаних компонентів надає шпаклівці необхідної густоти.

Для фарбування заґрунтованих  металевих поверхонь деталей  машин застосовують нітроцелюлозні емалі марок НЦ-25 і НЦ-11, а для  виробів, які експлуатуються на відкритому повітрі, емалі марок ХВ-1100 і НЦ-132 тощо. Для фарбування залізних і алюмінієвих приладів, а також інструментів застосовують емалі марки ГФ-1426. Для фарбування машин, приладів, виробів з різних матеріалів застосовують багато інших масляно-смоляних, поліефір-них, силіційорганічних, бітумних лаків і фарб.

Клеї

Клеї можуть бути тваринного або рослинного (білкового) та синтетичного походження. Клеї тваринні — столярний клей, міздряний, кістковий, рибний, альбуміновий, казеїновий, які застосовують для склеювання деревини, паперу, текстильних виробів тощо. Клеї рослинні — канцелярський клей, гуміарабік, декстриновий, крохмальний, що застосовують для склеювання паперокартонних виробів.

Клей гумовий — розчин каучуку в бензині, який використовують для склеювання гумових, шкіряних і тканинних виробів. Столярний, крохмальний та інші клеї нестійкі до вологи та грибка, ними склеюють незначну кількість матеріалів.

Синтетичний клей буває таких  видів: 1) фенольний марок БФ-2, БФ-4, призначений для гарячого склеювання металів, пластмас, деревини, кераміки, фарфору; марки БФ-6 — для склеювання тканин, гуми, повсті та для приклеювання їх до металів; марок ВК-32-200, ВС-350 — для склеювання дуралюмінію, сталі, склотекстоліту та пінопластів; марок ВС-10М, ВС10Т — для склеювання металів, склотекстоліту, текстолітів; марок КР-4, КБ-3 — для гарячого та холодного склеювання пластмас, деревини, текстильних матеріалів; 2) епоксидний марок ЗД-5,

ЗД-6 — для холодного  склеювання металів, деревини, фарфору, для приклеювання вулканізованої гуми до металів; марок ВК-32-ЗМ — для  склеювання сталі, дуралюмінію між собою та з пінопластами; марки Л-4 — для гарячого та холодного склеювання сталі, дуралюмінію, склотекстоліту, пінопластів; 3) поліамідний марок ППФЗ-2/10 для холодного та гарячого склеювання алюмінію, міді, деревини, поліамідних плівок, шкіри; МПФ-1 — для гарячого та холодного склеювання металів і приклеювання до них неметалевих матеріалів; 4) карба-мідний марок KM-З, К-17 — для гарячого та холодного склеювання пластмас, деревини, паперу, текстильних матеріалів; 5) гліфталевий марок АМК — для холодного приклеювання вовняної, бавовняної та скляної теплоізоляції до металів, для склеювання скла; 6) карбінольний — для склеювання металів, скла, фібри, пластмас і мармуру; 7) поліуретановий марки ПУ-2 — для гарячого склеювання сталі, дуралюмінію, органічного скла між собою, пластмас і пінопластів з металами. Клей ПВА призначається для склеювання деревини, паперу, скла, шкіри, лінолеуму, тканини, а також для приклеювання облицювальної плитки тощо.

Рекомендується застосування синтетичного клею, який дає змогу склеювати різні матеріали та має необхідну стійкість. Поширення набули карбінольні клеї БФ-2, БФ-4, БФ-20, епоксидні ЗД-5, ЗД-6, Л-4. Карбінольними (універсальними) називають клеї, виготовлені на основі смоли БФ. Використання цього клею спрощує складання машин і їх ремонт, бо він міцно з'єднує різні матеріали.

Перед склеюванням зачищають  місця з'єднання, потім на поверхню наносять клей, деталі з'єднують і  спресовують (температурний режим і час затвердіння залежать від якості клею). Карбінольний клей наносять на поверхню і за 5...10 хв стискують місце з'єднання. При використанні клею БФ кожну поверхню покривають два рази. Перший шар клею просушують на повітрі протягом 1 год, а потім 15 хв за температури 55...60 °С. Після охолодження поверхонь наносять другий шар клею так само, як і раніше, а потім за температури 82...90 °С протягом 1 год сушать і лише після цього, видаливши розчинник, місця сполучення стискують під пресом. Сила стиснення залежить від форми та виду деталей. Міцність шва буде тим вищою, чим тонший шар, і навпаки.