Пластмассы. Основные характеристики пластмасс

План:

1. Пластмассы. Основные характеристики пластмасс.
2. Пластмассовые антифрикционные материалы.
3. Области применения пластмасс.
4. Способы изготовления деталей:

Каландрирование

Прессование

Литье под давлением

Экструзия

Формование стеклопластов

Сварка пластмасс

5. Обзор деталей из пластмассы
6. Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пластические массы (пластмассы, пластики) — материалы на основе природных или синтетических полимеров, способные под влиянием нагревания и давления формоваться в изделия сложной конфигурации и затем устойчиво сохранять приданную форму. Пластмассы подразделяются на реактопласты и термопласты.

В состав пластмасс, кроме полимера, могут входить минеральные или органические наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители, смазывающие вещества и др.

На работоспособность  пластмассовых деталей большое  влияние оказывает процесс старения пластмасс.

При длительном нагружении пластмассы склонны к  ползучести. Это еще более усугубляет временной характер прочностных  свойств пластмасс. Поэтому такие  понятия, как предел текучести, предел прочности, которые используются при расчетах металлических конструкций, являются для пластмасс весьма условными: нельзя решать вопрос о нагрузочной способности пластмассовых деталей, не учитывая времени, в течение которого деталь должна работать. При производстве изделий из пластмасс технолог должен учитывать не только возможность изготовления детали при выбранном режиме, но и то, как технологический процесс влияет на работоспособность детали в процессе ее эксплуатации. Некоторые положения, которые должны быть приняты за основу при проектировании пластмассовых изделий, можно сформулировать в виде следующих правил.

1. Детали из пластмасс следует проектировать так, чтобы силовые нагрузки приходились на наиболее прочные сечения, т. е. с учетом направления волокон наполнителя или ориентации макромолекул.
2. Не рекомендуется изготовлять из пластмасс детали, которые в процессе эксплуатации длительно подвергаются постоянным нагрузкам (хотя и допускаемым). Пластмассовые детали работают лучше в условиях действия кратковременных нагрузок.
3. При проектировании деталей из пластмасс следует учесть их ограниченную жесткость, для повышения которой следует предусмотреть ребра жесткости или арматуру.
4. Проектировать из пластмассы можно только такие детали, которые будут работать в оптимальном для данной пластмассы температурном режиме с учетом возможного влияния нагружения на термические характеристики материала.
5. Пластмассы не могут быть использованы для изготовления деталей, которые работают под значительной нагрузкой и от которых требуется повышенная точность.

6.                Недостатком почти всех пластмасс является малая стабильность формы, обусловленная малой жесткостью, мягкостью (изменение формы под действием внешних нагрузок), высоким значением коэффициента линейного расширения (изменение размеров при колебаниях температуры), быстрым размягчением при повышении температуры (у термопластов). Многие пластмассы набухают в воде, керосине, бензине и минеральных маслах. Некоторые пластмассы (политетрафторэтилен) отличаются свойством хладотекучести (ползучести). Под действием сравнительно небольших напряжений (2 — 5 МПа) такие пластмассы приходят в состояние текучести даже при умеренных температурах (20 — 60 °С) и неограниченно изменяют размеры, пока действует нагрузка.

7.           К недостаткам пластмассовых изделий следует отнести также сильное влияние режима формования на их прочностные характеристики. Отклонения от технологического режима приводят к рассеиванию прочностных характеристик в пределах одной и той же партии изделий. У деталей сложной формы наблюдается рассеивание прочностных характеристик из-за неоднородности структуры, обусловленной различием условий формирования и отверждения пластмассового материала в различных участках детали.

8.           Светостойкость и устойчивость к атмосферным воздействиям пластмасс в некоторой степени можно повысить введением специальных стабилизирующих добавок. Отдельные разновидности пластмасс (например, тетраф-торэтилен) обладают полной устойчивостью к атмосферным воздействиям.

 

Ниже приводятся некоторые рекомендации по использованию  пластмасс в качестве материала  для изготовления различных типов  деталей машин.

Пластмассовые антифрикционные материалы.

   Из-за малого сходства с металлами и из-за больших упругих деформаций пластмассы в узлах трения менее чувствительны к схватыванию и задиранию, что резко уменьшает износ деталей в паре трения. Этому способствует и поглощение пластмассой твердых частиц — продуктов, износа. Практика показывает, что износ большинства видов пластмассовых подшипников в узлах трения меньше износа металлических подшипников.

Большинство реактопластов  — разные текстолиты, ДСП, некоторые  волокниты — имеют прочность  на сжатие 1000...3000 МПа. Этот показатель для термопластических масс —6000...11 000 МПа, для бронзы и баббитов — 12 000...28 000 МПа. Поэтому текстолиты и ДСП могут использоваться для узлов трения при весьма тяжелых условиях работы. Положительными свойствами пластмасс является также способность их к гашению вибраций, стойкость к ударным нагрузкам, высокие антикоррозионные свойства, небольшая масса, малая трудоемкость в изготовлении.

Для изготовления тяжело-нагруженных подшипников используются фенопласты со слоистыми наполнителями (текстолиты, ДСП, гетинакс). Подшипники изготовляются в виде вкладышей, устанавливаемых в корпус подшипника. Такие подшипники используются для прокатных станов, пилорам, дробилок, подъемных кранов.

Термопластические пластмассы (полиамиды, фторопласт) под  нагрузкой подвержены ползучести и  могут выдавливаться. Эти же материалы имеют низкую теплопроводность, что еще больше содействует их ползучести от повышения температуры в узле трения. Поэтому при использовании фторопласта прибегают к изготовлению комбинированных подшипников. На стальную подложку наносится слой порошковой бронзы, которая припекается к подложке. В поры бронзового слоя впрессовывается фторопласт. Полоса разрезается на мерные куски, из которых изготовляются подшипники в виде втулок. Если от подшипников не требуется особо высокая точность или действующие усилия относительно малы, с успехом применяются капроновые подшипники (ленточные транспортеры, подвижные конвейеры, направляющие втулки опок и т. д.).

Широкое распространение  получили вкладыши в виде тонкостенных стальных втулок, внутри которых помещены разрезные втулки из полиамидов. Подшипники, изготовленные такими способами, имеют большую прочность и хорошую охлаждаемость. Подобные подшипники нашли применение в шпинделях токарных, фрезерных и шлифовальных станков, в сельскохозяйственных машинах и т. д.

В качестве материалов, используемых для изготовления деталей  подшипников качения, применяются  слоистые пластики с графитовым наполнителем, волокниты, полиамиды, фенопласты.

Широкое распространение  получают пластмассовые направляющие на металлообрабатывающих станках и в других механизмах — в поршневых двигателях, в прессах и др. В этих случаях направляющие изготовляют в виде полос, которые крепятся к корпусу методом склеивания или винтами. В качестве материала для этих целей используются текстолиты, волокниты или фенопласты с наполнителем в виде древесной крошки. Использование пластмассовых направляющих увеличивает точность станка за счет меньшего износа пластмассы по сравнению с обычно используемыми чугунными направляющими. Уменьшаются также потери мощности механизмов на силы трения. Особенно удобен ремонт станков и механизмов с такими направляющими.

 

 

Области применения пластмасс.

Пластмассы — важнейшие конструкционные материалы современной техники. Основные области применения — это электротехника, радиотехника и химическое машино- и приборостроение.

Износостойкие пластмассы типа полиамидов и полиолефинов применяют для изготовления направляющих прямолинейного движения в металлорежущих станках. При условии защиты от абразивных веществ (металлических опилок, пыли, грязи и т. д.) пластмассовые направляющие могут длительно работать даже в условиях малой смазки.

Низкие механическая прочность и жесткость, малая стабильность формы — факторы, ограничивающие применение пластмасс для силовых деталей. Для таких деталей главным образом используют стеклопластики. Из них делают крупногабаритные конструкции оболочкового типа.

Пластмассы применяют для изготовления сепараторов подшипников качения. Сепараторы непосредственно отпрессовывают или же отливают под давлением. Конечная отделка состоит только в удалении заусенцев, причем их удаляют не механически (остающиеся мелкие частицы могут повредить подшипник при эксплуатации), а другими способами, из которых наиболее приемлемым является обжигание пламенем. Сепаратор должен иметь устойчивые размеры, и поэтому производят так называемую стабилизацию материалов (кипячение в масле и т. п.).

Ранее для изготовления сепараторов применяли только слоистые пластики с тканевым наполнителем (текстолиты). В настоящее время применяют главным образом тефлон (политетрафторэтилен), иногда пористый тефлон, который после пропитки маслом становится самосмазывающимся. Широко распространены сепараторы подшипников с тонкослойным антифрикционным покрытием из пластмасс. Толщина покрытия не должна превышать 0,3 мм. Чтобы понизить трение, пластмассы, применяемые для сепараторов, обычно наполняют графитом или двусер-нистым молибденом.

 

Способы изготовления деталей

Листы и плиты из термопластов чаще всего изготовляют каландрированием — вальцеванием на многовалковых прокатных станках. Вальцеванием на профильных валках изготовляют также гофрированные листы для сото-пластов. Фасонные изделия из листов получают прессованием в матрицах жестким или упругим пуансоном (воздухонаполненным резиновым мешком).

Широкое применение получил способ пневматического и вакуумного формования. При пневматическом формовании листовую заготовку, нагретую до пластического состояния, зажимают по периметру матрицы, после чего давлением сжатого воздуха осаживают заготовку на матрицу. При вакуумном формовании внутри матрицы создают вакуум, в результате чего заготовка втягивается в матрицу, облегая ее поверхность. Таким способом изготавливают фасонные крышки, открытые резервуары, обтекатели и другие тонкостенные изделия.

Прессование

Прессование применяют для изготовления фасонных изделий из реактопластов и отвер-ждаемых термопластов. Исходным материалом служат таблетки, гранулы, крошка; для изделий с порошковыми наполнителями — пресс-порошки. Процесс осуществляют в пресс-формах, состоящих из матрицы и пуансона. Формовка производится при повышенной температуре (пресс-формы нагревают), обеспечивающей отверждение материала. В матрицу засыпают мерное количество предварительно подогретого пресс-материала, после чего к пуансону прикладывают механическое или гидравлическое усилие и подвергают изделие кратковременной выдержке в форме под постоянным давлением, в результате чего происходит отверждение материала. Затем пуансон отводят; а затвердевшее изделие из матрицы удаляется выталкивателями.

В настоящее время применяют полностью автоматизированные многопозиционные роторные прессовые агрегаты с автоматическим высокочастотным подогревом, производительность которых 100 прессований в минуту и выше.

Точность размеров детали зависит от точности изготовления матрицы и пуансона, точности дозирования пресс-материала и от соблюдения режимов прессования.

 

Рис.1 Аппарат для прессования деталей из пластмасс

Литье под давлением

Литье под давлением применяют для формования термопластов. Исходный материал (гранулы, таблетки) подвергают нагреву до полного размягчения. Литьевая масса жидко-текучей консистенции подается в обогреваемый цилиндр, откуда выдавливается поршнем через литниковые каналы в охлаждаемые металлические формы. После охлаждения и затвердевания пресс-форма раскрывается, и отливки удаляются выталкивателями. Литники и заусенцы, образующиеся в полости разъема формы, обрубают и зачищают. Температура размягчения литьевой массы зависит от ее состава. Давление прессования 100—150 МПа. Температура формы 20 — 40 °С.

Литье под давлением более производительно и обеспечивает более высокое и равномерное качество изделий, чем прессование.

Рис. 2

                                                      Формы для деталей из пластмасс литьевые

Экструзия

Экструзионное формование применяют для изготовления из термопластов прутков, труб, шлангов, плит, пленок, фасонных профилей (поручней, плинтусов и т. д.). Процесс осуществляется на шнековых прессах непрерывного действия (экструдерах). Литьевая масса подается через загрузочный бункер в обогреваемый цилиндр шнека, подхватывается витками шнека (в свою очередь подогреваемого) и перемещается вдоль цилиндра, подвергаясь перемешиванию и уплотнению. Уплотнение массы достигается уменьшением шага или высоты витков шнека. На выходном конце цилиндра устанавливают фильеру с отверстием, соответствующим форме поперечного сечения изделия. Отформованное изделие, выходящее непрерывным жгутом из фильеры, охлаждается. После затвердевания его режут на куски необходимой длины.

В последнее время для подогрева литьевой массы используют тепло, возникающее в результате трения массы о стенки цилиндра и витки шнека («адиабатическое экструдирова-ние»). При этом методе упрощается конструкция пресса и повышается экономичность процесса.

Метод экструзии широко применяют для нанесения изолирующих оболочек на проводники, кабели и т. д. Проводники, подлежащие покрытию, подаются из бунта через центральное отверстие в шнеке и в фильере обволакиваются литьевой массой.

Из труб, получаемых экструзией, изготовляют (методом раздува в формах) пустотелые изделия (флаконы, бутылки, фляги и пр.) Днище изделий заваривают.