Пластмассы. Основные характеристики пластмасс

Формование стеклопластов

Малогабаритные изделия из стеклопластов получают горячим прессованием в металлических формах. Для изготовления крупногабаритных изделий этот способ неприменим, так как требует мощного прессового оборудования и изготовления дорогостоящих и громоздких пресс-форм.

Крупногабаритные оболочковые конструкции чаще всего изготовляют методом набрыз-гивания на модель приведенного в вязкотеку-чее состояние пластика вместе со стеклянным волокном. Пластик и нарубленное волокно подают в нужной пропорции в распылитель.

Выходящую из распылителя струю наносят на модель до образования слоя нужной толщины.

Сварка пластмасс

Термопласты всех видов хорошо поддаются сварке. Высокоэластичные пластмассы (полио-лефины, полиамиды, полиметилметакрилаты) сваривают контактной сваркой без применения присадочного материала. Тонкие листы и пленки сваривают внахлестку пропусканием пленок между роликами, подогреваемыми электрическим током. Плиты, бруски и другие подобные изделия сваривают встык.

Пластмассы хорошо склеиваются с помощью клеев, представляющих собой раствор данного полимера в соответствующем растворителе. Некоторые клеи (ацетат поливинила, фенолнеопреновые, на основе модифицированных эпоксидов и др.) обладают широкой универсальностью по отношению к склеиваемым материалам. Этими клеями можно склеивать пластмассы с металлом, стеклом, керамикой и т. д.

Обзор деталей из пластмассы

Зубчатые, червячные, цепные и ременные передачи.

Применение  пластмасс в зубчатых и червячных  зацеплениях обеспечивает мягкую передачу крутящего момента, высокую изностойкость, бесшумность и надежную работу в химически агрессивных средах, малую массу; во многих случаях простоту изготовления. Наилучшая работоспособность шестерен передачи обеспечивается комбинацией пластмассовых и металлических шестерен, благодаря чему обеспечивается хороший теплоотвод от пластмассовых шестерен.

Для уменьшения износа пластмассовых шестерен рекомендуются  повышенная твердость зубьев стальных шестерен и увеличение чистоты их поверхности. В качестве материала  для пластмассовых шестерен используют текстолит, древеснослоистые пластики (ДСП), полиамиды, полиформальдегид (ПФА)

Червячные пластмассовые  колеса при температуре менее 90 °С, скоростях скольжения, не превышающих 3 м/с, и нагрузках не выше 300 МПа  можно изготовлять из текстолита и ДСП, при нагрузках 150...180 МПа—из полиамидов.

В цепных передачах  из тех же пластмасс, которые используются для шестерен, применяются «звездочки». Пластмассы типа полиамидов в виде вставок внутри стальных втулок используются для изготовления пластинчатых цепей, что резко снижает коррозию стальных деталей цепи и «слипание» звеньев цепи.

Долговечность цепных передач с втулками из полиамидов, работающих в запыленной и коррелирующей  среде, резко повышается.

В ременных передачах  хорошо зарекомендовали себя пластмассовые  ремни (особенно из полиамидов), которые отличаются не только хорошими техническими данными, но и устойчивостью работы в агрессивных средах. Перлоновые ремни используются для передачи больших мощностей в основном для прокатных станов, мощных прессов, молотов, мельниц.

Из полиамидов (нейлон, перлон) изготовляют также буксирные канаты. Для защиты стальных канатов от коррозии их покрывают слоем полиамидов (нейлоном). Полиамиды все шире используются для изготовления и покрытия транспортерных лент.

На ряде станкостроительных заводов освоено производство пластмассовых шкивов клиноременных передач. Массы таких шкивов из-за повышенной удельной прочности пластмасс примерно в 5 раз меньше металлических, себестоимость ниже в 2,5 раза.

Для изготовления шкивов можно использовать полиамиды (мелкие шкивы и блоки), волокнит, фенолит К-18-12, декоррозит К-17/18-81, текстолит, стекловолокнит (для крупногабаритных шкивов диаметром до 800 мм). Наряду с достаточной прочностью нагрузки от центробежной силы на такие шкивы существенно меньше, чем на стальные и чугунные.

Фрикционные устройства.

В фрикционных  узлах с небольшой тормозной  мощностью используются пластмассы с асбестовым наполнителем. Температура  нагрева для этих материалов не должна быть больше 250 °С. Пластмассы типа ретинакса  допускают при очень кратковременном нагружении нагрев до 1000°С; коэффициент трения ретинакса по стали больше 0,35.

 

 

Вариаторы.

Пластмассы  типа текстолита используются в вариаторах, когда не предъявляются особо  высокие требования к обеспечению  постоянства передаточного отношения или высокого коэффициента полезного действия.

Муфты, прокладки.

Особенно перспективно применение пластмасс для деталей  зубчатых муфт из текстолита, капрона. Капроновые муфты, например, могут передавать большие нагрузки, хорошо поглощают  удары, обеспечивают бесшумность работы и более просты в исполнении. Очень широкое применение в конструкциях муфт нашли диски и другие эластичные элементы, изготовленные из резины. Резиновые элементы применяются для упругого соединения валов в качестве упругих элементов нежестких муфт. Они являются одновременно амортизаторами и демпферами, а также позволяют частям вала иметь взаимное угловое перемещение. Резина находит очень широкое применение для изолирования колебаний станин станков от остальных ее узлов, что заметно увеличивает точность станков.

Резиновые прокладки  изолируют корпуса судов, автомашин  и т. д. от колебаний двигателей. Очень  широко применяются резиновые вкладыши в металлических шарнирах, которые  разъединяют трущиеся металлические  части шарнира.

Прочие  детали различных машин, механизмов и конструкций.

Широкое распространение  получили пластмассы в быстроходных текстильных машинах, где большое  значение имеют малая инерционность  деталей и возможность применения движущихся деталей без смазки. Такими деталями являются шпули и их покрытия, мотовила, детали чесальных машин и т. д.

В основном для  этой цели используются фенопласты с  порошковыми наполнителями. Фенопласты являются незаменимым материалом для  изготовления корпусов различной контрольно-измерительной  аппаратуры, малогабаритных радиоприемников и т. д. Эти же материалы используются для изготовления деталей управления машин и механизмов (головки, рукоятки, маховички и т. д.). Изготовление таких деталей из пластмасс экономит металл, снижает стоимость изделия и способствует приданию машине декоративного вида. 

Из-за малой  объемной массы и высокой удельной прочности применение пластмасс  особенно выгодно для изготовления роторов высокоскоростных машин (насосы, вентиляторы, турбины, лопасти вертолетов). Использование для поршней пневматических двигателей нейлона приводит к меньшим нагрузкам на поршень, а также на шунты от действия сил инерции. В силу этого использование пластмассы в таких деталях приводит к уменьшению массы машины не только за счет меньшей плотности пластмассовых деталей, но и за счет облегчения других элементов конструкций, сопряженных с пластмассовыми деталями.

Особенно перспективно для тяжелонагруженных деталей  конструкции применение стеклопластиков, которые имеют наивысшую удельную прочность. Чаще всего находят применение вместо металлических сплавов (стали) фенолформальдегидные слоистые пластики, а также полиэфирные и эпоксидные стеклопластики. В машиностроении стеклопластики, а также полиэтилен используются в качестве корпусных материалов емкостей, особенно в сложных конструкциях, которые изготовляются из этих материалов методом сварки.

Пластмассовые уплотнители и амортизаторы.

Детали уплотнений из пластмасс находят очень широкое  применение. Это объясняется тем, что пластмассы обеспечивают не только высокую герметичность соединения, но и необходимую прочность и химическую стойкость узла уплотнения. Широкое распространение находят уплотнения из ненабухающих, маслостойких и бензостойких резин, из самоуплотняющихся полихлорвиниловых колец в местах ввода электрических кабелей. Полихлорвиниловые уплотнения применяются для штоков насосов и компрессоров, в которых давление доходит до 2000 МПа. В пневматических системах достигается улучшение герметичности при замене чугунных поршневых колец текстолитовыми или фторопластовыми, армированными стекловолокном. Одновременно при этом уменьшается износ цилиндра.

В технике все  шире применяются наряду с резиной  пластмассовые амортизаторы. Пластмассовые  амортизаторы имеют в среднем  в 1,2...1,5 раза больший срок службы, чем  резиновые.

Широкое применение находят полимерные демпфирующие жидкости из силикона. Силиконовый демпфер  наиболее пригоден для гашения значительных колебаний при температурах до 200 °С. Это объясняется высокой вязкостью  силиконового масла, которая сохраняется до высоких температур. Силиконовые масла, имея хорошую стойкость в интервале температур —50...+200 °С, являются незаменимым смазочным материалом для узлов трения, работающих при высоких температурах.

Детали  трубопроводной арматуры.

Пластмассовые трубы широко используются в технике, особенно в химическом машиностроении и в строительстве. Основными преимуществами пластмассовых труб являются высокая коррозионная стойкость, малая масса, удобство транспортировки и монтажа. Трубы из полиэтилена, например, можно наматывать на барабан и сматывать непосредственно в траншею. Для изготовления труб используют как термореактивные пластики, так и термопласты. Основными материалами для изготовления труб являются:

1)      полихлорвинил, полиэтилен, полиамиды, фторопласты, полиэфирные пленки, стекловолокниты;

2)      фенопласты с наполнителем в виде асбеста, графита или песка (фаолиты), реже текстолит, гетинакс.

Трубы из термопластов хорошо обрабатываются, изгибаются по месту, свариваются и склеиваются. Трубы из реактопластов соединяются только склейкой. Пластмассы используются также для изготовления трубной арматуры (уголки, тройники, краны, вентили и т. д.).

Для арматуры высокого давления, применяется облицовка  металлической арматуры пластмассами, обеспечивающими необходимую коррозионную стойкость. Наиболее часто для футеровки металлических трубопроводов и емкостей используются полиэтилен, полихлорвинил, полистирол, асбовинил, фторопласт, резины из синтетических каучуков. Выбор материала труб и арматуры определяется требованиями механической прочности, химической стойкости, а также условиями монтажа трубопровода.

Использование пластмасс для изготовления труб особенно эффективно для экономии стали  и чугуна.

 

Литература:

1. Орлов П.И. Основы конструирования-М.: Справочно-методическое пособие в двух книгах. Книга 1/ Под ред. П.Н. Угаева-Изд. 3-е, 1988
2. Бортников В.Г. Основы технологии и переработки пластических масс. Учебное пособие для вузов. -Д.:Химия, 1983
3. Салазкин К.А., Шерышев М.А. Машины для формования изделий из листовых термопластов.-М.: Машиностроение. 1977
4. Энциклопедия полимеров, т.т. 1,2,3. М.: Химия. 1972 – 1977