Газонаполненные пластмассы.
Слоистые пластмассы.
Пластмассы с волокнистыми наполнителями.
Пластмассы с порошковыми наполнителями.
Общая характеристика состава и свойств термореактивных пластмасс.
Тема. ТЕРМОРЕАКТИВНЫЕ ПЛАСТМАССЫ.
ЛЕКЦИЯ 4
План лекции:
В качестве связующих веществ в этих пластмассах применяют термореактивные смолы, в которые иногда вводят пластификаторы, отвердители, ускорители или замедлители, растворители.
Основные требования к связующим веществам:
- высокая клеящая способность (адгезия);
- высокая теплостойкость,
- химическая стойкость,
- электроизоляционные свойства;
- простота технологической переработки;
- небольшая усадка;
- отсутствие токсичности (вредности);
- температурные коэффициенты линейного расширения связующего и наполнителя должны быть близки между собой.
В производстве пластмасс используют смолы:
- фенолформальдегидные,
- кремнийорганические,
- эпоксидные;
- непредельные полиэфиры и их различные модификации.
Более высокой адгезией к наполнителю обладают эпоксидные связующие, что позволяет получать армированные пластики с высокой механической прочностью.
Теплостойкость стеклопластиков при длительном нагреве составляет для: - кремнийорганических связующих – 260 – 370 0С;
- фенолформальдеги260 0 С;
- эпоксидных и непредельных полиэфиров до 200 0 С;
- полиимидных -– 280 – 350 С;
Важным свойством непредельных полиэфиров и эпоксидных смол является способность к отверждению при повышенной и при нормальной температурах без выделения побочных продуктов и без усадки. Применяют для изготовления крупногабаритных изделий.
В зависимости от формы частиц наполнителя термореактивные пластмассы делят на группы: - порошковые, волокнистые и слоистые.
ПЛАСТМАССЫ С ПОРОШКОВЫМИ НАПОЛНИТЕЛЯМИ.
В качестве наполнителей применяют органические ( древесная мука ) и минеральные ( молотый кварц, асбест, слюда, графит ) порошки.
Свойства порошковых пластмасс: - изотропность, невыокая механическая прочность, низкая ударная вязкость, удовлетворительные электроизоляционные свойства.
ПРИМЕНЕНИЕ. Несиловые конструкционные и электроизоляционные детали.
Минеральные наполнители придают:
- водостойкость,
- химическую стойкость,
- повышенные электроизоляционные свойства. Устойчивость к тропическому климату
Композиции на основе эпоксидных смол применяют в машиностроении для изготовления различной оснастки, штампов, литейных моделей, копиров и другой оснастки. Их применяют для восстановления изношенных деталей и отливок.
ПЛАСТМАССЫ С ВОЛОКНИСТЫМИ НАПОЛНИТЕЛЯМИ.
К этой группе ПЛ. относятся: волокниты, асбоволокниты, стекловолокниты.
ВОЛОКНИТЫ. Это композиции из волокнистого наполнителя в виде очесов хлопка, пропитанного фенолформальдегидным связующим.
По сравнению с пресс-порошками они имеют несколько повышенную ударную вязкость.
ПРИМЕНЕНИЕ. Детали общего назначения, работающие на изгиб и кручение ( рукоятки, стойки, фланцы , маховики, шкивы ).
АСБОВОЛОКНИТЫ. Содержат наполнителем асбест. Связующее в основном – это фенолформальдегидная смола.
Преимуществом их является повышенная телостойкость (выше 200 0 С ), устойчивость к кислым средам и высокие фрикционные свойства.
ПРИМЕНЕНИЕ. Материал для тормозных колодок, фаолит получают кислотоупорные аппараты, ванны, трубы.
СТЕКЛОВОЛОКНИТЫ. Это композиция, состоящая из синтетической смолы – связующее и стекловолокна – наполнитель. Волокно может быть непрерывным или коротким.
Для практических целей используют волокно 5 – 20 мкм, прочностью 600- 3800 МПа и пластичностью 2 – 3 ,5 %.
Свойства зависят от содержания щелочи. Лучшие показатели у алюмоборосиликатного состава.
Неориентированные стекловолокниты содержат в качестве наполнителя короткое волокно. Это позволяет прессовать детали сложной формы, с металлической арматурой. Материал получается с изотропными прочностными намного более высокими, чем у пресс-порощков и волокнитов. Марки: АГ-4В, ДСВ (дозирующиеся стекловолокниты ) и т.д. (силовые электротехнические детали ).
Связующее – непредельные полиэфиры получают премиксы ПСК (пастообразные) и препреги АП и ППМ (на основе стеклянного мата ) Препереги применяют для крупногабаритных изделий простых форм ( кузова машин, лодки).
Ориентированные стекловолокниты имеют наполнитель в виде длинных волокон, располагающихся ориентированно отдельными прядями. Имеют высокую прочность. Рабочие температуры – 60 до 2000С, а так же в тропических условиях, выдерживать большие инерционные нагрузки. Ионизирующее излучение мало влияет на их свойства.
ПРИМЕНЕНИЕ. Детали высокой точности, с арматурой и резьбой.
СЛОИСТЫЕ ПЛАСТИКИ. Эти пластмассы- силовые конструкционные и в виде: листов, плит. Труб, заготовок, механически из них получают различные детали.
Гетинакс получается на основе модифицированных фенольных, анилиноформальдегидных. Карбамидных смол. И различных сортов бумаги.Различают гетинакс электротехнический и декоративный. Применяется при температуре 120-140 С.
Он устойчив к действию химикатов, растворителей, пищевых продуктов.
ПРИМЕНЕНИЕ. Внутрення облицовка пассажирских кабин самолетов, вагонов, кают, в строительстве.
ТЕКСТОЛИТ. Связующее термореактивные смолы, наполнитель – хлопчатобумажные ткани. Среди слоистых пластиков обладает наибольшей способностью поглощать вибарционные нагрузки, хорошо сопротивляется раскалыванию. В зависимости от назначения их делят на конструкционные, электротехнические, графитовые. Гибкие прокладочные. Применение, зубчатые колеса, шестеренные передачи, текстолитовые вкладыши подшипников служат в 10-15 раз больше бронзовых.
ДРЕВЕСНОСЛОИСТЫЕ ПЛАСТИКИ. (ДСП) состоят из тонкого древесного шпона, пропитанного фенол и крезолоноформальдегидными смолами и спрессованными в виде плит и листов. Имеют высокие физико-механические свойства, низкий коэффициент трения. Могут заменять текстолит и цветные металлы. Шестерни, подшипники, шкивы, втулки.
АСБОТЕКСТОЛИТ содержит 38-43 %связующего, остальное асбестовая ткань. Он является конструкционным, фрикционным и термоизоляционным материалом. Наиболее высокой теплостойкостью обладает материал на кремнийорганическом связующем (300 0 С); механическая прочность выше у фенольных асбопластиков.
ПРИМЕНЕНИЕ. Изготавливают лопатки ротационных бензонасосов, фрикционные диски, тормозные колодки.
СТЕКЛОТЕКСТОЛИТЫ. Наполнителем используют стеклянные ткани.
На основе нетканых ориентированных материалов (нити в них не прогибаются ) получают стеклотекстолиты ( ВПР-10 ). Их себестоимость ( при тех же показателях ) ниже на 20 %, чем у стеклотекстолитов на основе стеклотканей.
Стеклотекстолит на фенолформальдегидном связующем (КАСТ) недостаточно вибропрочен, но более теплостоек и имеет более высокие электроизоляционные свойства, чем обычный.
Стеклотекстолит на основе кремнийорганических смол (СТК, СК-9Ф, СК-9А) имеют относительно невысокую механическую прочность. Но отличаются высокой теплостойкостью и морозостойкостью, обладают стойкостью к окислителям и другим химически активным реагентам, не вызывают коррозии металлов.
Стеклотекстолиты на основе эпоксидных связующих (ЭД-8, ЭД-10) имеют наиболее высокие механические свойства. Из них изготавливают крупногабаритные детали.
МАТЕРИАЛ СВАМ – это стекловолокнистый анизотропный материал. Нити сразу при выходе из фильер склеиваются между собой в виде стеклянного шпона и затем укладываются как в фанере. Связующие могут быть различными.
При соотношении продольных и поперечных слоев 10:1 прочность 850 – 950 МПа и Е= 58 000 МПа. Это характеризует этот материал как очень жесткий с высокой ударной вязкостью.
Механические свойства стеклопластиков зависят от угла между направлением растягивающей силы и направлением армирующих волокон.
Особенностью стеклопластиков является неоднородность механических свойств (разброс показателей достигает 7 –15 %), что обусловлено различными факторами : составом, структурой, технологией.
Степень анизотропии прочности на разрыв для стеклопластиков достигает 2-10, что выше, чем у металлов.
Анизотропия упругих свойств выражена слабее, чем анизотропия прочностных.
Мех.свойства стеклопластиков зависят от температуры, с ее повышением прочность снижается.
Длительно стеклопластики работают при 200 – 400 0 С, кратковременно ( несколько десятков секунд ) выдерживают 1000 0 С. Они являются аблирующими, теплозащитными материалами. Применяются в авиационной и ракетной технике.
Лучшие свойства имеют материалы на основе эпоксидных и фенолформальдегидных смол. Работоспособность стеклопластиков выше, чем у металлов, по удельной жесткости ( Е/р ) они не уступают сталям, алюминиевым сплавам, титану, а по удельной прочности () при растяжении превосходит металлы.
ПРИМЕНЕНИЕ. Стеклопластики являются конструкционными материалами, применяяемыми для силовых изделий в различных отраслях техники: несущие детали летальных аппаратов, кузова и кабины автомашин, автоцистерны, железнодорожные вагоны, корпуса лодок, судов. Из стеклопластиков изготовляют корпуса машин, кожухи, защитные ограждения, вентиляционные трубы, контейнеры и др.
ГАЗОНАПОЛНЕННЫЕ ПЛАСТМАССЫ (ГНП).
Газонаполненные пластмассы представляют собой гетерогенные дисперсные системы, состоящие из твердой и газообразной фаз. Структура таких пластмасс образована твердым, реже эластичным полимером – связующим, которое образует стенки элементарных ячеек или пор с распределенной в них газовой фазой – наполнителем.
Такая структура пластмасс обуславливает некоторую общность их свойств:
ü черезвычайно малую массу;
ü высокие теплозвукоизоляционные характеристики.
В зависимости от физической структуры ГНП делят на:
ü пенопласты;
ü поропласты;
ü сотопласты.
Полимерные связующие могут быть как термореактивными, так и термопластичными. Для получения эластичных материалов вводят пластификаторы.
ПЕНОПЛАСТЫ – материалы с ячеистой структурой, в которых газообразные наполнители изолированы друг от друга и от окружающей среды тонкими слоями полимерного связующего. Объемная масса пенопластов колеблется от 20 до 300 кг/м3. Замкнуто-ячеистая структура обеспечивает хорошую плавучесть и высокие теплоизоляционные свойства. Коэффициент теплопроводности низкий – от 0,003 до 0,007 Вт/(м*К). Прочность пенопластов невысока и зависит от плотности материала.
Термопластичные пенопласты: пенополистирол (ПС) и пенополивинилхлорид (ПВХ), которые могут использоваться при температуре+- 60 0С; пенополистирол радиопрозрачен.
Термореактивные на основе фенолформальдегидной смолы ( ФФ ) и фенолкаучуковые ( ФК ) пенопласты работают до температуры 120 – 1600 С. Введением в их состав алюминиевой пудры ( ФК-20-А-20 ) удается повысить рабочую температуру пенопласта до 200-2500 С.
Пенопласт (К-40) на кремнийорганическом связующем, который кратковременно выдерживает температуру 3000С является термостойким и термостабильным материалом.
Пенополиуретан (ППУ) и пенополиэпоксиды (ПЭ), отличаются химической стойкостью, высокими электроизоляционными свойствами, низким водопоглощением. Они являются самовспенивающимися материалами.
ПРИМЕНЕНИЕ. Пенопласты применяют для теплоизоляции ( кабин, контейнеров, приборов, холодильников, труб), в строительстве и при производстве труднозатопляемых изделий. ППУ и ПЭ используют для заливки деталей электронной аппаратуры. Пенопласт является легким заполнителем, повышает удельную прочность, жесткость и вибростойкость силовых элементов конструкций. Он используется в авиастроении, судостроении, на железнодорожном транспорте. Мягкие и эластичные пенопласты (типа поролона) применяют для амортизаторов, мягких сидений, губок.
Поропласты (губчатые материалы) с открытопористой структорой (газообразные включения свободно сообщаются друг с другом и с окружающей средой).
Кажущаяся плотность изменяется от 25-60 до 130 – 500 кг/м3.
Поропласты выпускают эластичными (ППУ-Э) – основа сложный полиэфир. ТПВФ (основа поливинилформали), обладает водопоглощением 400-700 % за 2 ч.
Сотопласты изготовляют из тонких листовых материалов, которым придается вид гофра, а затем листы гофра склеивают в виде пчелиных сот. Материалом служат различные ткани, которые пропитываются связующими (фенолформальдегидным, полиимидным).
ПРИМЕНЕНИЕ. Для сотопластов характерны достаточно высокие теплоизоляционные, электроизоляционные свойства и радиопрозрачность.
Сотопласты применяют в виде заполнителей многослойных панелей в авиа- и судостроении для несущих конструкций; при создании наружной теплозащиты и теплоизоляции космических кораблей; в антенных обтекателях самолетов и др. Сотопласты из полиэтилентерефталатной пленки применяются для теплоизоляции сосудов в криогенной технике.