Пластмассы как конструкционный материал

Особенностями пластмасс являются малая плотность (1—2 т/м³ ), низкая теплопроводность (0,1÷0,3 Вт/м · К). Они обладают хороши­ми электро-, тепло-, звукоизоляционными свойствами. Это опреде­ляет использование пластмасс как специальных материалов.

Модуль упругости и механические свойства пластмасс значи­тельно ниже, чем у металлических материалов, при длительных нагружениях может проявляться ползучесть, кроме того, они подвержены старению. Эти обстоятельства не по­зволяют использовать пластмассы для ответственных, нагруженных деталей. В основном они применяются для вспомогательных дета­лей — рукоятки, панели и т. д. Помимо рассмотренных случаев пла­стмассы и резины широко используют для изготовления пленочных материалов в упаковочных технологиях, трубопроводов, уплотнительных прокладок и т. п.

Вместе с тем ряд особенностей пластмасс определяет их функ­циональное применение в ответственных узлах, определяющих работоспособность оборудования. Это трибологические (антифрикционные и фрикционные), а также виброгасящие свойства, определяемые малым модулем упругости.

Антифрикционные пластмассы.В качестве антифрикционных ма­териалов используются как термореактивные, так и термопластич­ные пластмассы. Это текстолит и ДСП (термореактивные), капрон, фторопласт (термопластичные) и др. Отличительными особенностями этих материалов является то, что их работоспособность ухудшается при отсутствии смазки, а также при попадании воды в зону трения. В этих условиях они изнашиваются значительно медленнее, чем бронза — традиционный антифрикционный металли­ческий сплав. Так, если при трении без смазки принять скорость изнашивания капрона за 1, то для текстолита эта величина составит 1,6, а для бронзы 11,5. Кроме того, пластмассы значительно меньше изнашивают сопряженное с ними в узлах трения контртело. Износ стального вала, работающего в капроновых подшипниках, значи­тельно меньше, чем в бронзовых или баббитовых подшипниках.

Вместе с тем следует отметить, что применение антифрикцион­ных пластиков ограничено. Они работоспособны лишь в малона­груженных узлах трения — при небольших давлениях (из-за низких механических свойств) и невысоких скоростях, т. е. при низких температурах (выход из строя полимерных подшипников обычно связан с повышением температуры на поверхностях трения, при этом реактопласты обугливаются, а термопласты оплавляются и те­кут; допустимая температура эксплуатации не более 80 °С).

Наиболее высокими антифрикционными свойствами обладает Фторопласт-4. Коэффициент трения в парах со сталью и чугуном у фторопласта в несколько раз ниже, чем у бронз и цинковых сплавов. Так, в паре трения с чугуном СЧ20 при скорости сколь­жения 20 мм/мин коэффициенты трения составляют: для бронзы БрОЦС6-6-3 — 0,19, для цинкового сплава ЦАМ10-5—0,15, а для Фторопласта-4 — 0,04.

Фторопласт-4 обладает достаточно высокой теплостойкостью и стабильностью свойств при повышении температуры, но из-за не­высокой прочности и хладотекучести его применение в чистом виде возможно лишь в малонагруженных узлах трения. В промышленно­сти применяют наполненные материалы на основе Фторопласта-4: Ф4К20 и Ф4К15М5 (К - кокс, М - Мо₂S).

Материалы на основе фторопласта и текстолит используют для направляющих скольжения. Фторопласт, капрон и ряд других поли­мерных материалов применяют для изготовления подшипников скольжения. Применяются также комбинированные металлопластиковые подшипники, выдерживающие большие нагрузки.

Фрикционные пластмассы.Эти материалы применяют в тормоз­ных устройствах, фрикционных муфтах сцепления. Наиболее широ­кое применение нашли фрикционные асбополимерные материалы (ФАПМ). Это связано со свойствами асбеста: термостойкостью, вы­соким коэффициентом трения в парах с чугуном и сталью (0,43÷45).

Кроме того, асбест обладает способностью очищать поверхность трения от загрязнений. Часто ФАПМ именуют одним общим назва­нием «феродо» (по названию английской фирмы), но надо иметь в виду, что свойства этих материалов могут значительно отличаться в зависимости от типа и количества связующего и асбестового напол­нителя.

Для изготовления ФАПМ используют каучуковое, смоляное и комбинированное связующее. Асбест используют в виде ткани, кар­тона, асбестовой массы. ФАПМ на каучуковом связующем (ЭМ-1, ЭМ-2) мягкие, эластичные, допускающие гибку с различными ра­диусами. Эти материалы не обладают высокой термостойкостью, температура эксплуатации не выше 200 °С. Наиболее высокой тер­мостойкостью обладают ФАПМ марок Ретинакс-А и Ретинакс-Б, они допускают кратковременные нагревы до 1000 и 700 °С соответ­ственно и длительно работают при нагреве поверхности до 300 °С. Ретинакс-А формуется из асбосмоляного материала, армированного латунной проволокой, отличие Ретинакса-Б — отсутствие проволо­ки. По термостойкости большое количество ФАПМ занимают про­межуточное положение между материалами марок ЭМ и Ретинакс. Например, рабочая температура материала на основе комбиниро­ванного связующего (смола + каучук), используемого для изготов­ления тормозных дисков легковых автомобилей, составляет 450-500 °С.

Основное применение ФАПМ — сменные тормозные накладки. Для увеличения срока службы узлов трения материалы пар трения и их твердость следует выбирать так, чтобы обеспечивался малый из­нос металлических контртел, а не сменных накладок. Твердость различных ФАПМ колеблется в широких пределах (15÷48 НВ).