Глава 2. Титан и сплавы на его основе

 

Титан – сравнительно легкий металл, его плотность 4, 5 г/см³. Температура плавления 1665 °C. В расплавленном состояние титан и сплавы на его основе активно поглощают все составляющие воздуха. Химическая активность титана требует применения при плавке и дуговой сварке вакуума или атмосферы нейтральных газов (гелий, аргон). Титан имеет две аллотропические формы: до температуры 832 °С – a-титан (решетка ГПУ – гексогональная плотноупакованная), при температурах выше 882°С – b-титан (решетка ОЦК – объемно центрированный куб). Чистый титан при температуре 20 °С имеет прочность б_в= 25 кгс/мм² (250 МПа), от­носительное удлинениеd = 50 %. Чем больше примесей, тем выше прочность и ниже пластичность. Технический титан ВТ 1- 00, ВТ 1- 0, ВТ 1-1 имеют б_в= 30-35 кгс/мм² (300-350 МПа), от­носительное удлинениеd = 20-30%.

На поверхности титана образуется плотная окисная пленка, вследствие чего титан обладает высокой коррозионной стойкостью в пресной и морской воде, в некоторых кислотах. При повышении температуры титан активно поглощает газы: начиная с 50…70°С – водород, свыше 400…500 °С – кислород и с 600…700 °С – азот, окись углерода и углекислый газ.

Благодаря способности к газопоглощению титан нашёл применение в радио и электронной промышленности в качестве геттерного материала, предназначенного для повышения вакуума электронных ламп.

Из титана изготавливают листы, трубы, прутки, проволоку и др. полуфабрикаты.

Легирующие элементы оказывают большое влияние на температуру полиморфного превращения титана. Алюминий, кислород и водород повышают ее, рас­ширяя область a (a-стабилизаторы). Практически используется только алюминий, а азот и кислород вызывают охрупчивающее действие. Такие элементы, как Mo, V, Mn, Сг и Fe, понижают температуру полиморфного превращения и расширяют область существования b-фазы (b-стабилизаторы).

В соответствии со структурой титановые сплавы делят на три группы: сплавы с a-структурой; сплавы с (a+b )-структурой; сплавысb - структурой.

В промышленности нашли применение, главным образом, две первые группы сплавов.

К сплавам первой группы, a-сплавам титана, относится технический титан ВТ1 и сплавы, легированные алюминием ВТ5 (5% Al) и др. Структура этих сплавов состоитиз a-твердо­го раствора. Сплавы данной группы термической обработкой не упрочняются. Для выравнивания структуры производится отжиг a-сплавов титана при температурах 500-800 °С.

Однофазные сплавы обладают высокой коррозийной стойкостью, применяются в химической и пищевой промышленности (емкости, фильтры, трубопроводы, автоклавы), а также для обшивки корпусов судов, морской аппаратуры.

Двухфазные титановые (a+b) сплавы содержат более 2…3 %b-стабилизаторов. Эти сплавы более прочные, после отжига или закалки пластичны. Максимальную прочность сплавы этой группы имеют после закалки и старения.

К двухфазным(a +b) сплавам относятся сплавы ВТЗ (5, 5 % Al,

2 % Cr, 2 % Mo), ВТ14 и др. Закалка сплавов производится с температуры 850-930°С в воде или на воздухе, старение при темпе­ратуре 450-600 °С.

В титановых сплавах в процессе закалки происходит, подобно сталям, мартенситное превращениеb-фазы в a'-фазу и час­тично сохраняется метастабильнаяb-фаза. В ре­зультате закалки сплавы упрочняются незначительно. При старении закаленных сплавов a'-фаза и остаточная

b-фаза распада­ются с образованием дисперсных включенийb-фазы в

a-фазе (рис.4.6, в). Образование дисперсных включений приводит к упрочнению сплава, но пластичность и, особенно, вязкость снижаются. Сплав ВT3 после полной термической обработки имеет прочность s_в=120 кгс/мм² (1200 МПа), d = 1, 5%.

 

Рис.4.6. Микроструктура сплава ВТ14: а – после отжига (α +β -фазы); б – после закалки с температуры 910°С(α ’-фаза); в – после закалки и последующего старения при 500°С (α ’+ α -фазы) (x500)

Достаточная удельная прочность, хорошие антикоррозионные свойства и значительная жаропрочность (по сравнению со сплавами на основе Al и Mg) характеризуют сплавы на основе титана как перспективные конструкционные материалы.

Однако к недостаткам титана следует отнести низкий модуль упругости, т.е. непригодность его для жестких конструкций. Упрочнение титана осуществляется наклёпом, легированием и термообработкой.

Двойные титановые сплавы нашли широкое применение для изготовления деталей: воздухозаборники, корпуса, лопатки и диски компрессора, обшивка фюзеляжа и крыло сверхзвукового самолета, шпангоуты, крепеж и т.д.

 

Медь и сплавы на её основе

 

Медь – мягкий металл красного цвета.

Плотность меди 8, 9 г/см³, температура плавления 1083 °C. Во влажной атмосфере медь покрывается зеленой пленкой окиси. Обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью. Механические свойства невысокие: s_в=16 кгс/мм ²(160 МПа), d=25 %.

Холодная деформация позволяет увеличить s_в до 45 кгс/мм² (450 МПа). Чистая медь применяется в электротехнике и являет­ся основой латуней и бронз.

 

Латуни

Латуни – медно-цинковые сплавы с содержанием цинка до 45 %, меди от 55 до 91 % (рис.4.7).

Рис.4.7. Диаграмма состояния медь-цинк

 

Латуни условно обозначаются буквой Л (латунь), последующими буквами, указывающими на вводимый в сплав эле­мент, и цифрами. Первое число, следующее за буквами, указывает количество меди в %, последующие числа – количество легирующих элементов в порядке буквенного обозначения через дефис. Содержание цинка в марке не указывается и равно числу, дополняющему до 100 %. Напри­мер, Л80 – латунь, содержит 80 % меди и 20 % цинка; ЛЖМц 59-1-1 – латунь, содержит 59 % меди, 1 % железа, 1 %марганца, остальное – 39 % цинка.

Предельная растворимость цинка в меди составляет 39% Технические латуни содержат цинка до 45 %. В зависимости от содержания цинка двойные латуни могут иметь структуру a-твердого раствора (однофазные a-латуни) – до 39 % цинка и (a-твердо­го раствора + b-твердого раствора) ((двухфазные (a + b^'­ )­­-латуни) (рис.4.8).

Однофазные a-латуни прочные и пластичные, хорошо деформи­руются в холодном состоянии. Однофазнаяa-латунь Л80 в холоднодеформированном состоя­нии имеет прочность s_в = 640 МПа, относительное удлинение d = 8 %, после отжига – s_в = 45 кгс/мм² (450 МПа), d = 45 %.

Микроструктура литой латуни Л80 имеет дендритное строение (рис.4.8, а). Светлые участки, обогащенные медью (дендриты), темные – цинком (междендритное пространство).

Микроструктура деформированной и отожженной при 650 °С латуни имеет зернистое строение с полосками двойников (см. рис.4.8, б). Однофазные a-латуни применяются для деталей, получаемых холодной штам­повкой. С увеличением содержания цинка в a-латунях растет их прочность и пластичность.

 

а б в

 

Рис.4.8. Микроструктура: а – литая a-латунь (x500); б – деформированная и отожженная a-латунь (x500); в – (a+b)-латунь (х300)

 

Микроструктура (a + b) латуней (типа Л60) в литом состоянии имеет вид видманштетовой структуры литой стали (рис.4.8, в). Проч­ность (a + b) латуней с увеличением содержания цинка до 45 % уве­личивается, далее - уменьшается. Латуни с(a + b) структурой деформируются только в горячем состоянии.

Для изготовления ли­тых деталей применяются литейные латуни алюминиевые и кремнистые марок ЛА 67-2, 5; ЛК 80-3 и др.

 

Бронзы

Бронзы – сплавы меди с различными элементами, за исключе­нием цинка (латуни), марганца (манганины) и никеля (мельхиоры). Бронзы условно обозначаются буквами Бр.(бронза) и последующими буквами, указывающими на вводимые элементы. Цифры, следующие после всех букв, указывают процентное содержание элементов в со­ответствии с последовательностью буквенного обозначения. Например, оловянистая бронза

Бр. ОФ I0 - 2 – бронза, содержащая 10 % олова, 2 % фосфора, остальное – медь.

Бронзы носят название по основному легирующему элементу, входящему в ее состав.

Оловянная бронза – древнейший сплав, выплавляемый человеком за 3 тыс. лет до н.э. До середины XIX в оловянные бронзы были единственным материалом для отливки орудийных стволов. Оловянные бронзы обладают высокими антифрикционными свойствами и стойкостью против коррозии. Они широко применяются в машиностроении для из­готовления вкладышей подшипников, шестерен и др. Хорошие литейные свойства оловянной бронзы обуславливают ее широкое применение для получения отливок.

Классическим примером оловянной бронзы является бронза БрО10. Структура бронзы в литом состоянии (рис.4.9) – двухфазная: а – неоднородный a-твердый раствор олова в меди (темные уча­стки – дендриты); б – эвтектоид ( a + Cu₃₁Sn₈ ) – светлые участки; в – после литья; г – после деформации и отжига.

 

а б

в г

 

Рис.4.9. Микроструктура оловянной бронзы Бр.010: а – дендриты (x130),

б – эвтектоид (x500); в – после литья; г – после деформации и отжига

 

В осях дендритов вследствие ликвации содержится меньше олова, чем в междуосных пространствах, поэтому они более твердые. На светлом фоне химического соединения видны темные точки включений a-твердого раствора. Такая неоднородность обеспечивает высокие антифрикционные свойства оловянной бронзы. При работе детали на трение твердые прослойки служат из­носостойкой опорой, а мягкие частицы, вырабатываясь, облегчают приработку и способствуют образованию на поверхности мельчайших каналов, по которым может циркулировать смазка.

Оловянные бронзы легируют цинком, фосфором, свинцом и др. элементами. Деформируемые бронзы, содержащие 4…8 % олова, 0, 4 % фосфора, до 4 % цинка и до 4 % свинца, применяются для изготовления пружин, пружинящих деталей (БрОФ 6, 5 – 0, 15; БрОЦ 4-3). Эти бронзы имеют структуруa - твердого раствора легирующих элементов в меди.

Литейные оловянные бронзы, содержащие большее количество цинка, фосфора и свинца, имеют двухфазную структуру: a-твердый раствор, и твердые, хрупкие включение фазы Cu₃₁Sn₈ (Бр ОЦС 5-5-5, БрОЦС 4-4-17). Они применяются для изготовления всевозможной арматуры, когда требуется высокая теплопроводность и элек­тропроводность в сочетании с хорошей коррозионной стойкостью, для антифрикционных деталей.

Механические свойства оловянной бронзы определяется, в основном, содержанием олова (рис.4.10).

Бериллиевые бронзы являются дисперсионно твердеющими спла­вами, и они уникальны по благоприятному сочетанию в них хороших механических, физико-химических и антикоррозионных свойств. Бронза БрБ2 после закалки с температуры 760…780°С и облагораживания (отпуска) при температуре 320°C в течение двух часов имеет прочность s_в = I30-I40 кгс/мм².

 

Рис 4.10. Зависимость механических свойств оловянной

бронзы от содержания олова

 

На рис.4.11 приведена часть диаграммы состояния системы медь - бериллий со стороны меди. Из диаграммы видно, что медь с бериллием образует ряд твердых растворов. Об­ласть твердого раствора при температуре 886 °С достигает 2, 7 % Be.С уменьшением температуры растворимость бериллия в ме­ди понижается до 0, 2 при 300 °С, что обеспечивает возможность упрочнения сплавов путем термической обработки. В результате закалки при температуре 760…780°С в воде получают структуру перенасыщенного a -твердого раствора бериллия в меди.

 

Рис.4.11. Диаграмма состояния сплавов системы медь-бериллий

 

В этом состоянии бериллиевые бронзы легко переносят технологические операции гибки, вытяжки и другие виды деформации.

После старения при 300…350°С в структуре наблюдаются выделение b-фазы CuBe (рис.4.12), что связано со значительными напряжениями

 

 

Рис. 4.12. Микроструктура бериллиевой бронзы Бр.Б2 после закалки и старения; (x250) (травление солянокислым раствором хлорного железа)

кристаллической решет­ки, которые обеспечивают повышение твердости и прочности. Наряду с высокой прочностью (σ _в= 1400 Мпа, при δ =2%) бериллиевые бронзы в термообработанном состоянии (структура – твёрдый раствор бериллия в меди + дисперсные выделения частиц CuBe) обладают высокими упругими свойствами.

Высокая стоимость бериллиевой бронзы ограничивает её широкое применение в машиностроении. Бериллиевые бронзы применяются для изготовления пружин и пружинящих деталей ответственного назначения, в частности, для изготовления плоских пружин, мембран, деталей часовых механиз­мов и т.д.

 

Баббиты

Баббит – антифрикционный сплав на основе олова или свинца, предназначенный для заливки вкладышей подшипников.

Высокие антифрикционные свойства баббита обуславливаются особой гетерогенностью (неоднородностью) его структуры, характеризующейся наличием твердых частиц в мягкой пластичной основе сплавa. Особый микрорельеф поверхности, улучшающий снабжение смазочными материалами участков трения и теплоотвод, обеспечивает защитную реакцию материала подшипников на увеличение трения.

Основным баббитом на основе олова является баббит марки Б83 (83 % олова, 11 % сурьмы и 6 % меди). Структура этого сплава (рис.4.13, а) состоит из мягкой основы a-твердого раствора сурьмы и меди в олове (темный фон), твердых крупных кристал­лов b-фазы CuSb (светлые участки) и твердых частиц в виде игл и звездочек соединения Cu₃Sn. Это соединение, выделяясь при кристаллиза­ции первым, образует своего рода скелет, затрудняющий ликвацию кубических кристаллов b-фазы.

Баббит на оловянной основе имеет минимальный коэффициент трения, повышенную вязкость и применяется для подшипников от­ветственного назначения, а также для подшипников машин большой мощности при высокой напряженности работы подшипника (паровые турбины, дизели, опорные подшипники гребных валов и т.д.).

Для менее нагруженных подшипников применяют баббит, где дорогостоящее олово частично или полностью заменено свинцом (Б16, БК2, БКА).

Основным баббитом на основе свинца являются баббит БС (82 % Рв, 17, 0 % Sb, 1, 0 % Сu). Структура этого баббита (рис.4.13, б) состоит из пластичной основы – эвтектики (a-твердый раст­вор сурьмы в свинце + b- твердый раствор свинца в сурьме) и твердых включений соединения Cu₂Sb и b-твердого раствора. Свинцовые баббиты могут работать при более высокой темпера­туре, чем оловянные. Особую группу образуют дешевые свинцово-кальциевые баббиты: БКА и БК2.

По антифрикционным свойствам баббиты превосходят все остальные сплавы, но значительно уступают им по сопротивлению усталости.

 

Рис.4.13. Микроструктура баббита:

а – оловянистый баббит Б83; б – свинцовистый баббит БС; (х120)

 

В связи с этим баббиты применяют только для тонкого покрытия рабочей поверхности опоры скольжения. Лучшими свойствами обладают оловянистые баббиты. Из-за высокого содержания дорогостоящего олова их используют для подшипников ответственного назначения (дизели, паровые турбины), работающих при больших скоростях и нагрузках.

Наибольшие распространение получили многослойные подшипники, в состав которых входят многие сплавы или чистые металлы, уложенные слоями, каждый из которых имеет определённое значение.

В современном автомобильном двигателе применяют четырёхслойный подшипник (рис.4.14).

 

Рис.4.14. Схема строения четырёхслойного подшипника скольжения:

1 – сплав Pb-Sn (25 мкм); 2 – никель или латунь (10 мкм); 3 – сплав Pb-Sb (250 мкм); 4 – стальная основа

Стальная основа обеспечивает прочность и жесткость подшипника, верхний мягкий слой улучшает прирабатываемость. Когда он износится, рабочим слоем становится свинцовая бронза. Слой бронзы, имеющий невысокую твёрдость, обеспечивает также хорошую прирабатываемость, хорошее прилегание вала, высокую теплопроводность и сопротивление усталости

Слой никеля служит барьером, не допускающим диффузии олова из верхнего слоя в свинец бронзы.

 

Неметаллические материалы

К неметаллическим материалам относятся волокнистые материалы (древесина) и полимерные материалы (органические или неорганические): пластмассы, композиционные материалы на неметаллической основе, каучуки и резины, стекло и др.

 

Полимеры

 

Полимерами называют высокомолекулярные вещества, макромолекулы которых состоят из многочисленных звеньев (мономеров) одинаковой структуры.

Свойства полимера определяется не только его химическим составом, но и строением и взаимным расположением молекул.

По форме макромолекул различают полимеры (рис. 1).:

– линейные;

– разветвленные;

– плоские ленточные;

– плоские сетчатые;

– пространственные.

 

 

Рис. 1. Формы макромолекул.

 

Гибкие длинные макромолекулы обладают высокой прочностью вдоль цепи и слабыми молекулярными связями, что обеспечивает их эластичность, способность размягчаться при нагреве и затвердевать при охлаждении (полиэтилен, полиамид).

Разветвленные молекулы отличаются наличием боковых ответвлений, что препятствует их плотной упаковке (полиизобутилен...).

Плоские ленточные молекулы состоят из двух цепей, соединенных химическими связями. Они обладают повышенной теплостойкостью и большей жесткостью.

Пространственные молекулы образуются при соединении молекул между собой прочными химическими связями. Образуется сетчатая структура с различной густотой сетки. Молекулы с редкой сеткой (сетчатые) теряют способность растворяться и плавиться, но обладают упругостью (мягкие резины). Густосетчатые молекулы (пространственные) отличаются твердостью и большой теплостойкостью. Эти полимеры лежат в основе конструкционных неметаллических материалов.

По отношению к нагреву полимеры разделяются:

– термопластичные;

– термореактивные.

Термопластичные полимеры имеют линейную или разветвленную структуру молекул. При нагреве они размягчаются, могут плавиться, при охлаждении затвердевают. Этот процесс обратим.

Термореактивные полимеры в начальной стадии образования имеют линейную структуру. При нагреве они размягчаются. Далее образуется пространственная структура, полимер получает термостабильное твердое состояние.

Недостаток полимеров:

старение – самопроизвольно и необратимо изменяются механические свойства под воздействием света, кислорода, влажности, теплоты, длительного хранения.

Для замедления старения, в полимеры добавляют стабилизаторы (органические вещества, антиоксиданты). Например: срок службы полиэтилена, стабилизированного сажей увеличивается до 5 лет; поливинилхлорид имеет срок службы до 25 лет.

 

Термопластичные полимеры

Термопласты способны работать при температурах не выше 60—70°С поскольку выше этих температур их физико-механические свойства резко снижаются. Некоторые теплостойкие пластмассы способны работать при 150—200 °С, а термостойкие полимеры с жесткими цепями устойчивы до 400—600 °С.

Предел прочности термопластов изменяется в пределах 10—100МПа, модуль упругости — (1, 8—3, 5)-10³ МПа. Длительное статическое нагружение термопластов вызывает появление вынужденно-эластической деформации и снижает их прочность.

Полиэтилен это полимер этилена.

 

 

Его получают полимеризацией бесцветного газа этилена при низком и высоком давлении. Полиэтилен низкого давления (ПЭНД) имеет высокую плотность и кристалличность до 74—95%. ПЭВД отличается пониженной плотностью и содержит в структуре до 55—65% кристаллической составляющей.

Полиэтилен способен длительное время работать при 60—100 °С. Морозостойкость достигает -70 " С и ниже. Химически стоек и нерастворим в растворителях при 20 °С.

Полиэтилен применяют для изоляции защитных оболочек кабелей проводов, деталей высокочастотных установок и для изготовления коррозионностойких деталей — труб, прокладок, шлангов. Его выпускают в виде пленки, листов, труб, блоков.

Полиэтилен подвержен старению. Для защиты от старения в полиэтилен вводят сажу 2—3%, замедляющую процесс старения в 30 раз.

Полистирол относится к группе синтетических полимеров класса термопластов, получаемый в промышленности полимеризацией стирола.

Полистирол - твердое и бесцветное стеклоподобное вещество, которое пропускает до 90% лучей видимого спектра, имеющий преимущественно линейное строение, его плотность 1, 05г/м^3.

Полимер обладает слабой полярностью, имея высокие диэлектрические свойства, они мало зависимы от частоты тока и температур. Он не растворяется в спиртах, очень устойчив к кислотам, щелочам и воде. Полимер легко формируется и окрашивается, легко обрабатывается механическими способами, хорошо склеивается, он обладает высокой влагостойкостью и морозостойкостью, низким водопоглощением.

Полистирол применяют для производства слабонагруженных деталей и высокочастотных изоляторов.

Недостатками свойств полистирола являются его хрупкость при пониженных температурах, склонность к постепенному образованию поверхностных трещин.

Фторопласт-4 (политетрафторэтилен) имеет аморфно-кристаллическую структуру. Скорость кристаллизации зависит от температуры в очень малой степени до 250 °С и не влияет на его механические свойства. Температурный порог длительной эксплуатации фторопласта-4 ограничивается 250°С. Он относительно мягок. Применяют для изготовления труб, клапанов, насосов, шлангов, а также используют в качестве низкочастотного диэлектрика.

Фторопласт-4 отличается чрезвычайно высокой стойкостью к действию агрессивных сред: соляной, серной, плавиковой, азотной кислот, царской водки, пероксида водорода, щелочей. Он разрушается под действием расплавов щелочных металлов, а также фтора и фтористого хлора при повышенных температурах. Фторопласт-4 не горит и не смачивается водой и многими жидкостями.

Политетрафторэтилен не охрупчивается до -269 °С. Он сохраняет гибкость при температуре ниже -80°С. Фторопласт-4 имеет низкий коэффициент трения (0, 04), не зависящий от температуры плавления (327 °С) кристаллической составляющей.

Недостатками фторопласта-4 следует считать его токсичность вследст­вие выделения фтора при высоких температурах, хладотекучесть и трудность переработки из-за отсутствия пластичности.

Фторопласт-4 применяют для изготовления мембран, труб, вентилей, насосов, уплотнительных прокладок, сильфонов, манжет, антифрикционных покрытии на металлах, а также электрорадиотехнических деталей.

Полиметилметакрилат (органическое стекло) – аморфный, бесцветный, прозрачный термопласт. При нагреве до 80 °С начинает размягчаться, а при 105—150 °С становится пластичным. Основным критерием, определяющим его пригодность, является прочность. Повышение механических свойств органических стекол осуществляют путем двухосного растяжения при нагреве до температуры, превышающей температуру размягчения. Механические свойства органических сте­кол зависят от температуры.

Стекла с ориентированными макромолекулами менее чувствительны к концентраторам напряжений, более стойки против «серебрения». «Серебро» органических стекол — результат появления на поверхности и внутри материала мелких трещин, образующих полости с полным внутренним отражением. Дефект является результатом действия внутренних напряжений, возни­кающих в связи с низкой теплопроводностью и высоким температурным коэффициентом линейного расширения.

Проблема повышения ударной вязкости и термостойкости органических стекол помимо их вытяжки в пластическом состоянии (ориентированные стекла) решается применением многослойных стекол (триплексов), полученных склеиванием двух листов из органического стекла с помощью бутварной опенки.

Органические стекла не подвержены действию разбавленных кислот, щелочей, углеродных топлив и смазок, растворяются в органических кислотах (уксусной, муравьиной), хлорированных углеводородах.

Органическое стекло выпускается промышленностью в виде листов толщиной 0, 8—24 мм. Его используют в автомобилестроении и других отраслях техники. Из оргстекла изготавливают оптические линзы, детали светотехнических устройств.

Поливинилхлорид (ПВХ) — стоек во многих средах: воде, щелочах, разбавленных кислотах, бензине. Размягчается при температуре, близкой к 70 °С. Поливинилхлорид используют в виде винипласта и пластиката. Винипласт содержит стабилизаторы (карбонаты металлов) и представляет собой непрозрачное твердое вещество. Хорошо поддается механической обработке, легко сваривает различными клеями.

Материал применяют для облицовки ванн и в качестве защитного покрытия металлических емкостей. Склонен к хладотекучести, чувствителен к надрезам, отличается хрупкостью при низких температурах и низкой теплостойкостью. Выпускается промышленностью в виде лент, трубок. Его часто используют в качестве уплотнителя воздушных гидравлических систем, изолятора проводов и защитных оболочек аккумуляторных баков.

Полипропилен – синтетический термопластичный неполярный полимер, принадлежащий к классу полиолефинов. Продукт полимеризации пропилена. Твердое вещество белого цвета.

Полипропилен получают в промышленности путем полимеризации пропилена при помощи катализаторов.

Полипропилен обладает высокой стойкостью к кислотам, щелочам, растворам солей и другим неорганическим агрессивным средам

Одним из свойств полипропилена является высокая износостойкость. Это обуславливает широкое применение полипропилена в машиностроении, автомобилестроении и строительстве. Из полипропилена производят делали различного оборудования (холодильников, пылесосов, вентиляторов), в автомобилестроении из полипропилена делают амортизаторы, блоки предохранителей, детали окон, сидений, бамперы и детали кузова автомобилей и т.д.

Применение полимеров

 

Области применения и способы переработки пластмасс. Пластмасса	Применение	Переработка
Полиэтилен низкой плотности	Пленки, трубы, изделия, работающие при обычных температурах.	Литье под давлением, экструзия, пневмо- вакуум-формирование, прессование, спекание, сварка.
Полиэтилен высокой плотности ПЭВП (низкого давления)	Пленки, трубы, антифрикционные и защитные покрытия	Литье под давлением, экструзия, вакуум-формирование, прессование, спекание, сварка.
Полистирол (АБС – пластики)	Тара, крупногабаритные корпусные детали.	Литье под давлением, экструзия, прессование.
Полиметилметакрилат органическое стекло	Остекление кабин, герметики.	Литье под давлением, экструзия, прессование, сварка, склеивание.
Фторопласты	Детали антифрикционного назначения, прокладочные материалы.	Прессование, экструзия, литье под давлением.
Полиамиды	Детали, работающие под нагрузкой, корпуса, гибкие детали.	Литье под давлением, экструзия.
Полипропилен	Амортизаторы, блоки предохранителей, детали окон, сидений, бамперы и детали кузова автомобилей	Литье под давлением, экструзия.

 

Термореактивные полимеры

Пластмассы на основе этих смол отличаются повышенной прочностью, не склонны к ползучести, не способны работать при повышенных температурах. Смолы в пластмассах являются связкой и обладать высокой клеящей способностью, теплостойкостью, химической в агрессивных средах, электроизоляционными свойствами, доступной технологией переработки, малой усадкой при затвердевании.

Эпоксидные смолы – олигомеры, содержащие эпоксидные группы и способные под действием отвердителей (полиаминов и др.) образовывать сшитые полимеры.

В чистом виде эпоксидные смолы – вязкие жидкости, способные длительное время сохранять свойства без изменений. Они растворяются во многих органических растворителях (ацетон, толуол и др.) и нерастворимы в воде, бензине. В присутствии отвердителей (амины, их производные, ангидриды карболовых кислот и др.) эпоксидные смолы быстро затвердевают, приобретая сетчато-пространственное строение. Отверждение смолы — полимерязационный процесс, без выделения воды или низкомолекулярных веществ, и развивается равномерно в весьма толстом слое.

Тип отвердителя определяет условия процесса отверждения либо при комнатной температуре, либо при нагреве до 80—150 °С. Получению монолитной массы затвердевшей эпоксидной смолы способствует сравнительно малая, всего 0, 5—2%, усадка. Обнаруживает высокую адгезию ко многим материалам: стеклу, металлам, некоторым пластмассами др.

Фенолформальдегидные смолы - синтетические смолы из группы феноло-альдегидных смол со свойствами реактопластов. Являются жидкими продуктами поликонденсации фенола с формальдегидом в щелочной или кислой среде (новолачные и резольныесмолы (бакелиты), что соответственно влияет на их свойства.

П олиэфирная смола – продукт, который получают в результате переработки (так называемой поликонденсации) многоатомных спиртов, кислот, а также ангидридов и растительных масел.

Эти смолы находят широкое применение практически во всех отраслях промышленности (машиностроение, судостроение), в строительстве, в производстве спортивного снаряжения (шлемы, доски для серфинга) и во многих других сферах.

 

Пластмассы

Пластмассы – это материалы, полученные на основе полимеров, выполняющих роль связующего и определяющих их свойства.

Пластмассы являются важнейшими современными конструкционными материалами.

Достоинства пластмасс:

– малая плотность (до 2 г/см³ );

– высокая удельная прочность;

– низкая теплопроводность;

– химическая стойкость;

– хорошие электроизоляционные и звукоизоляционные свойства;

–хорошие технологические свойства: легко формуются, прессуются, обрабатываются резанием, их можно склеивать и сваривать;

– некоторые пластмассы обладают оптической прозрачностью, фрикционными и антифрикционными свойствами, стойкостью к истиранию и др.

Недостатки пластмасс:

– низкая теплостойкость;

– низкая ударная вязкость;

– склонность к старению для ряда пластмасс.

Исходными материалами для получения пластических масс служат дешёвые продукты переработки каменного угля, нефти и природного газа.

Пластмассы состоят из следующих компонентов:

1. Связующее – полимер, выполняющий функции основной матрицы. синтетические смолы фенолоформальдегидные (фенопласты); эпоксидные; полиамидные; полиуретановые; стирольные, эфиры, целлюлоза .

Некоторые пластмассы состоят только из одной связки (полиэтилен, фторопласты, органическое стекло).

2. Наполнители – порошкообразные, волокнистые и другие низкомолекулярные вещества (олеиновая кислота, стеарин, дибутилфторат и др.).

Наполнители повышают механические свойства (твёрдость HB, σ В, σ Т), снижают усадку при прессовании и придают материалу те или иные специфические свойства.

Наполнители подразделяются на:

_­– порошковые (сажа, графит, древесная мука);

– волокнистые (волокна, стекловолокна, асбоволокна);

− слоистые (бумага, ткань, стеклоткань);

− газовые (газонаполненные: поропласты, пенопласты, сотопла-

сты);

3. Пластификаторы – жидкие вещества, добавляемые для повышения эластичности материала и улучшения обрабатываемости;

4. Отвердители – вещества, приводящие к быстрому отверждению двухкомпонентной эпоксидной смолы (амины);

5. Стабилизаторы, предотвращающие или замедляющие процесс старения

6. Красители – для изменения цвета пластмасс (обычно оксиды металлов).

Пластмассы классифицируются по следующим признакам:

1. По характеру связующего веществ:

– термопластичные (термопласты);

– термореактивные (реактопласты).

Термопласты получают на основе термопластичных полимеров. Они при неоднократном нагревании и охлаждении каждый раз размягчаются и затвердевают. Термопласты удобны для переработки (при нагревании пластифицируются), отличаются большой упругостью, малой хрупкостью.

Реактопласты при нагревании размягчаются, затем ещё до охлаждения затвердевают (вследствие протекания химических реакций) и при повторном нагревании остаются твёрдыми. Отличаются хрупкостью, могут дать усадку до 15%.

- По виду наполнителя

– порошковые (карболиты) - с наполнителем в виде древесной муки, графита, талька.

– волокнистые – с наполнителем из очесов хлопка и льна (волокниты); стеклянных нитей (стекловолокниты); асбеста (асбоволокниты).

– слоистые – с листовым наполнителем: бумажные листы (гетинакс); хлопчатобумажные ткани, стеклоткани, асбестовые ткани (текстолит, стеклотекстолит, асботекстолит).

– газонаполненные – с воздушным наполнителем (пенопласты, поропласты).

Порошковые пластмассы на основе фенол-формальдегидных смол. В качестве наполнителя используют органические порошки (древесная мука, порошкообразная целлюлоза) и минеральные порошки (молотый кварц, тальк, цемент, графит). Эти пластмассы обладают невысокой прочностью, низкой ударной вязкостыо, электроизоляционными свойствами.

Пластмассы с органическими наполнителями применяются для ненагруженных деталей общетехнического назначения – корпусов приборов, рукояток, кнопок.

Минеральные наполнители придают порошковым пластмассам химическую стойкость, водостойкость, повышенные электроизоляционные свойства.

Волокнистые пластмассы представляют собой композиции из волокнистого наполнителя, пропитанного феноформальдегидной смолой. Они делятся на волокниты, асбоволокниты и стекловолокниты.

Волокниты – пластмассы на основе волокон, пропитанных фенолоформальдегидной смолой. В качестве волокнистых наполнителей используются хлопковые очесы (волокниты). асбестовое волокно (асбоволокниты), стекловолокно (стекловолокниты).

Применяются они для изготовления изделий общетехнического назначения с повышенной стойкостью к вибрациям и ударным нагрузкам, работающих на изгиб и кручение, например, шкивов ременных передач, фланцев, рукояток, крышек и др.

Асбоволокниты – композиты, содержащие волокнистый минерал – асбест, расщепляющийся на тонкие волокна диаметром до 0, 5 мкм. В качестве связующего используются фенолоформальдегидные и кремнийорганические смолы. Они обладают высокой ударной вязкостью и теплостойкостью до200 °С, имеют хорошие фрикционные свойства. Применяются в основном в качестве материалов для тормозных устройств (тормозные колодки, накладки, диски сцепления).

⇐ Предыдущая11121314151617181920Следующая ⇒

Поделиться: