Термореактивные пластмассы
ТЕРМОРЕАКТИВНЫЕ ПЛАСТМАССЫ
В качестве связующих веществ
применяют термореактивные смолы, в которые иногда вводятся пластификаторы,
отвердители, ускорители или замедлители» растворители. Основными требованиями к
связующим веществам являются высокая клеящая способность (адгезия), высокие
теплостойкость, химическая стойкость и электроизоляционные свойства, простота
технологической переработки, небольшая усадка и отсутствие токсичности
(вредности). Смола склеивает как отдельные слои наполнителя, так и элементарные
волокна и воспринимает нагрузку одновременно с ними, поэтому связующее вещество
после отверждения должно обладать достаточной прочностью на отрыв при
расслаивании материала. Для обеспечения высокой адгезии связующее должно быть
полярным. Необходимо, чтобы температурные коэффициенты линейного расширения
связующего и наполнителя были близки по величине.
В производстве пластмасс широко
используют фенолоформальдегидные, кремнийорганические, эпоксидные смолы,
непредельные полиэфиры и их различные модификации. Более высокой адгезией к
наполнителю обладают эпоксидные связующие, которые позволяют получать
армированные пластики с высокой механической прочностью. Теплостойкость
стеклопластиков на кремнийорганическом связующем при длительном нагреве
составляет 260-370°С, на фенолоформальдегидном до 260 °С, на эпоксидном до 200
°С, на непредельном полиэфирном до 200 °С и на полиимид-ном связующем 280-350°С
Важным свойством непредельных полиэфиров и эпоксидных смол является их
способность к отверждению не только при повышенной, но и при нормальной
температуре без выделения побочных продуктов с минимальной усадкой. Из
пластмасс на их основе можно получать крупногабаритные изделия.
В зависимости от формы частиц
наполнителя термореактивные пластмассы можно подразделить на следующие группы:
порошковые, волокнистые и слоистые.
Пластмассы с порошковыми
наполнителями. В качестве
наполнителей применяют органические (древесная мука) и минеральные (молотый
кварц, асбест, слюда, графит и др.) порошки.
Свойства порошковых пластмасс
характеризуются изотропностью, невысокой механической прочностью и низкой
ударной вязкостью, удовлетворительными электроизоляционными показателями. Их
применяют для несиловых конструкционных и электроизоляционных деталей.
Минеральные наполнители придают пластмассе
водостойкость, химическую стойкость, повышенные электроизоляционные свойства,
устойчивость к тропическому климату. Композиции на основе эпоксидных смол
широко применяют в машиностроении для изготовления различной инструментальной
оснастки, вытяжных и формовочных штампов, корпусов станочных, сборочных и
контрольных приспособлений, литейных моделей, копиров и другой оснастки. Их
применяют для восстановления изношенных деталей и отливок.
Пластмассы с
волокнистыми наполнителями. К
этой группе пластмасс относятся волокниты, асбоволокниты, стекловолокниты.
Волокниты представляют собой
композиции из волокнистого наполнителя в виде очесов хлопка, пропитанного
фенолоформальдегидным связующим. По сравнению с пресс-порошками они имеют
несколько повышенную ударную вязкость. Применяют для деталей общего
технического назначения, работающим на изгиб и кручение (рукоятки, стойки,
фланцы, направляющие втулки, шкивы, маховики и т.д.).
Асбоволокниты содержат наполнителем
асбест. Связующим служит в основном фенолоформальдегидная смола. Преимуществом
асбоволокнитов является повышенная теплостойкость (свыше 200 °С), устойчивость
к кислым средам и высокие фрикционные свойства, Асбоволокниты используют в
качестве материала тормозных устройств; из материала фаолита (разновидность
асбоволокнитов) получают кислотоупорные аппараты, ванны, трубы.
Стекловолокниты - это композиция, состоящая из синтетической смолы, являющейся
связующим, и стекловолокнистого наполнителя. В качестве наполнителя применяют
непрерывное или короткое стекловолокно. Прочность стекловолокна резко
возрастает с уменьшением его диаметра (вследствие влияния неоднородностей и
трещин, возникающих в толстых сечениях). Для практических целей используют
волокно диаметром 5-20 мкм с 0Р = 600/3800 МПа и е = 2/3,5 %.
Свойства стекловолокна зависят также
от содержания в его составе щелочи; лучшие показатели у бесщелочных стекол
алюмоборосиликатного состава.
Неориентированные стекловолокниты
содержат в качестве наполнителя короткое волокно. Это позволяет прессовать
детали сложной формы, с металлической арматурой. Материал получается с
изотропными прочностными характеристиками, намного более высокими, чем у
пресс-порошков и даже волокнитов. Представителями такого материала являются
стекловолокниты АГ-4В, а также ДСВ. (дозирующиеся стекловолокниты), которые
применяют для изготовления силовых электротехнических деталей, деталей
машиностроения (золотники, уплотнения насосов и т. д.). При использовании в
качестве связующего непредельных полиэфиров получают премиксы ПСК (пастообразные)
и препреги АП и ППМ (на основе стеклянного мата). Препреги можно примерять для
крупногабаритных изделий простых форм (кузова автомашин, лодки, корпуса
приборов и т. п.).
Ориентированные
стекловолокниты имеют наполнитель в виде
длинных волокон, располагающихся ориентированно отдельными прядями и тщательно
склеивающихся связующим. Это обеспечивает более высокую прочность
стеклопластика. Стекловолокниты могут работать при температурах от -60 до 200
°С, а также в тропических условиях, выдерживать большие инерционные перегрузки.
При старении в течение двух лет коэффициент старения Кс =0,5/0,7. Ионизирующие
излучения мало влияют на их механические и электрические свойства. Из них
изготовляют детали высокой точности, с арматурой и резьбой. Слоистые пластмассы,
Слоистые пластмассы являются силовыми конструкционными и поделочными
материалами, Листовые наполнители, уложенные слоями, придают пластике
анизотропность. Материалы выпускают в виде листов, плит, труб, заготовок, из
которых механической обработкой получают различные детали.
Гетинакс получается на основе
модифицированных фенольных, анилиноформальдегидных и карбамидных смол и
различных сортов бумаги. По назначению гетинакс подразделяют на
электротехнический и декоративный. Гетинакс можно применять при температуре
120-140 °С. Он устойчив к действию химикатов, растворителей, пищевых продуктов:
используется для внутренней облицовки пассажирских кабин самолетов,
железнодорожных вагонов, кают судов, в строительстве.
Текстолит (связующее - термореактивные смолы, наполнитель -
хлопчатобумажные ткани) среди слоистых пластиков обладает наибольшей
способностью поглощать вибрационные нагрузки, хорошо сопротивляться
раскалыванию. В зависимости от назначения текстолиты делят на конструкционные
(ПТК, ПТ,ПТМ), электротехнические, графитированные, гибкие прокладочные.
Текстолит как конструкционный
материал применяют для зубчатых колес; шестеренные передачи работают бесшумно
при частоте вращения до 30 000 мин"1. Текстолитовые вкладыши подшипников
служат в 10-15 раз дольше бронзовых. Однако рабочая температура текстолитовых
подшипников невысока (80-90 °С). Они применяются в прокатных станах,
центробежных насосах, турбинах и др.
Древеснослоистые
пластики (ДСП) состоят из тонких листов
древесного шпона, пропитанных феноло и крезольно-формальдегидными смолами и
спрессованных в виде листов и плит. Древеснослоистые пластики имеют высокие
физико-механические свойства, низкий коэффициент трения и с успехом заменяют
текстолит, а также цветные металлы и сплавы. Шестерни из ДСП долговечны, при
работе их в паре с металлическими, заметно снижается шум. Подшипники из ДСП не
образуют задиров на трущейся поверхности металлического вала. Недостатком ДСП
является чувствительность к влаге. Из ДСП изготовляют шкивы, втулки, ползуны
лесопильных рам, корпусы насосов, подшипники, детали автомобилей и
железнодорожных вагонов, лодок, детали текстильных машин, матрицы для вытяжки и
штамповки.
Асботекстолит содержит 38-43 %
связующего, остальное асбестовая ткань. Асботекстолит является конструкционным,
фрикционным и термоизоляционным материалом. Наиболее высокой теплостойкостью
обладает материал на кремнийорганическом связующем (300 °С), а механическая
прочность выше у фенольных асбопластиков. Из асботекстолита делают лопатки
ротационных бензонасосов, фрикционные диски, тормозные колодки (без смазывания
коэффициент трения f= 0,3/0,38, со смазыванием маслом- = 0,05-0,07).
Асботекстолит выдерживает
кратковременно высокие температуры и поэтому применяется в качестве
теплозащитного и теплоизоляционного материала (в течение 1-4 ч выдерживает
температуру 250-500 °С и кратковременно 3000 °С и выше).
В стеклотекстолитах применяют в
качестве наполнителя стеклянные ткани. На основе нетканых ориентированных
материалов (нити в которых не перегибаются) получают стеклотекстолиты (типа
ВПР-10), имеющие те же показатели, что и у стеклотекстолитов на основе
стеклотканей, а себестоимость их ниже на 20 %.
Стеклотекстолит на
фенолоформальдегидном связующем (типа КАСТ) недостаточно вибропрочен, но зато
по сравнению с обычным текстолитом он более теплостоек и имеет более высокие
электроизоляционные свойства. Стеклотекстолиты 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. Эпоксидные связующие (ЭД-8, ЭД-10) обеспечивают стеклотекстолитам
наиболее высокие механические свойства и позволяют изготовлять из них крупногабаритные
детали. Стеклотекстолиты на основе ненасыщенных полиэфирных смол (ПН-1) также
не требуют высокого давления при прессовании и применяются для изготовления
крупногабаритных деталей.
Материал СВАМ представляет собой
стекловолокнистый анизотропный материал, в котором стеклянные нити сразу по
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 шпона 1: 1 0в = 460/500 МПа и Е >=35 000 МПа; при
соотношении 10: 1 0В= 8504/950 МПа и Е = 68 000 МПа. Это характеризует СВАМ как
конструкционный материал, обладающий большой жесткостью и высокой ударной
вязкостью (а = 400/600 кДж/м2). С помощью макро- и микроструктурного анализа
можно выявлять дефекты структуры: поры, раковины и трещины.
Наличие пор вызывает резкое снижение
прочности материала.
Дефектность значительно влияет на
прочность при межслойном сдвиге и продольном сжатии. Механические свойства
стеклопластиков зависят от угла между направлением растягивающей силы и
направлением армирующих волокон. Усилить материал в различных направлениях
можно соответствующим расположением наполнителя (трубы, цилиндры, получаемые
способом намотки). Физико-механические свойства термореактивных пластмасс даны
в табл. 1.
термореактивный
пластмасса наполнитель сталь
Особенностью стеклопластиков
является неоднородность механических свойств (разброс показателей достигает
7-15 %), обусловленных различными факторами: составом, структурой, технологией.
Степень анизотропии прочности на
разрыв в продольном и поперечном направлениях OJo90 и срез т0/т90 (между
слоями) для стеклопластиков достигает 2-Ю, что выше, чем для металлов.
Анизотропия упругих свойств выражена слабее, чем анизотропия предела прочности.
Механические свойства стеклопластиков зависят от температуры, с повышением
температуры прочность снижается.
Длительно стеклопластики могут
работать при температуре 200-400 °С, однако кратковременно в течение нескольких
десятков секунд стеклопластики выдерживают несколько тысяч градусов, являясь
аблирующими теплозащитными материалами. Они применяются в авиационной и
ракетной технике.
Длительная прочность стеклопластиков
зависит от их состава и внешних условий. Лучшие свойства имеют материалы на
основе эпоксидных и фенолоформальдегидных смол. Работоспособность
стеклопластиков выше, чем работоспособность металлов. Некоторые
стеклотекстолита обладают выносливостью при изгибе до 1,5*107 циклов.
Стеклопластики обладают высокой демпфирующей способностью, хорошо работают при
вибрационных нагрузках.
Недостатком стеклопластиков является
невысокий модуль упругости: Е = 20 000/58 000 МПа. Однако по удельной жесткости
(Е/р.) они не уступают сталям, алюминиевым сплавам и титану, а по удельной
прочности (о/р.) при растяжении превосходят металлы.
Однонаправленные стекловолокниты на
высокомодульных волокнах имеют р == 2200 кг/м3; ов = 2100 МПа; Е = 70 000 МПа;
а = 300/500 кДж/м2; е=1,3/2,4%; о/р. = 96 км.
Таким образом, стеклопластики
являются конструкционными материалами, применяемыми для силовых изделий в
различных отраслях техники: несущие детали летательных аппаратов, кузова и
кабины автомашин, автоцистерны, железнодорожные вагоны, корпуса лодок, судов.
Из стеклопластиков изготовляют корпуса машин, кожухи, защитные ограждения, вентиляционные
трубы, контейнеры и др.
Сталь 4XB2C
Сталь 4ХВ2С(сталь для ударного
инструмента) входит во II группу сталей для использования в обработке металлов при
температуре выше 300оС.
Стали для ударного инструмента предназначены
для изготовления зубил, деревообделочного инструмента, штампов для холодной и
горячей рубки листов и полос, холодновысадочных, чеканочных штампов и т. д.
Стали для ударного инструмента
должны обладать повышенной вязкостью и высокой прокаливаемостью и
закаливаемостью в горячих средах (для обеспечивания повышенной вязкости по
всему сечению). Повышение вязкости этих сталей достигается за счет уменьшения
содержания углерода и повышения температур отпуска. Не следует проводить отпуск
сталей для ударного инструмента в интервале 270-400 °С, так как они склонны к
отпускной хрупкости.
Хромокремнистые стали (4ХС, 6ХС)
прокаливаются в образцах диаметром 50-60мм при охлаждении в масле. Для
получения хорошей вязкости по всему сечению инструмента необходимо применять
изотермическую закалку (охлаждение вести в горячих средах).
Хромовольфрамокремнистые стали 4ХВ2С
прокаливаются в больших сечениях (70-80 мм) при охлаждении в масле и хорошо
принимают изотермическую закалку. Они менее чувствительны к отпускной хрупкости.
Общие сведения
Заменитель стали: 4Х5В2ФС, 3Х2В8Ф,
4Х8В2, 4Х3В8М, 4Х3В2М2.
Вид поставки:
Сортовой прокат, в том числе
фасонный: ГОСТ 5950-73, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71.
Калиброванный пруток ГОСТ 5950-73,
ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78.
Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ
5950-73, ГОСТ 14955-77.
Полоса ГОСТ 4405-75.
Поковки и кованые заготовки ГОСТ
5950-74, ГОСТ 1133-71, ГОСТ 7831-78.
Назначение
пневматический инструмент: зубила,
обжимки, вырубные и обрезные штампы сложной формы, работающие с повышенными
ударными нагрузками.
Химический состав
|
Химический
элемент
|
%
|
|
Вольфрам
(W)
|
2.00-2.50
|
|
Кремний
(Si)
|
0.60-0.90
|
|
Медь
(Cu), не более
|
0.30
|
|
Марганец
(Mn)
|
0.15-0.40
|
|
Никель
(Ni), не более
|
0.35
|
|
Фосфор
(P), не более
|
0.030
|
|
Хром
(Cr)
|
1.00-1.30
|
|
Сера
(S), не более
|
0.030
Механические свойства в зависимости
от температуры отпуска
|
t
отпуска, °С
|
s
0,2 , МПа
|
s
B , МПа
|
d
5 , %
|
y
, %
|
KCU,
Дж/м 2
|
HRC
э
|
|
|
Закалка 880 °С, масло. Выдержка при отпуске 8
ч.
|
|
200
|
1700
|
1910
|
5
|
35
|
23
|
55
|
|
|
300
|
1630
|
1760
|
8
|
36
|
22
|
52
|
|
|
400
|
1450
|
1620
|
9
|
37
|
29
|
50
|
|
|
500
|
1260
|
1370
|
10
|
40
|
34
|
42
|
|
|
600
|
1140
|
1180
|
11
|
48
|
41
|
39
|
|
Механические свойства в зависимости
от температуры испытания
|
t
испытания, °C
|
s
0,2 , МПа
|
s
B , МПа
|
d
5 , %
|
y
, %
|
KCU,
Дж/м 2
|
|
Закалка 880 °С, масло. Отпуск 430 °С, 2 ч.
|
|
20
|
1300
|
1470
|
8
|
35
|
29
|
|
200
|
1320
|
1500
|
10
|
47
|
44
|
|
300
|
1340
|
|
12
|
49
|
41
|
1250
|
1370
|
13
|
60
|
39
|
|
500
|
1090
|
1170
|
13
|
60
|
42
|
|
600
|
590
|
590
|
20
|
80
|
88
|
Технологические свойства
Температура ковки - Начала 1180,
конца 850. Охлаждение замедленное в колодцах.
Свариваемость - не применяется для
сварных конструкций.
Склонность к отпускной способности -
не склонна
Флокеночувствительность - чувствительна
Температура критических точек
|
Критическая
точка
|
°С
|
|
Ac1
|
780
|
|
Ac3
|
840
|
|
Mn
|
315
|
Твердость
|
Режим
термообработки
|
HRC
э поверхности
|
НВ
|
|
Прутки
и полосы отожженные или высокоотпущенные
|
|
229
|
|
Образцы.
Закалка 860-900 С, масло.
|
Св.
54
|
|
|
Отжиг
800-820 С, охлаждение 50 град/ч до 600 С, воздух
|
|
229
|
|
Подогрев
700-750 С. Закалка 860-900 С, масло. Отпуск 200-250 С, воздух (режим
окончательной термообработки)
|
54-59
|
|
|
Подогрев
700-750 С. Закалка 860-900 С, масло. Отпуск 430-470 С, воздух (режим
окончательной термообработки)
|
47-52
|
|
Сплав железа с углеродом
(количество углерода 1,2%) при температуре 1024оС.
Фазовые превращения.
С = К + 1,2 - Ф
К = 1
Ф = 1
С = 1 +1,2-1=1
Библиографический список
1. Марочник
сталей и сплавов/М.М. Колосков, Ю.В. Доибенко-М, Машиностроение.
2. Гулев А.П.
Металловедение М-Металлургия, 1986
. Справочник
конструктора - машиностроителя, Т-1, М - Машиностроение, 1982
. Журавлев В.Н. ,
Николаева О.И. Машиностроительные стали: Справочник 4-е издание. М,
Машиностроение 1992
Похожие работы на - Термореактивные пластмассы
|