Термины и определения

ОПД.Ф.05 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИЯ

КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Виды и применение пластмасс

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к практическим занятиям.

Специальность 150200 Автомобили и автомобильное хозяйство

Специальность 311300 Механизация сельского хозяйства

Специальность 030500.01 Профессиональное обучение (агроинженерия)

Специальность 311400 Электрификация и автоматизация сельского хозяйства

Специальность 140106 Энергообеспечение предприятий

Специальность 170600 Машины и аппараты пищевых производств

Специальность 271300 Пищевая инженерия малых предприятий

Уфа 2010

УДК 378.148:669.015.8

ББК 74.58+34.2

М 34

Рекомендовано к изданию методической комиссией факультета механизации сельского хозяйства (протокол № 4 от «28» апреля 2010 г.)

Председатель методической комиссии факультета механизации сельского хозяйства, к.т.н., доцент _______________ Масалимов И.Х.

Составители:

к.т.н., профессор _______________ Левин Э.Л.,

к.т.н., ассистент _______________ Наталенко В.С.

Рецензент: к.т.н., доцент _______________ Ахмаров Р.Г.

Ответственный за выпуск: зав. кафедрой технологии

металлов и ремонта машин к.т.н., доцент _______________ Фаюршин А.Ф

.

г. Уфа, БГАУ, кафедра технологии металлов и ремонта машин

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление с основными видами пластмасс, составом, свойствами; способами изготовления изделий из пластмасс и их применение.

ЗАДАНИЕ

2.1 Используя специальную литературу, включая альбомы конструкций машин и оборудования, каталоги и т.д. подобрать различные примеры применения пластмасс в автомобилях, тракторах, сельскохозяйственных машинах, в станочном, электросварочном и другом технологическом оборудовании, в приборах.

2.2 Указать наименование каждой пластмассы точную или примерную марку, физико-механические, химические, диэлектрические и технологические свойства.

2.3 Указать способы изготовления изделий из подобранных пластмасс.

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

3.1 Виды и классификация пластмасс

Пластические массы (пластмассы) - это композиционные материалы на основе полимеров. К характерным свойствам пластмасс относятся:

1. Относительно высокая прочность при растяжении, сжатии и изгибе

(σ_в=100...250 МПа, σ_сж=150...300 МПа).

2.Малая плотность (в 4...8 раз легче стали).

3.Хорошая химическая (антикоррозионная) стойкость.

4. Высокие электроизоляционные свойства (ρ _v=10¹⁵... 10¹⁸ Ом • м).

5. Высокая электрическая прочность Е_пр [МВ/м] – (полистирол Е_пр=25...35 МВ/м; полиэтилен Е_пр=35...40 МВ/м).

6. Относительно высокая нагревостойкость (50°...250°С).

7. Хорошая обрабатываемость.

Полимеры - высокомолекулярные соединения, состоящие из огромного количества молекул простых веществ - мономеров. Так, мономер этилен СН₂-СН₂ в результате реакции полимеризации превращается в полимер - полиэтилен (-СН₂-СН₂-)n, где индекс n обозначает число звеньев (мономеров) входящих в состав макромолекулы (полимера). Это число (n) характеризует степень полимеризации. Оно определяется отношением молекулярной массы М полимера к молекулярной массе m мономера, т.е. n=M/m. При n=20...100 получаются жидкие полимеры (смазочные масла), при n =2000...3000 - эластичные полимеры и при n >3000 - жесткие (твердые) полимеры.

Основная часть полимеров состоит из атомов углерода и водорода, некоторые имеют также атомы кислорода, фтора и др. элементов.

Синтетические полимеры получают при химической переработке каменного угля, природного и промышленного газа, нефти и других видов сырья.

К природным полимерам (смолам) относят шеллак, природные и нефтяные асфальты, каучук, целлюлозу, канифоль, природные битумы т. д.

По составу пластмассы можно разделить на простые, состоящие из одного полимера и содержащие 1...3 % специальных добавок, и сложные с добавкой 40..70% наполнителя - материалов органического и неорганического происхождения в виде порошков, волокон или листов: древесная мука, молотый кварц, сажа, слюда, тальк, цемент, хлопковые очесы, бумага, стеклянные волокна, ткань, древесный шпон и др.

В зависимости от вида связей между молекулами полимеры подразделяют на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).

Термопластичные полимеры не имеют химических связей между молекулами и способны размягчаться при неоднократном нагреве, переходя в вязкотекучее состояние и затвердевая при охлаждении.

К термопластам относятся полимеризационные материалы: полистирол, фторопласт и др., и поликонденсационные: полиамидные, полиуретановые, анилиноформальдегидные смолы (капрон-капролактам, акрилопласты и др.)

Термореактивные полимеры, у которых при нагреве появляются химические связи между молекулами, размягчаются при первом нагреве, а при охлаждении твердеют и при повторном нагреве не размягчаются, а обугливаются.

К реактопластам относятся поликонденсационные материалы: - фенопласты, получаемые на основе фенолоформальдегидных и мочевиноформальдегндных резольных смол, реактопласты получаемые на основе кремнийорганических. полиэфирных и эпоксидных смол.

3.2 Способы изготовления деталей из пластмасс

Пластмассы производятся в виде порошков; гранул; таблеток; волокон наполнителей, пропитанных полимером; в виде полуфабрикатов - пленок, листок плит, стержней, труб, блоков.

Некоторые реактопласты выпускаются в виде жидких веществ, которые смешиваются перед их применением (полиэфиры, эпоксиды, полиуретаны и др.).

Изделия из пластмасс получают свободным литьем, литьем под давлением, экструзией, горячим прессованием, формованием, сваркой, склеиванием, обработкой резанием.

Свободное литье

Получение изделий свободной заливкой жидкой пластмассы в холодном состоянии в формы применяют при переработке компаундов - пластмасс из эноксидных смол ЭД-5М или ЭД-6М, полиакрилатов (оргстекла), некоторых видов полиамидов и др. Это наиболее простой и дешевый способ получения изделий из пластмасс.

Литье под давлением

Это литье применяют для переработки в изделия термопластичных материалов. При подаче под давлением в прессформу термопластичного материала, нагретого до температуры, превышающей температуру его текучести, этот материал заполняет форму и при остывании затвердевает. Этим способом изготовляют тонкостенные изделия сложной конфигурации (рис.1).

Литье под давлением может быть также использовано и для изготовления изделий из термоактивных пластмасс, но при этом применяют специальное оборудование.

Экструзия

Она представляет собой непрерывного выдавливания полимерного материала, находящегося в вязкотекучем состоянии, через отверстие в мундштуке экструдера (шприцмашины). В зависимости от формы отверстия мундштука можно получать полосы, листы трубы и фасонные профили. Этот метод переработки пластмасс в изделия применим главным образом для термопластов, но в последние годы освоено выдавливание из термоактивных материалов.

Горячее прессование

Оно является одним из широко распространенных способов переработки некоторых термопластичных материалов. Исходным сырьем при горячем прессовании является прессовочный и слоистый материал.

При переработке прессовочных материалов наибольшее распространение получили два способа горячего прессования: 1) прямое или компрессионное 2) литьевое. Первый способ применяют для производства из термореактивных материалов с любым наполнителем небольших и средних деталей преимущественно простои конфигурации.

Рисунок 1 Схема литья под давлением изделий из термопластов: 1 - разъемная пресс-форма, 2 - полученное изделие, 3 - электронагреватель, 4 - бун­кер с гранулированным термопластом, 5 - корпус рабочего цилиндра, 6 - плунжер.

Рисунок 2 Схема горячего прессования изделий из реактопластов: 1 - корпус, 2 - электронагреватель, 3 - пуансон, 4 - матрица, 5 - полученное изделие, 6 - выталкиватель.

Исходный материал в виде порошка, крошки или волокна загружают в предварительно нагретую прессформу и сжимают в ней специальным гидравлическим прессом при определенной температуре в течение установленного времени.

В процессе прессования в нагретом термореактивном материале протекает реакция поликонденсации (полимеризации), в результате чего материал переходит в вязко-текучее состояние, приобретая заданную форму (рис.2).

Формование

Формование изделий из листовых пластмасс представляет собой процесс, при котором, исходный лист термопластичного материала, нагретый до температуры размягчения, подвергают вытяжке, придавая ему необходимую форму, а затем охлаждают и удаляют из формовочной машины. В большинстве случаев заготовку для формования вырубают из листов и полос, поставляемых химической промышленностью. Усилие, необходимое для формования, обеспечивается механическими или гидравлическими прессами, а также создается пневматически или при помощи вакуума.

Формование, применяют для получения изделий преимущественно из термопластов (полиэтилена, винипласта, полиакрилатов, целлулоида и др.), а также из ряда термореактивных материалов (текстолита, гетинакса, стеклотекстолита).

Сварка пластмасс

Для соединения отдельных пластмассовых деталей применяют сварку. С целью осуществления сварки кромки деталей нагревают до размягчения, а затем соединяют под небольшим давлением.

Сварке могут подвергаться только термопластичные материалы - винипласт, полиэтилен, полиамиды, полимитилметакрилат и др.

При сварке пластмасс нагревать их нужно до температуры вязкотекучего состояния: при этом нагрев должен быть возможно кратковременным. Многие термопласты не имеют отчетливо выраженной температуры плавления. При нагреве они постепенно переходят из высокоэластичного в вязкотекучее состояние. Процесс сварки обычно происходит в узких температурных границах выше температуры размягчения, но ниже температуры разложения пластмассы. Поэтому необходимо учитывать, что увеличение температуры выше установленной (выше температуры вязкотекучего состояния данного материала) или длительная выдержка при высокой температуре может вызвать разложение пластмассы в месте нагрева. В тоже время снижение температуры сварки ниже области вязкотекучего состояния не может обеспечить получение стабильного качества свайного шва.

Известно несколько способов сварки пластмасс, основными из которых являются сварка газовым теплоносителем, нагретым инструментом (контактная сварка, токами высокой частоты, трением, ультразвуком и др.).

Из них наиболее широкое распространение получили сварка газовым теплоносителем и контактная, а также сварка токами высокой частоты.

Склеивание пластмасс

Методом склеивания можно соединить не только пластмассы друг с другом, но и разнородные материалы, например металл с пластмассой, металл с керамикой и др.

Прочность соединения зависит от подготовки поверхности и от адгезии и когезии клея.

Для склеивания используются животные клеи, неорганические и органические. Широко применяются синтетические клеи на основе полистирола и органического стекла, на основе фенолформальдегидной смолы (БФ-2) и др.

Обработка пластмасс резанием

Механическую обработку пластмасс применяют в массовом и крупносерийном производстве для снятия заусенцев, пленок, фасок, срезания литников, проточки канавок, сверления отверстий, а также для достижения повышенной точности или высокой чистоты поверхности деталей. Механическую обработку пластмасс широко применяют при ремонте машин для изготовления отдельных деталей из пластмассовых заготовок. Для пластмасс со слоистыми или листовыми наполнителями (текстолит, гетинакс, древеснослоистые гластики и т.д.), а также для оргстекла и других синтетических материалов, обработка резанием является основным способом их переработки в готовые изделия.

По сравнению с металлами изготовление изделий из пластмасс менее трудоемко, а также высок коэффициент использования материала - для термопластов 91...95 % и выше, для реактопластов - 80...85 %.

3.3 Применение пластмасс в машиностроении и ремонте

Полиамиды (термопласты) обладают высокой ударной прочностью, высокими антифрикционными свойствами (работают без смазки), химической стойкостью к нефтепродуктам и некоторым агрессивным жидкостям и газам, в нагретом до 160...240°С состоянии легко заполняют формы.

Из полиамидов (капрона - капролактама, капролона В и др.) изготавливают втулки (педалей, рессор, дверных петель), корпусы и крышки карбюратора, корпусы габаритных фонарей и др.

Акрилопласты (органическое стекло - плексиглаз) применяют для изготовления пылезащитных линз, внутренних плафонов, стекол габаритных фонарей, стекол задних окон кабин и др.

Поливинилхлорид (жесткий непластифицированный ПВХ-винипласт) применяют для изготовления банок аккумуляторных батарей, прокладок, уплотнителей и др. Пластифицированный ПВХ (мягкий - формопласт и гидропласт) используют для получения материалов для внутренней обивки кузова, изготовления трубок масло- и топливопроводов и др.

Фторопласты используют для деталей работающих в химических средах и при повышенной температуре.

Полиэтилен в зависимости от способа производства подразделяется на три группы: высокого давления (ВД), среднего давления (СД), низкого давления (НД). Обладает хорошей химической стойкостью, эластичностью и электроизоляционными свойствами. Из полиэтилена ВД изготавливают крышки, кнопки, осветительные плафоны, трубки, прокладки и другие * детали, а также пленку. Из полиэтилена НД изготавливают трубы, стержни и др.

Полистирол используют для изготовления стекол приборов освещения, сигнальных стекол, кнопок, деталей электроаппаратуры и др.

Этролы применяют для изготовления рулевых колес, ручек, кнопок приборов, щитков и др.

Фенопласты (реактопласты), основой которых являются фенолформальдегидные смолы используют для изготовления слоистых пластиков - асбогекстолит, текстолита, генинакса.

Асботекстолит обладая высокой теплостойкостью и фрикционными свойствами, используется для изготовления тормозных накладок и накладок дисков сцеплений.

Текстолит применяют для изготовления шестерен, упорных шайб распределительного вала, деталей приборов электрооборудования.

Гетинакс применяется для изготовления изоляционных деталей электрооборудования. Фенопласт - фенолит-1 (пресс-материал К-18-23) обладает кислото- и водостойкостью и используется для изготовления аккумуляторных крышек и пробок.

Стеклопластики получают из синтетических смол (связующее) и стеклянного волокна (армирующий и упрочняющий наполнитель). Изготавливаю кузова и другие детали автомобилей (например, ободья колес у автомобилей снегоходов ЗИЛ-167).

Пенопласты и поропласты являются газонаполненными материалами и из­готавливаются на основе термопластичных (полистирол, поливинилхлорид и др.) я термореактивных (фенольных, эпоксидных) смол. До 95 % объема этих материалов заполнено газовыми или воздушными порами, вследствие чего они обладают малой объемной массой -0,01...0,02 г/см" и высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами

Пенопласты, например пенополиуретан ПУ-101, обладающий высокой эластичностью используют для изготовления автомобильных подушек и спинок, противоударных прокладок, подлокотников и подголовников.

Жесткие пенопласты и поропласты используют для тепло- и звукоизоляции.

Рекомендуемая литература

1. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: Учебное пособие для студ. вузов, обучающихся по направлению подгот. «Электротехника, электромеханика и электротехнологии»/под ред. В.С. Чередниченко.-2е изд. перераб.- М.: Омега-Л, 2006.-752 с.

2. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для вузов / [Б.Н.Арзамасов, А.Н.Волчков, В.А. Головин и др.]; под ред. Б.Н. Арзамасова, А.А. Черепахина.- М.: Издат. центр «Академия», 2007.-448с.

3.Батищев А.Н., Голубев Н.Г., Лялякин В.П. Восстановление детален сельско­хозяйственной техники. - М.: Информагротех. 1995.-226 с.