Файл: Масленников Н.П. Пластмассы Кузбасса в машиностроении.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.04.2024
Просмотров: 19
Скачиваний: 0
Наш век — век пластмасс. Сегодня сотни изделий изготовляют наши заводы из пласти ческих масс, которые нашли широкое примене ние и в промышленности и в быту. В брошюре рассказывается, какое применение находят пластмассы в машиностроении, как они заме няют черный и цветной металлы в народном хозяйстве.
___ _________
ГОС. ПУБ .ИЧНАЯ
НАУЧН-ТЕ <* 1ИЧЕСКАЯ
БМБЛ’-Ю <А СССР
бе
/6Ж
Аё>1ч
60x2.
Ьбщие сведения
Пластическими массами называют такие материалы, которые под влиянием внешних воздействий (тепло, дав ление) приобретают пластические сройства.
Основой их является в большинстве случаев органи
ческое вещество |
с очень большим молекулярным ве |
сом — полимер. |
Полимеры часто называют смолами. |
Это очень большие молекулы, состоящие из тысяч и де сятков тысяч молекул, называемых мономерами, после довательно химически связанных друг с другом в длин ные цепи.
Синтетические полимеры — смолы по внешнему ви ду имеют сходство со смолами природными: одни из них окрашены в светлые, другие — в темные цвета, од ни — твердые, аморфные вещества с блестящим рако вистым изломом, другие — мягкие или жидкие со смо ляными, склеивающими свойствами. Многие смолы хорошо растворяются в спирте, эфире, ацетоне, образуя эластичную пленку, прочно прилипающую к поверхнос ти и обладающую определенной механической устойчи востью. Синтетические смолы получаются в результате сложных химических процессов • полимеризации или поликонденсации мономеров. В том случае, когда в процессе полимеризации участвуют не одинаковые, а разные молекулы, образуются сополимеры — совме стные полимеры.
Пластические материалы могут Состоять полностью из полимера (полиэтилены, полистиролы, полиамидные смолы и т. д.); в данном случае понятия пластмассы и полимеры — равнозначные.
Полимеризация — химическая реакция, при
3
которой под воздействием специальных веществ сотни й тысячи малых молекул, присоединяясь друг к другу, об разуют длинные цепные разветвленные или «сшитые» между собой молекулы-гиганты. При этом образуются твердые стеклообразные или эластичные полимеры, по химическому составу не отличающиеся от исходных мо лекул. Путем полимеризации бутадиена (газообразного вещества, полученного из спирта) С. В. Лебедев в 1909 году создал материал, похожий на натуральный кау чук, который явился основой промышленного производ ства синтетического каучука.
Поликонденсация — химическая реакция,
при которой соединение малых молекул в молекулыгиганты протекает с выделением побочных низкомоле кулярных продуктов (воды, углекислоты, аммиака) и приводит к получению соединений, несколько отличаю щихся по составу от исходных мономеров. Путем поли конденсации начинается производство синтетических волокон типа анид, нейлон и терслен. Большинство же пластических масс содержит только 0,2—0,6 полимер ного связующего (фенопласты, аминопласты, древесные пластики). Основная масса состоит из наполнителей, пластификаторов-размягчителей, стабилизаторов, кра сителей, смазки, растворителей и других добавок.
Наполнители добавляются от 40 до 70 процентов как для удешевления изделий, так и для получения необхо димых качеств: механической прочности, диэлектриче ских свойств, теплостойкости, негорючести, улучшения внешнего вида, уменьшения усадки. В числе наполните лей применяются органические и минеральные вещест ва: древесная мука, кварцевая мука — для получения лучших электроизоляционных свойств, кизельгур, као лин, мел; волокнистые наполнители: целлюлоза суль фитная, линтер, кусочки ткани — для увеличения меха нической прочности; асбест и слюда—для повышения теплостойкости
Пластификаторы повышают пластичность и умень шают хрупкость пластмасс. Они составляют с основной массой (смолой) как бы твердые растворы. Смола на бухает в пластификаторе или растворяется в нем. Наи более распространенными пластификаторами являют
4
ся: камфара, триацетин, дибутилфталан, трикрезилфосфат, касторовое масло. Некоторые полимеры формуют ся в изделия без добавок наполнителей и пластифика торов способом прессования и литья под давлением.. К числу их относятся полистирол, органическое стекло.
Стабилизаторы вводятся в пластические массы для предохранения синтетической смолы от разложения при высоких температурах. Например, к полихлорвиниловой смоле, вальцующейся при температуре 160—170° С (тер мическая пластификация), добавляются стеараты свин ца или кальция или силикаты этих же металлов.
Красители применяют как минеральные (мумия, ох ра, умра, литопон, крон), так и органические (нигрозин, родамин). К последним пред'являются повышенные требования в отношении тепло- и светостойкости.
Смазка вводится в пластмассы для снижения прилипаемости материала к поверхности формы во время прессования. Для этих целей применяются: аминовая и стеариновая кислоты, стеарин, соли стеариновой кисло ты: магниевая, кальциевая и цинковая.
Растворители служат для растворения компонентов некоторых пластмасс, для облегчения подготовительных работ, придания пластмассам мягкости и эластичности.
В зависимости от характера полимера пластмассы условно разделяются на две основные группы: термо пластические и термореактивные.
Изделие из термопласта может быть вновь размяг чено, и обычными способами ему может быть снова придана первоначальная или какая-либо другая форма.
Изделия, отлитые или отпрессованные из термореак тивных материалов, не могут быть вновь размягчены и переработаны в другие изделия.
РОЛЬ ПЛАСТМАСС В МАШИНОСТРОЕНИИ
Основой машиностроения является металл. Два с лишним миллиона станков круглые сутки заняты его об работкой. Свыше трех миллионов человек трудится на
этих станках. В машиностроении |
занято 35 процентов |
всех рабочих Советского Союза. 45 |
миллиардов киловатт- |
часов электроэнергии расходуют металлорежущие станки. Около 5 миллионов тонн стружки образуется при обработке металла. Для транспортировки стружки требуется колоссальное количество автомобилей. Из металла, который идет в стружку, можно было изгото вить 3—4 миллиона грузовых автомашин или свыше300 миллионов велосипедов.
Рис. 1. Пластмассовый кузов автомобиля
Столетиями машины изготовлялись из металла. В двадцатом веке химики дали нам новый материал — пластмассы. Первое время из них изготовляли ручки для зубных щеток, игрушки, стаканчики, коробочки, предметы домашнего туалета, чулки и тому подобное. Еще несколько лет назад мало кто верил, что пласт массы пригодны для изготовления деталей машин. В настоящее время из пластмасс изготовляются крепеж ные детали (заклепки, болты, гайки), целые узлы ма шин, кузова, баки, ванны, рычаги, ремни, шестерни, храповые колеса, кронштейны, подшипники и трубы.
Даже в искусственных спутниках |
Земли и в искусствен |
||
ной |
планете большое |
количество |
деталей изготовлено |
из |
пластмасс. |
|
|
Сейчас технический прогресс многих отраслей про |
|||
мышленности оказался |
в прямой |
зависимости от степе |
к
ни развития химии, так как синтетические материалы имеют ценнейшие .физико-механические свойства, кото рых нет у металлов, древесины, стекла, керамики, кожи.
Пластические массы имеют малый удельный вес. • Они в два раза легче алюминия, в 4- 6 раз легче брон зы и латуни, в 10 раз легче свинца, а некоторые пласт массы даже легче пробки. Пластмассы прочнее дерева, стекла, керамики, а некоторые — прочнее чугуна, алю миния и даже стали. В абсолютном большинстве пласт массы химически устойчивы, не поддаются влиянию во ды, масел и нефтепродуктов. Силами советских ученых созданы пластмассы, стойкие к биохимическому воздей ствию даже в условиях тропического климата. Большое количество пластмасс выдерживает температуру до 300° и выше. Имеются пластмассы, выдерживающие кратко временное действие температур порядка 1000°, облада ющие хорошими теплоизоляционными качествами, зву конепроницаемостью и электроизоляционными свойст вами. Растворы многих полимеров обладают высокими клеящими свойствами. Так. например, на Всесоюзной
выставке достижений народного хозяйства |
демонстри |
|
руется клей марки «БФ-4», обладающий |
свойством |
|
склеивать даже дюралюминий. Склеенные |
этим кле |
|
ем |
пластины выдерживают нагрузку 80 кг |
в течение |
12 |
лет. |
|
ПЛАСТМАССЫ В ОБЩЕМ МАШИНОСТРОЕНИИ И МЕТАЛЛУРГИИ
Пластмассы получают все большее признание и ши рокое применение в машиностроении, приборостроении, в производстве автомобилей, в судостроении, электро технике. радиотехнике, связи, строительстве и сельском хозяйстве.
. Кемеровский завод «Карболит» обеспечивает пласт массами и изделиями более 300 предприятий страны. Наиболее широкое и многообразное применение пласт массы получили в машиностроении: из них изготовляют ся детали и конструкции, которые производились ранее из дефицитных металлов. Одна тонна дешевых пласт масс полностью заменяет три тонны дорогостоящих
7
цветных металлов. Внедрение в общее машиностроение и станкостроение в 1959—1960 it. 14—17 тысяч тонн пластмасс в год дает возможность заменить 30 тысяч тонн цветных и 100 тысяч тонн черных металлов и сэко номить 300 миллионов рублей.
Особая и важная роль в машиностроении принадле жит текстолиту и стеклотекстолиту. Одна тонна стекло текстолита заменяет шесть тонн металла. |Себестоимость изделии из пластмасс в 6—9 раз ниже себестоимости тех же изделий из цветных металлов.
С большим эффектом текстолит применяется в ме таллургии в виде вкладышей подшипников. Преимуще ство их по сравнению с металлическими состоит: в лег кости изготовления, в низком коэффициенте трения, в более длительном сроке работы, в меньшем износе шеек валов. В прокатных станах Кузнецкого металлургиче ского комбината текстолитовые вкладыши подшипников работают при удельном давлении 230—250 кг/см2 и окружной скорости до 2,5 м/сек, а в блюмингах — при нагрузках на вкладыш до 1000 тонн и окружной скоро сти до 3 м/сек. Основной порок текстолитовых вклады шей подшипников состоит в их малой теплопроводности, затрудняющей отвод тепла. Этот недостаток устраняется путем применения охлаждения шеек валов и смазки вкладышей водой.
Но преимущества текстолитовых подшипников ста нут очевидными, если мы вспомним, что металлические подшипники не могут работать хорошо, если они из готовлены недостаточно точно и имеют сравнительно шероховатую поверхность.
Для пластмассовых подшипников не требуется столь высокая точность изготовления и обработки. Податли вость материала предотвращает концентрацию нагрузок на малых участках, и он, подобно подушке, облегает лю бую форму опорной поверхности вала, увеличивая пло щадь охвата. Обычно рекомендуется выбирать для стального шипа, работающего в чугунном вкладыше, давление 15—25 кг/см2,'тогда как текстолитовые подшип ники выдерживают нагрузку до 2500 кг/см2. Замена ме таллических вкладышей текстолитовыми на прокатных станах дала возможность сократить потери энергии на трение до 25 процентов, В несколько раз увеличился
8
срок службы подшипников, устранен расход бронзы, со кращены простои прокатных станов и издержки на вос становление их работоспособности, а самое главное, уве личился выпуск проката.
Рис. 2. Текстолитовые вкладыши
Но не один только текстолит находит применение для изготовления деталей машин в машиностроительной промышленности Кузбасса: для этой цели так же широ ко применяются полиамидные и другие пластмассы.
Некоторые детали встречаются во многих машинах и механизмах, поэтому целесообразно вначале остано виться на общем применении пластмасс в машиностро ении. Из пластмасс изготовляются подшипники, вкла дыши или втулки в металлические подшипники, шестер ни. выступоременные передачи, коромысла и шатуны, пресс-формы, штампы, болты, шпильки, гайки, заклеп
ки, |
пружины, кузова, |
электрризоляторы. |
ванны, баки |
и многое другое. |
|
|
|
гих |
Вкладыши подшипников из бронзы, баббита и дру |
||
цветных сплавов в |
настоящее время с |
успехом за |
меняются капроном и нейлоном. Капроновые вкладыши
<!
и втулки служат 3—6 месяцев, тогда как металличе ские всего 1—2 месяца. Это преимущество достигается за счет того, что физико-механические свойства капро на лучше, чем у металла. У капрона хорошая вязкость при низких температурах, невысокий коэффициент тре ния о металлы, высокое сопротивление истиранию, спо
собность |
переносить ударные нагрузки, впитывать смазку, |
работать |
без смазки при трении скольжения. Пласт |
массовые шестерни намного эластичнее и более устой чивы к вибрации, чем стальные. Они легки, стойки к окислительным средам. Шестерни из нейлона, текстоли та и капрона бесшумно работают без смазки при высо ких скоростях и успешно переносят большие нагрузки. По величине они не превышают габариты металличе ских шестерен, а стойкость их в несколько раз выше. Капрон почти не чувствителен к концентрации напря жения и ударным нагрузкам. В соответствии с этим рас четная мощность капроновых шестереночных передач по отношению к металлическим уменьшается в 2—3 раза. Капроновые шестереночные передачи, имея высокую эластичность, значительно уменьшают сосредоточение напряжений и влияние динамических нагрузок в срав нении с металлическими.
Практикой доказано, что пластмассовые шестерни спаренные с металлическими, обеспечивают: бесшум ность работ, хороший отвод тепла через металл, устра няют искрение и дают возможность применять их во взрывоопасных помещениях и выработках. Всем извест ны дефекты ременных передач, изготовляемых из кожи, хлопчатобумажных тканей и других материалов. Основ ными пороками их являются: пробуксовка ремня, непо стоянность передаточного числа и низкий коэффициент полезного действия. При ременной передаче требуется определенное и большое расстояние между шкивами.
Все эти недостатки устраняются при выступоремен ной передаче из капрона, армированного стальными тросиками. На шкиве и ремне делаются зубцы, и пере дача работает как зубчатая, так как выступы на ремне зацепляются за впадины на шкиве. Благодаря этому исключается пробуксовка ремня; сильное натяжение ремня, обязательное в плоскоременной передаче, здесь не требуется. Коэффициент полезного действия bhctv-