Примерами высокопористых деталей общего назначения могут служить железные пломбы, ■различного рода компенсационные прокладки и др.
В современной технике все более широко применяются фрик ционные металлокерамические материалы, характеризующиеся вы сокими механическими показателями при сравнительно больших коэффициентах трения. Они изготавливаются на основе медных или железных порошков. Обычно фрикционные материалы на медной основе работают в условиях обильной смазки трущихся поверхно стей. Материалы на железной основе работают, как правило, всу хую, что допустимо благодаря их более высокой термостойкости.
Фрикционные материалы на медной основе состоят из меди (60—85%) и свинца, олова, никеля, железа, цинка, кремния, гра фита и других материалов. После прессования под давлением око ло 3 Т/см2 материал спекается в защитной атмосфере под давле нием 10—12 кГ/см2 при температуре 750—850°.
Фрикционные материалы на железной основе состоят из желе за (60—70%), меди, графита, асбеста, кремнезема, олова, свинца, некоторых других элементов и соединений. Они обладают высоким коэффициентом трения, составляющим при температуре 100—150° около 0,7. Введение в шихту хрома увеличивает коэффициент тре ния. Технологическая схема производства фрикционных материа лов на железной основе такая же, как и материалов на медной основе. Отличием является более высокая температура спекания (1200°), определяемая основой материала.
Большинство фрикционных металлокерамических материалов имеет пористость 10—20%. Они обладают сравнительно невысокой прочностью на растяжение, что предъявляет особые требования при их креплении к тормозным колодкам, дискам муфт и другим деталям.
Методами порошковой металлургии изготавливают тепловыде ляющие элементы, теплообменники и другие ответственные детали ядерных энергетических установок.
Г л а в а XI. НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
§ I. Древесные материалы
Общая характеристика. Древесина широко используется в сто лярном и плотничном производстве, в качестве строительного ма териала, в угольной, горнорудной промышленности, как сырье в химической промышленности и других производствах. Она являет ся ценнейшим декоративным материалом.
По сравнению с другими материалами древесина обладает ря дом преимуществ. Она легко обрабатывается, при небольшом весе обладает сравнительно высокой прочностью, отличается малой теплопроводностью, низким коэффициентом трения по металлу, хо рошей сопротивляемостью действию кислот и щелочей, легко склеи вается, имеет красивый внешний вид и хорошо воспринимает от делку.
Вместе с тем древесина при изменении влажности усыхает, разбухает, коробится или растрескивается; она недостаточно стой ка к загниванию и поражению насекомыми; ее механические свой ства неодинаковы в различных направлениях. Пропитка антипире нами (огнезащитными средствами) и антисептиками предохраняет древесину от загорания и гниения.
Свойства древесины зависят от ширины годовых слоев. У хвой ных пород древесина прочнее при более узких годовых слоях, у ли ственных пород, наоборот, чем шире годовые слои, тем древесина плотнее, тверже и прочнее. У березы, граба, бука, липы, клена, оль хи, осины годовые слои резко не выделяются и их влияние на свой ства древесины незначительно.
Ненормальные условия роста, климатическое воздействие и ме ханические повреждения обусловливают появление пороков в дре весине (сучки, грибные окраски и гниль, химические окраски, по вреждения насекомыми, деформации, растрескивание, пороки фор мы ствола и строения древесины, ненормальные отложения и др.).
Свойства древесины определяются ее технической характерис тикой, показателями которой являются влажность, объемная мас са, предел прочности при растяжении и сжатии вдоль волокон и при изгибе. Влажность определяется отношением массы влаги к массе абсолютно сухой древесины и выражается в процентах. Нормаль ной считается влажность 15%. Объемная масса зависит от влаж ности древесины. При 15% влажности объемная масса дуба со ставляет 760 кг/м3, березы — 610, сосны — 590, липы — 530 кг/м3.
|
Табл. 19. Свойства древесины |
|
|
|
Предел прочности древесины (к Г / с м * ) при влажности |
15% |
Породы |
сжатие вдоль |
растяжение |
статический |
скалывание |
вдоль |
|
волокон |
вдоль волокон |
изгиб |
волокон* |
Сосна |
439 |
1150 |
793 |
69/73 |
Ель |
423 |
1223 |
774 |
53/52 |
Лиственница |
515 |
1291 |
973 |
115/126 |
Дуб |
520 |
,1288 |
935 |
85/104 |
Бук |
461 |
1291 |
938 |
99/131 |
Береза |
447 |
1350 |
997 |
85/110 |
Липа |
390 |
< 1158 |
680 |
73/80 |
Осина |
374 |
1312 |
766 |
57/77 |
|
* В числителе — при скалывании в радиальном направлении, в знаменателе — в тангеи- ѵ циальном.
Прочностные свойства некоторых пород древесины приведены в табл. 19.
Материалы и полуфабрикаты из древесины. Древесину, исполь зуемую в качестве исходного материала в производстве, подразде ляют на круглую и пиломатериалы.
Круглые лесоматериалы — очищенные от сучьев, а часто и от коры отрезки древесных стволов. Их размеры записываются двумя цифрами со знаком умножения между ними (4X20). Первая цифра обозначает длину в метрах, вторая — толщину в сантиметрах (ди аметр) верхнего торца без коры.
Пиломатериалы получают распиловкой круглых лесоматериа лов на пластины, четвертины, доски, бруски, брусья двухкатные, брусья четырехкатные и горбыли. Пластины получают при про дольной распиловке бревна на две половины, а четвертины — на че тыре части. Доски получают продольной распиловкой бревен по не скольким параллельным между собой плоскостям. Бруски полу чают продольной распиловкой досок. Ширина бруска не превышает его двойной толщины, которая в свою очередь должна быть не бо лее 100 мм. Брусья имеют толщину и ширину от 100 до 250 мм. Гор быль — срезанная при распиловке боковая часть бревна.
Одним из распространенных полуфабрикатов является шпон, который в зависимости от способа производства подразделяется на строганый, лущеный и чпиленый. Строганый шпон получают про дольным строганием тонких полос на фанерострогальных станках из предварительно распаренных кряжей. Строганый шпон из лист венных пород древесины применяют для облицовки мебели, как от делочный материал в строительстве, а из сосны — в авиационной промышленности.
Лущеный шпон получают путем разлущивания чуракѳв (рис. 291) длиной до 1,5 м на однослойные листы толщиной 0,55—
1,5 мм. Чурак предварительно проваривают. Лущеный шпон при меняют для изготовления фанеры, в качестве облицовочного мате риала, для изготовления крутоклееных заготовок. Получают его из березы, ольхи, бука, дуба, ясеня, липы, сосны, лиственницы и кедра.
Пиленый шпон толщиной 0,8—2 мм получают продольной рас пиловкой кряжей из березы, ольхи и клена. Его применяют для отделки поверхностей, подвергаемых зеркальной полировке.
Фанеру получают склеиванием трех и более листов лущеного
|
|
|
|
|
|
|
|
|
шпона |
из разных пород древесины с |
взаимно перпендикулярным |
расположением |
волокон в смежных |
|
листах. |
Фанеру |
выпускают |
трех |
|
марок: ФСФ (фенолоформальдегид |
|
ный клей), ФК (карбомидный клей) |
|
и ФБК (альбумин-казеиновый клей). |
|
По числу слоев шпона различают |
|
трех-, пяти- и многослойную фанеру. |
|
Наружные |
слои |
фанеры |
называют |
|
рубашками, |
внутренние — середин |
|
ками. |
Порода |
древесины, |
из |
кото |
|
рой изготовлена |
рубашка, опреде |
|
ляет название фанеры. |
|
|
|
|
Фанера, имеющая одну или обе |
Рис. 291. Схема лущения шпона: |
рубашки из |
строганого |
шпона |
цен |
ных пород |
древесины |
(дуб, |
орех, |
1 — разлущиваемый чурак; 2 — лущиль |
ный нож; 3 — слущиваемый шпон; 4 — |
груша |
и др.), |
называется |
облицо |
прижимная линейка; 5 — карандаш |
ванной. |
Лакированную |
фанеру по |
|
лучают из березовой путем шлифования, окраски и покрытия нитролаком при нагреве до 80° под давлением 25—30 кГ/см2. Ла кированная фанера водостойка, отличается твердостью и негорючеетью.
Нанесением смоляной пленки, часто в сочетании с текстурной бумагой, получают декоративную фанеру.
Свойства фанеры обусловили ее широкое использование в ме бельном производстве, в машиностроении, строительстве и других отраслях. Потребности производства обусловили выпуск ребристой
фанеры — с вклеенными под |
рубашкой брусками жесткости; теп |
лой фанеры — с |
теплоизоляционным заполнителем между двумя |
листами шпона; |
кровельной, |
оклеенной сталью; огнестойкой, про |
питанной огнезащитными средствами или оклеенной асбестом; фа неры ксилотик, покрытой асбоцементом; армированной металличе
скими листами и др.
В строительстве и мебельном производстве широко применяют ся щиты и плиты. Столярные плиты изготавливают склеиванием из узких реек щита, который затем оклеивают с обеих сторон в один .или два слоя шпоном. Фанерные щиты отличаются от обыч-- ной фанеры большей толщиной (до 45 мм).
-Древесноволокнистые плиты изготавливают из измельченной до волокон древесины, пропитанной парафиновой эмульсией (для
уменьшения гигроскопичности), антисептиками и огнезащитными составами, формованием и прессованием под давлением 10— 50 кГ/см2 при 150—165°. Для получения сверхтвердых плит в прес суемую массу вводят синтетические смолы.
Древесностружечные плиты изготавливают из отходов обра ботки древесины введением синтетических смол (6—12% веса) и прессованием под давлением 5—20 кГ/см2 при 135—140°.
Специальные свойства и сложную форму древесине придают прессованием и гнутьем в металлических формах при 100—120°. Пе ред обработкой заготовки распаривают водяным паром. Прессо ванная древесина используется для изготовления деталей машин (шестерен, подшипников). Исключительно высокие механические и своеобразные физические свойства приобретает прессованная дре весина, предварительно пропитанная синтетическими смолами.
§ 2. Общие сведения о полимерных материалах
Свойства полимеров. Полимерные органические соединения являются основной составляющей пластических масс. Эти соедине ния бывают естественного происхождения или получаются синте тическим путем. Чаще всего производство пластмасс основано на использовании синтетических высокомолекулярных веществ раз личного химического состава.
Применяемые в промышленности полимеры обычно получают синтетическим путем (кроме натурального каучука и продуктов превращения целлюлозы) из низкомолекулярных соединений, явля ющихся продуктом переработки нефти, природных газов или ка менноугольного дегтя.
Полимерными называются соединения, молекулы которых со стоят из связанных друг с другом многократно повторяющихся час тиц — элементарных звеньев. Количество элементарных звеньев в макромолекуле соединения влияет на его свойства и состояние. Так, молекула газа этилена состоит из шести атомов (С Н ^С Н г) и имеет вес 28 кислородных единиц. При соединении молекул эти лена в цепочку из 20 звеньев образуется полиэтилен — жидкость. Увеличение цепочки до 1500—2000 элементарных звеньев приводит к Образованию твердого и упругого пластичного материала. Даль нейшее увеличение числа звеньев в.цепи макромолекул полиэтиле на приводит к увеличению жесткости материалов.
Свойства полимеров зависят также от расположения элемен тарных звеньев — мономеров — в крупных молекулах. В зависи мости от химической природы исходных веществ и технологии про изводства молекулы полимеров могут иметь линейное, разветвлен ное, сетчатое и пространственное строение.
В промышленности определились следующие методы (реакции) получения полимерных материалов.
1. Модификация природных полимеров различными химиче скими воздействиями с сохранением скелета молекулы .исходного вещества.
2. Полимеризация — реакция, при которой образование полиме ра происходит за счет соединения одинаковых молекул с прибавле нием концевых групп без выделения каких-либо побочных продук тов реакции. Образующийся таким путем полимер имеет молеку лярный вес, равный сумме молекулярных весов вступивших в реакцию молекул. Реакцией полимеризации получают полиэтилен,
полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, политетрафторэти лен.
3. Поликонденсация ■— реакция образования высокомолекуляр ных исходных веществ, сопровождаемая выделением побочных про дуктов — воды, аммиака и др. Процесс поликонденсации проис ходит ступенчато. Цепь растет путем взаимодействия двух молекул исходных мономеров с последующим присоединением других мо лекул-мономеров. В результате получаются макромолекулы л'инейного и пространственного строения. При поликонденсации обычно образуются молекулы с более короткими цепями, чем при поли меризации. Молекулярный вес поликонденсационных смол состав ляет 5000—8000. Поликонденсацией получают фенолоформальде гидные, мочевино- и меламиноформальдегидные смолы, сложные полиэфиры.
В зависимости от строения макромолекул полимерные вещест ва по-разному относятся к нагреванию и по этому признаку раз деляются на термопластичные и термореактивные.
Термопластичные полимеры при нагревании размягчаются и снова затвердевают при охлаждении, причем этот процесс может многократно повторяться. Макромолекулы термопластичных поли меров имеют линейное строение и получаются из мономеров, имею щих по две функциональные группы.
Отвердевание %ермореактивных смол необратимо. Они получа ются из мономеров, имеющих более двух функциональных групп. Этим объясняется то, что при нагревании макромолекулы могут расти в двух и трех направлениях, образуя сетчатые трехмерные ма кромолекулы. Такие смолы растворимы только в некоторых раст ворителях и плавятся лишь в начальной стадии конденсации. За тем растворимость смолы понижается — она переходит в неплав кое и нерастворимое состояние.
Состав пластмасс и их классификация. Высокомолекулярные вещества применяются в чистом виде или с различными добавками. Первые называются простыми пластмассами (например, органиче ское стекло), вторые — сложными или композиционными пласти ками. В состав сложных пластмасс входят различные вещества, которые по выполняемым ими функциям называются наполнителя ми, пластификаторами, красителями, смазывающими веществами
и др.
Наполнители — вещества, вводимые в полимерные материалы для их упрочнения, придания им требуемых физических свойств и снижения стоимости. Количество их составляет 40—70%. Неорга нические наполнители повышают, термическую и химическую стой кость материала, изменяют его электрические и другие физические
