Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf

Новолачные смолы получают конденсацией фенола с альдегид дом при избытке фенола в присутствии кислого катализатора (со­ ляной, щавелевой и других кислот). Эти смолы являются термо­ пластичными. Для придания термореактивных, свойств пластмас­ сам, получаемым на основе новолачных смол, в последние вводят уротропин, который при нагреве распадается на аммиак. Послед­ ний способствует образованию поперечных связей между линейны­ ми макромолекулами новолачных смол.

Резольные смолы получают конденсацией фенолов с формальдегидом при избытке формальдегида в присутствии основных ката­ лизаторов (NaOH, ВаОН, NH4OH и др.). Резольные смолы тер­ мореактивны.

В зависимости от характера наполнителя фенопласты делятся на неслоистые (пресс-материалы), волокнистые и слоистые (слойматериалы) .

Неслоистые пластмассы представляют композиции из связую­ щих смол и наполнителя с добавками других составляющих. В ка­ честве наполнителей применяют порошки — древесную муку, моло­ тый асбест, кварц, слюду, графит и др. Недостаток изделий из не­ слоистых пластмасс (пресс-порошков) — невысокая прочность к ударным нагрузкам.

Волокнистые и слоистые пресс-материалы отличаются значи­ тельно большей прочностью. При изготовлении волокнистых прессматериалов в качестве наполнителей применяют стеклянное волок­ но, асбест, хлопковые очесы, льняное волокно и др.

Широкое распространение в качестве фрикционного материа­ ла получили асборезольные пресс-материалы, в состав которых входит около 60% асбестового волокна и фенолоформальдегидная смола. Плотность такого типа материалов составляет 1,7—- 1,9 г/см3, прочность на сжатие 800—1000 кГ/см2, на растяжение — до 250 кГ/см2, коэффициент трения без смазки около 0,3.

Слоистые пластмассы имеют явно выраженную слоистую струк­ туру. В качестве наполнителя у них применяют листы бумаги, тка­ ни из натуральных, синтетических и стеклянных волокон, асбесто­ вую ткань, древесный шпон и др. Вследствие малой текучести из слоистых пластмасс методом горячего прессования обычно изготав­ ливают плиты, пластины, блоки и другие полуфабрикаты, которые в дальнейшем подвергаются механической обработке. Широкое

80 кГ/см2 пакетов, набранных из листов бумаги, пропитанной ре­ зольной крезолоформальдегидной смолой. Температура обработки

155—160°.

Гетинакс нашел широкое применение в электро- и радиотехни­ ческой промышленности для изготовления электроизоляционных изделий.

Электротехнический гетинакс толщиной от 0,2 до 50 мм из­ готавливают 11 марок. Повышенной электрической прочностью об­

ладает гетинакс марок А и Б; наибольшая механическая прочность соответствует маркам В, Г, Д, высокая теплостойкость — Бв.

Гетинакс нестоек к сильным кислотам и щелочам, но устойчив против жиров и минеральных масел. Уксусная, соляная и фосфор­ ная кислоты оказывают слабое воздействие на гетинакс. Для по­ вышения электрического сопротивления, особенно во влажной ат­ мосфере, гетинакс после механической обработки лакируется.

Текстолит изготавливают в виде листов толщиной от 0,2 до 100 мм из хлопчатобумажной ткани, пропитанной резольной фено­ лоформальдегидной смолой. Пакеты ткани прессуют в многоэтаж­

реплетения их нитей), технологии подготовки ткани перед прессо­ ванием, свойств пропиточного пластика и количества слоев ткани на единицу толщины материала.

Выпускается текстолит поделочный марок ПТК, ПТ и ПТ-1; металлургический марки Б и электротехнический марок А, Б, В и Г. Наибольшей механической прочностью обладает, текстолит мар­ ки ПТК.

Поделочный текстолит применяют для изготовления вклады­ шей подшипников, шестерен, шкивов, прокладок, металлургиче­ ский — для изготовления вкладышей подшипников валков прокат­ ных станов.

Электротехнический текстолит обладает худшими, чем поде­ лочный, механическими свойствами, но у него более высокое элек­ тросопротивление. Водостойкость и электроизоляционные свойства текстолита ниже, чем гетинакса.

Замена хлопчатобумажной ткани нейлоновой при изготовлении текстолита позволяет получить материал с повышенными электро­ изоляционными свойствами и высокой механической прочностью.

Стеклотекстолит изготавливают прессованием стеклянной тка­ ни, пропитанной фенолоформальдегидной смолой. Его применяют как конструкционный, электроизоляционный и поделочный мате­ риал в самолето-, машино- и судостроении, электро- и радиотехни­ ке, в строительстве. Он отличается высокой прочностью, влаго- и теплостойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами.

Исключительно высокими механическими свойствами обладает слоистый стеклопластик, получаемый горячим прессованием стекло­

лизноэпоксидного и др.). Этот материал анизотропен, его свойства зависят от направления волокон. Так, например, прочность при рас­ тяжении стеклошпона может изменяться от 2200 до 9500 кГ/см2. Его теплостойкость составляет 100—300°. Он имеет высокие элек­ троизоляционные свойства. Стеклошпон применяют для изготовле­ ния легких плит перекрытия и несущих панелей, в качестве гидро­ изоляции в подземных сооружениях, для витковой и пазовой изо­ ляции в электромоторах транспортных машин и других изделиях.

483

Асботекстолит изготавливают прессованием при 150—160° ас­ бестовой ткани, пропитанной спиртовым раствором фенолоформаль­ дегидной смолы. Он менее водостоек, чем стеклотекстолит, имеет более низкие диэлектрические свойства, чем у других слоистых пресс-материалов, но является хорошим теплоизолятором, выдер­ живающим достаточно высокий нагрев.

Особое место занимают древеснослоистые пластики (ДСП), изготавливаемые склеиванием при температуре 140—150° и под давлением до 150 кГ/см2 тонкого (0,3—1,5 мм) лущеного шпона, пропитанного смолами. Для изготовления шпона используют бере­ зовую и реже буковую древесину. Перед пропиткой шпон выщела­ чивают обработкой 3—5%-ным раствором щелочи и высушивают. При этом он уплотняется на 30—35%, его прочность на растяжение увеличивается в 1,5—2 раза.

Пропитку осуществляют спиртовым раствором резольных смол в автоклавах или открытых ваннах. В автоклавах сначала создают разрежение, а затем, после выдержки, при которой происходит уда­ ление части влаги, впускают раствор смолы и создают на 30— 90 мин давление в 4—5 ат. После сушки содержание смолы в шпо­ не в зависимости от пластика составляет 16—25%.

Расположение волокон в слоях шпона определяется типом ма­ териала: параллельные, под углом в 90°, звездчатые и т. д. ДСП выпускают в виде плит и листов. Они маркируются прописными буквами А, Б, В, Г, Д, которые указывают способ укладки, и строч­ ными: а (авиационный), э (электротехнический), м (пропитанный минеральными маслами, антифрикционный), т (для деталей тек­ стильных машин). Например, ДСП-A, ДСП-Гм и т. д. Плотность ДСП составляет около 1,3 г/см3. Прочность на растяжение в зави­ симости от направления волокон и типа материала изменяется от 1200 до 3000 кГ/см2.

Следует обратить внимание на антифрикционные свойства ДСП. При удельном давлении до 6 кГ/см2 и окружной скорости 5 м/сек коэффициент трения по стали составляет 0,01—0,005, а с увеличе­ нием давления до 100—300 кГ/см2 снижаетсй до 0,002—0,004.

Недостатком ДСП является сравнительно невысокая химическая стойкость и способность разбухать в воде.

ДСП находят широкое применение для изготовления облицо­ вочных и конструкционных деталей машин, электроаппаратуры

и т. д.

Полиамидные смолы (капрон и нейлон) широко применяются и как синтетические волокна, и как пластмассы. Из этих смол из­ готавливают ответственные детали машин и приборов.

Полиамиды представляют собой твердые высокоплавкие смо­ лы микрокристаллического строения с молекулярным весом 8000— 25 000. Они отличаются высокой прочностью, составляющей в не­ растянутом состоянии 400—450 кГ/см2, а после вытяжки в 350— 500% — до 4000—45000 кГ/см2.

Полиамиды являются антифрикционным материалом, из кото­ рого изготавливают втулки подшипников скольжения. Полиамид­

484

ные волокна прочнее природных, что определило их широкое ис­ пользование как в технике, так и в быту. Материалы из полиамид­ ных волокон не поддаются гниению, стойки к щелочам, не гидроли­ зуются под действием кислот.

Для изготовления волокна или конструкционных деталей поли­ мер в виде крошки плавится при температуре 260—270° в атмосфе­

с концевыми эпоксидными группами. Промышленностью выпуска­ ются эпоксидные смолы различных марок, например низкомоле­ кулярные ЭД-5 (молекулярный вес около 400), ЭД-6 (молекуляр­ ный вес около 500).

В зависимости от вида отвердителя эпоксидные смолы могут затвердевать при комнатной температуре или при нагревании. Про­ цесс затвердевания сопровождается изменением механических, фи­ зических и химических свойств материала. Отвердевшая смола без наполнителя и пластификатора представляет собой хрупкий мате­ риал с высоким коэффициентом линейного расширения. Поэтому пластмассы на основе эпоксидных смол обычно производят с на­ полнителями и пластификаторами (компаунды). В качестве напол­ нителя используют фарфоровую муку, цемент, кварцевую муку, металлические порошки и др., в качестве пластификатора — дибутилфталат, трикрезилфосфат и др. Отвердевшие эпоксидные компаунды обладают высокой механической прочностью, водо­ стойкостью, низкой влагопроницаемостью и другими цепными свойствами. Компаунды широко применяются в качестве клеев, пропиточных и заливочных материалов.

Эпоксидные смолы токсичны, поэтому при работе с ними сле­ дует предусматривать специальные меры безопасности.

Кремнийорганические соединения могут иметь линейное и про­ странственное строение макромолекул, которые содержат в основ­ ной цепи чередующиеся атомы кремния и кислорода. Связь между кремнием и кислородом термически более устойчива, чем связь между атомами углерода. Это обусловливает более высокую тепло­ стойкость кремнийорганических смол и пластмасс на их, основе.

Линейные молекулы характерны для жидких или твердых эластичных материалов (каучуки), разветвленные — для смол.

485

Кремнииорганические полимеры термореактивны, тепло- и во­ достойки и отличаются высокими диэлектрическими свойствами, малым изменением вязкости с повышением температуры. Они устойчивы к свету, безвредны для кожи человека. На основе кремнийорганических смол получают различные лаки, смазки, тормоз­ ные жидкости, клеи, каучуки, пластмассы, стеклолиты и др. Не­ которые кремнийорганические соединения используются для при­ дания различным материалам гидрофобных свойств (несмачиваемости).

Примером высокой эффективности применения кремнийорганических соединений является изготовление электродвигателей с теплостойкой изоляцией на их основе. Вес этих двигателей на 40—50% меньше веса двигателей с обычной изоляцией на основе растительных масел, битумов, органических волокон и других не­ теплостойких полимеров.

Пластмассы класса В. К классу В' относятся пластмассы, осно­ ву которых составляют модифицированные природные полимеры — целлюлозы. Целлюлоза (клетчатка) содержится в хлопке (до 95%), древесине (до 60%) и других материалах органического происхож­ дения. Она способна образовывать простые и сложные эфиры, на основе которых и создаются различные термопластичные мате­ риалы.

Из простых эфиров целлюлозы применяются этилцеллюлоза, метилцеллюлоза, бензилцеллюлоза и др. К сложным относятся эфиры азотной (нитроцеллюлоза) и уксусной (ацетилцеллюлоза) жислот.

Пластификаторы (камфора, диметилфталат и др.) образуют с эфирами целлюлозы однородную массу, которая набухает и об­ разует студнеобразную массу — желе. В качестве наполнителей применяются каолин, гипс, льняные очесы и др.

Нитроцеллюлоза применяется в производственитролаков, ни­ трошелка, бездымных порохов, пленки и для получения различных пластмасс. Свойства ее изменяются в зависимости от содержания связанного азота.

Ацетилцеллюлоза является продуктом взаимодействия уксус­ ного ангидрида и целлюлозы в присутствии серной кислоты. Аце­ тилцеллюлоза обладает большей, чем нитроцеллюлоза, химической стойкостью, трудно воспламеняется, имеет высокое электрическое сопротивление, электризуется при трении. На ее основе изготовля­ ются авиационные лаки, ацетатный шелк, негорючая кинопленка и различные пластмассы, применяемые в слаботочной технике.

Этилцеллюлоза отличается высокой щелочестойкостью, малым удельным весом (1,14), морозостойкостью, хорошей адгезией к ме­ таллам, дереву и тканям. Ее применяют для изготовления антикор­ розийных покрытий, оболочек радиодеталей, лаков, уплотнений и литьевых материалов.

На основании эфиров целлюлозы изготавливают пластмассы, обладающие почти полной негорючестью и достаточно высокой прочностью и получившие название этролов (из начальных букв слов «электро», «телефон», «радио»).

486