Файл: Вуколов В.М. Детали из пластмасс в пневмогидравлических системах.pdf

Крашение полиэтилена производится теплостойкими и свето­ стойкими органическими и минеральными красителями, хорошо совмещающимися с полимером.

Производится полиэтилен в стабилизированном и нестабилизированном виде. В зависимости от применяемого стабилизатора полиэтилен может менять цвета. Определение предела прочности при растяжении и относительного удлинения полиэтилена ВД необходимо производить с учетом формы испытуемого образца и условий испытаний: скорости деформаций, температуры, тол­ щины образца и т. д. Полиэтилен ВД обладает высокой химиче­ ской стойкостью к агрессивным средам и органическим раство­ рителям при определенных концентрациях и температурах. Он мало устойчив к сильным окислителям, таким, как концентри­ рованная азотная кислота. При повышении температуры до 323 К материал разрушается через двое суток. Полиэтилен ВД относи­ тельно стоек к действию спиртов, мыл, жирных масел и т. п. Однако его стойкость в этих средах резко уменьшается, если

он в виде гранул или в виде порошка белого цвета. Особенностями структуры полиэтилена НД по сравнению с полиэтиленом ВД объясняются значительные различия в механических свойствах этих полимеров. Большой молекулярный вес и более высокая степень кристалличности полиэтилена НД обусловливают увели­ чение плотности, механической прочности, модуля упругости при изгибе и теплостойкости.

Однако высокая степень кристалличности материала при по­ вышении температуры уменьшается, а при температуре 403 К НД становится аморфным.

Полиэтилен НД более жесткий материал, чем полиэтилен ВД. Его модуль упругости при 293 К в 2,6 раза превышает модуль упругости полиэтилена ВД.

На практике наряду с определением предела прочности при растяжении и относительного удлинения при разрыве большое значение имеет определение предела текучести при растяжении и удлинения в начале течения. При переходе через предел теку­ чести происходят недопустимо большие деформации материала. Предел текучести определяет то напряжение, до которого возможна работа полимера в конструкциях. Для полиэтилена НД оно со­ ставляет (220—260) 105 Н/м2. Полиэтилен НД обладает более высокой теплостойкостью по сравнению с полиэтиленом ВД.

Концентрированная серная кислота на полиэтилен практи­ чески не действует. Концентрированная азотная кислота ухуд­ шает его механические свойства после 15-суточного контакта при комнатной температуре и разрушает материал при температуре выше 323 К- Полиэтилен НД значительно более стоек к действию спиртов, мыл, жирных масел и т. д., чем полиэтилен ВД. Вы­ пускается он стабилизированным или нестабилизированным, не­

52

окрашенным и окрашенным. Для окрашивания полиэтилена НД используются те же красители, что и для полиэтилена ВД.

Ф т о р о п л а с т . Это сравнительно новый и перспективный материал, получаемый методом полимеризации. Наиболее ши­ рокое применение в технике нашел фторопласт-4. Он представ­ ляет собой рыхлый порошок, превращающийся при холодном прессовании в плотные таблетки. При нагревании фторопласт-4 не плавится, а только размягчается. Если спрессованные таблетки нагревать до 633—653 К, то они спекаются в плотную белую массу, а при температуре выше 673 К — разлагаются.

Фторопласт-4 не растворяется ни в одном растворителе, на него действует только фторированный керосин. Этот полимер не смачивается водой и не набухает в ней. Водопоглощение его равно нулю. По химической стойкости фторопласт-4 превосходит все известные материалы, включая золото и платину. Он практи­ чески стоек ко всем органическим и минеральным маслам, кисло­ там, щелочам, органическим растворителям и разрушается только при действии расплавленных щелочьых металлов и эле­ ментарного фтора. Для фторопласта-4 длительно допустима тем­ пература до 533 К- Он исключительно стоек к низким температу­ рам (не становится хрупким при температуре жидкого воздуха), а также отличается высокими диэлектрическими свойствами.

Фторопласт-4 — самый тяжелый полимер из всех существую­ щих. Его коэффициент трения в семь раз ниже коэффициента тре­ ния хорошо полированной стали. Это дает возможность использо­ вать фторопласт-4 в машиностроении для трущихся деталей без применения смазки, однако при очень незначительных нагрузках, так как фторопласт подвержен хладотекучести, значительно уве­ личивающейся с повышением температуры. При удельных на­ грузках выше 30-ІО5 Н/м2 появляется заметная остаточная де­ формация, а при давлениях (200-Г-250) ІО5 Н/м2 материал пере­ ходит в область регулярного течения. Недостатками фторопласта-4, кроме хладотекучести, является малая твердость и трудность пере­ работки в изделия. Фторопласт-4 по ГОСТ 10007—62 выпускается марок А, Б, В. Эти марки отличаются термостабильностью: марка А — не менее 100, Б — 15 и В — 10 ч.

На основе фторопласта-4 разработан фторопласт-4Д, представ­ ляющий собой мелкодисперсную модификацию фторопласта-4. Фторопласт-4Д изготавливается из порошкообразного фторо­ пласта-4, который смешивается с определенным количеством замасливателя. В качестве смазки применяются различные органи­ ческие жидкости (бензин, ксилол или шестипроцентный раствор полиизобутелена в бензине). Полученная паста продавливается через профилированные мундштуки на порошковом прессе спе­ циальной конструкции. Готовый шнур после просушки для уда­ ления смазки, после спекания и закалки обладает достаточной прочностью на разрыв (около 90ІО5 Н/м2), большой пластичностью и малым коэффициентом трения. Полученное изделие назвали

53

фторопластовым уплотнительным материалом (ФУМ). Наряду с применением в качестве прокладочного материала ФУМ мо­ жет применяться для уплотнения резьбовых соединений. С этой целью используется лента ФУМ толщиной до 0,1 и шириной (10—15) ІО-3 м. Лента ФУМ обладает анизотропией, т. е. высо­ кой прочностью при растяжении в продольном направлении и не­ значительной в поперечном направлении.

П о л и к а п р о л а к т а м (капрон). Это один из наиболее широко применяемых материалов благодаря малому удельному весу, высокой механической прочности, износостойкости, низкому коэффициенту трения, хорошей адгезии к металлу, устойчивости

вещества, растворимого в воде (остаточного мономера). Оставаясь в изделиях, мономер снижает их механическую прочность и уве­ личивает влагопоглощение. В результате в условиях повышенной влажности, особенно под нагрузкой, изделия из капрона быстро теряют свою первоначальную прочность, изменяют геометрические размеры. В целях стабилизации свойств капрона приходится дли­ тельное время кипятить его в дистиллированной воде, чтобы от­ мыть от остаточного мономера.

Из поликапролактама изготавливают шестерни, вкладыши подшипников, различные детали крепежа, лопасти судовых греб­ ных винтов, вентиляторов, уплотнительные прокладки, уплот­

собой продукт поликонденсации сабациновой кислоты и гексаметилендиамина. По внешнему виду это твердые роговидные гра­ нулы от белого до светло-желтого цвета размером (3-^10) 10_3 м. Полиамид П-68 имеет высокие механические и диэлектрические

Полиамид П-68 применяется для изготовления деталей с хо­ рошими антифрикционными и электроизоляционными свойствами, а также изделий с высокими показателями прочности, стойких к действию щелочей, масел, жиров и углеводов. Полиамидная смола, наполненная тальком, графитом, широко используется последнее время для изготовления узлов уплотнений (манжет, прокладок и др.).

П о л и п р о п и л е н . Это высокомолекулярный продукт, по­ лучающийся методом стереоспецифической полимеризации про­ пилена при низком давлении на катализаторах Циглера—Натта. Полимер может иметь изотактическую структуру (все метальные группы расположены по одну сторону от условной плоскости)

54

или синдиотактическую (метальные группы чередуются в строгой последовательности по обе стороны от условной плоскости).

Полимер, выпускаемый в промышленности, представляет со­ бой смесь различных структур, соотношение которых зависит от условий проведения процесса. Наиболее ценным материалом является полимер с низким содержанием примесей. В зависимости от молекулярного веса и содержания изотактической части свой­ ства полимера могут изменяться в широких пределах. Наиболь­ ший промышленный интерес представляет полимер с молекуляр­ ным весом 80 000—200 000 и содержанием изотактической части

80—95%.

Полипропилен выпускается в виде порошка белого цвета или гранул с насыпной массой (0,4—0,5) г/см3. Полипропилен имеет более высокую температуру плавления, чем полиэтилен и со­ ответственно более высокую температуру размягчения. Макси­ мальная температура использования полипропилена достигает 393—413 К. Все изделия из полипропилена не только выдержи­ вают кипячение, но могут подвергаться стерилизации паром без какого-либо изменения их формы или механических свойств. Полипропилен — химически стойкий материал. Заметное воздей­ ствие оказывают на него только окислители — хлорсульфоновая кислота, дымящая азотная кислота, галоиды, олеум. В органиче­ ских растворителях полипропилен при комнатной температуре незначительно набухает. Выше 373 К он начинает растворяться в ароматических углеводах, таких как бензол, толуол.

Полипропилен — водостойкий материал. Даже после длитель­ ного контакта с водой (при комнатной температуре в течение шести месяцев) водопоглощение полипропилена менее 0,5%, а при

333К — менее 2%.

По л и ф о р м а л ь д е г и д . Он представляет собой продукт

полимеризации формальдегида или его тримератриоксана. По внешнему виду это белый порошок, который после переработки имеет цвет слоновой кости с перламутровым отливом. Он легко окрашивается. Полиформальдегид — термопластичный материал

свысокой степенью кристалличности.

Внастоящее время в СССР выпускают полиформальдегид двух марок А и В, которые благодаря молекулярным весам имеют различное применение. Наибольший интерес представляет поли­ мер с молекулярным весом 30 000—100 000. При повышенных тем­ пературах прочность его уменьшается, а относительное удлине­ ние возрастает. Полиформальдегид является одним из наиболее жестких материалов; модуль упругости сохраняет большую ве­ личину при высокой температуре и влажности. Изменение тем­ пературы не оказывает существенного влияния на удельную удар­ ную вязкость полиформальдегида. Так, снижение температуры до 233 К уменьшает прочность незначительно, что свидетельст­ вует о высокой морозостойкости материала. Влажность также почти не влияет на ударную прочность полиформальдегида,

55

повышение ее до 100% дает лишь незначительное увеличение удель­ ной ударной вязкости. Образцы полиформальдегида хорошо вы­ держивают сжатие, не деформируясь при нагрузке до 900 Н. Он обладает высокой стойкостью к истиранию, занимая второе место после полиэтилена, и низким коэффициентом трения. По своим усталостным свойствам полиформальдегид значительно превосходит остальные термопластичные материалы. На его уста­ лостную прочность почти не влияет влага и смазочные материалы. Максимальное водопоглощение полимера (0,1%) устанавливается через 6—7 суток.

Полиформальдегид, благодаря ценному сочетанию высокой механической прочности, сопротивления сжатию, истиранию, усталости и течению, сохранению свойств в условиях высокой влажности, а также стойкости к действию жидкого топлива и сма­ зочных материалов пригоден для использования в качестве за­ менителя стали, цветных металлов, цемента, дерева и других ма­ териалов. Из него изготавливаются такие ответственные детали, как втулки и вкладыши подшипников скольжения, сепараторы и кольца подшипников качения, тела качения. Детали из поли­ формальдегида можно применять на машинах, используемых в пи­ щевой промышленности. Полиформальдегид используется также для изготовления шестерен, работающих бесшумно при больших окружных скоростях. Вода и масло, применяемые в качестве смазки для шестерен, не вызывают снижения прочности.

В табл. 4 приводятся некоторые физико-механические свойства описанных выше полимеров.

При рассмотрении и оценке различных конструкций из поли­ меров (особенно полиамидов) необходимо принимать во внимание характер изменения физико-механических свойств в зависимости от различных факторов, преимущественно от температуры, со­ держания влаги, масла, времени действия нагрузок. Так, напри­ мер, установлено, что радиактивное облучение позволяет резко изменить такие свойства пластмасс, как: электропроводность, хими­ ческую стойкость, температуру плавления, механическую проч­ ность. Мягкие и пластичные материалы становятся жесткими и приобретают хрупкость подобно стеклу. Под действием облуче­ ния полиэтилен из термопласта с температурой плавления 386 К становится материалом с резиноподобными свойствами. Облу­ ченный полиэтилен не имеет определенной температуры плавле­ ния: при высоких температурах его прочность на разрыв падает, но работоспособность в известных границах сохраняется. По­ этому предельная рабочая температура для необлученного поли­ этилена составляет 343 К, для облученного — 403 К.

Из сказанного следует, что при эксплуатации полимерных уплотнителей важно знать, в каких соединениях — открытых или закрытых, — они используются [36].

В результате водопоглощения изменяются не только размер­ ные параметры деталей из пластмасс, но и их физико-механиче-

56