Экономный нирезист

^{ГЛАВА XII ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЛАСТМАССАХ И РЕЖИМАХ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ}

^{1. Классификация пластмасс, применяемых в машиностроении}

^{Пластмассами называют материалы, способные при определенных температуре и давлении принимать заданную форму и сохранять ее в эксплуатационных условиях.}

^{Обычно пластмассу получают в результате совместной обработки высокомолекулярных органических соединений (синтетических смол), наполнителей, окрашивающих веществ, пластификаторов, отвердителей и других добавок. Главной составляющей пластмассы, определяющей ее тип и основные свойства, является смола.}

^{Наполнитель существенно влияет на характеристику пластмассы, изменяя ее физико-механические и электрические свойства. Кроме того, введение наполнителей уменьшает стоимость пластмассы, так как сокращает расход сравнительно дорогой смолы.}

^{В качестве наполнителей применяют молотую слюду, кварц, стекловолокно (минеральные наполнители), а также древесную муку, хлопчатобумажное волокно (органические наполнители).}

^{Пластификаторы повышают текучесть пластмассы, облегчая ее переработку в пресс-формах.}

^{Отвердители способствуют ускорению процесса отверждения и сокращают цикл изготовления изделий.}

^{Наполнители, красители и другие добавки не являются обязательными компонентами, пластмасса может состоять только из полимера, например полиэтилен, полистирол.}

^{В зависимости от применяемых смол пластмассы разделяют на термореактивные и термопластичные (реактопласты и термопласты).}

^{Реактопласты при нагреве во время переработки переходят в неплавкое и нерастворимое состояние. Процесс переработки реактопластов необратим — они не размягчаются вторично.}

^{В машиностроении широко применяют термореактивные прессовочные массы, получаемые на основе фенолальдегидных смол или их модификаций (фенопласты).}

^{В зависимости от состава и назначения фенопласты делятся на следующие типы:}

^{О — общего назначения;}

^{Сп — специальные безаммиачные;}

^{Э — электроизоляционные;}

^{Вх — влагохимстойкие;}

^{У — ударопрочные;}

^{Ж — жаростойкие.}

^{Каждый тип состоит из нескольких групп. В зависимости от смолы и наполнителя прессматериалы, входящие в группу, подразделяют на марки.}

^{Обозначение марок фенопластов состоит из названия материала, обозначения группы, смолы и наполнителя.}

^{Например, марка фенопласта группы Ж1 черного цвета, изготовленного на фенольной новолачной смоле 010 с асбестом в качестве наполнителя 40, обозначается: фенопласт Ж1—010—40 черный ГОСТ 5689—73.}

^{В табл. 114 приведены данные о свойствах некоторых широко применяемых реактопластов.}

^{114. Физико-механические свойства реактопластов}

Показатели	Марки
О3-010-02	Э2-330-02	Сп1-342-02	АГ-4С	ДСВ-2Р-2М
Плотность, г/см3, не более	1,40	1,40	1,40	1,90	1,85
Ударная вязкость, кгс*см/см2, не менее	6.0	4,5	4,5	160	45
Разрушающее напряжение при изгибе, кгс/см2, не менее	700	650	600	2500	1600
Рабочая температура, °С	От -50 до +110	От -50 до + 110	-	От-60 до+200	От-60 до+200
Электрическая прочность, кВ/мм, не менее	13,0	15,0	12,0	13	14
Усадка, %	0,4-0,8	0,4-0,8	0,4-0,8	Не более 0,15	Не более 0,15

^{Термопласты приобретают пластичность при нагревании, а при охлаждении переходят в твердое состояние. Эту способность они сохраняют неоднократно. Процесс изготовления изделий из термопластов является обратимым, что позволяет использовать отходы для повторной переработки.}

^{Из термопластов наиболее широкое распространение в машиностроении получили полиэтилен, полистирол, полиамиды и другие материалы.}

^{Краткие сведения о некоторых из них приведены в табл. 115.}

^{115. Физико-механические свойства термопластов}

Показатели	Термопласты
полиэтилен	полипропилен	ударопрочный полистирол	сополимер формальдегида СФД	поликарбонат
Плотность, г/см3, не более	0,955	0,91	1,06	1,42	1,2
Ударная вязкость, кгс*см/см2	2-12,0 С надрезом	33-80 С надрезом	5 С надрезом	6 С надрезом	120
Разрушающее напряжение при изгибе, кгс/см2, не менее	200	900	350	1000	1000
Интервал рабочих температур, °С	±60	-60 ÷ +120	-60 ÷ +70	-60 ÷ +100	-60 ÷ +135
Электрическая прочность, кВ/мм, не менее	45	28	—	20	20
Тангенс угла диэлектрических потерь при 106 Гц	3*10-4	4*10-4	—	0,0045	0,01
Усадка, %	2-3	1-2,5	0,4-1,2	1,5-3,5	0,6-0,7

Пластическими массами (пластмассами) обычно называют неметаллические материалы, перерабатываемые в изделия методами пластической деформации (прессование, экструзия, литье под давлением и т.д.), обладающие пластическими свойствами в условиях переработки и не обладающие этими свойствами в условиях эксплуатации. Таким образом, при обычных температурах пластмассы представляют собой твердые, упругие тела.
Чтобы лучше представить себе некоторые механические свойства пластмасс, сравним эти свойства с аналогичными свойствами некоторых металлов. Плотность различных пластмасс колеблется от 0,9 до 2,2 г/см3; имеются особые типы пластмасс (пенопласты) с плотностью 0,02 - 0,1 г/см3. В среднем пластмассы примерно в " раза легче алюминия и в 5-8 раз легче стали, меди и других металлов, а некоторые сорта пенопластов более чем в 10 раз легче пробки. Прочность некоторых видов пластмасс даже превосходит прочность некоторых марок стали, чугуна, дюралюминия и др.
По химической стойкости пластмассы не имеют себе равных среди металлов. Они устойчивы не только к действию влаги воздуха, но и таких сильнодействующих химических веществ, как кислоты и щелочи.
Обычно пластмассы являются диэлектриками. Отдельные сорта пластмасс представляют собой лучшие диэлектрики из всех известных в современной технике.
В настоящее время известен целый ряд пластмасс, обладающих значительной тепло- и морозостойкостью, что позволяет применять их для изготовления изделий, работающих в широком интервале температур.
По своим антифрикционным свойствам многие пластмассы значительно превосходят лучшие антифрикционные сплавы металлов. Многие типы пластмасс при использовании их для подшипников не требуют смазки, другие же могут "смазываться" просто водой.
Наряду с большой механической прочностью некоторые виды пластмасс обладают прекрасными оптическими свойствами.
Обычно пластмассы имеют твердую, блестящую поверхность, не нуждающуюся в полировке, лакировке или поверхностной окраске. Внешний вид их не изменяется от обычных атмосферных воздействий.
По методам переработки пластмассы имеют значительное преимущество перед многими другими материалами. Благодаря изготовлению изделий из пластмасс методами прессования, литья под давлением, формования, экструзии и другими методами устраняются отходы производства (стружки), появляется возможность широкой автоматизации производства.
Наконец, большим преимуществом пластических масс перед другими материалами является неограниченность и доступность сырьевой базы (нефтяные газы, нефть, уголь, отходы лесотехнической промышленности, сельского хозяйства и др.).

Перечислим лишь основные отрасли промышленности, в которых в широких масштабах применяются пластические массы.
В электротехнической и радиотехнической промышленности пластмассы используются в качестве конструкционных и изоляционных материалов при производстве электродвигателей, трансформаторов, электрических кабелей и проводов, радиоаппаратуры, телевизоров, печатных схем и др. В машиностроении пластмассы применяют для производства конструкционных элементов машин и механизмов, бесшумно трущихся частей машин, самосмазывающихся подшипников, многих деталей станков и машин, подвергающихся в процессе работы истиранию.
Некоторые виды пластмасс, обладающие высокой стойкостью в агрессивных средах, используются в химическом и нефтяном машиностроении и др.
Особенно высокий экономический эффект дает применение пластмасс в тяжелом, энергетическом, транспортном и химическом машиностроении, автомобиле- и приборостроении. Широкое применение пластмассы находят также в строительстве. Из них изготавливают высококачественные термо-, гидро- и звукоизоляционные материалы, арматуру, санитарно-техническое оборудование и др.
Подсчитано, что суммарный экономический эффект от использования пластмасс в народном хозяйстве за седьмую и восьмую пятилетки составил более 3,6 млрд. руб.
Пластические массы обладают очень высокими электро-, тепло- и звукоизолирующими свойствами, почти абсолютной стойкостью к действию агрессивных сред; обеспечивают защиту от радиоактивных излучений; способны отражать или пропускать световые, звуковые и радиоволны. Пластмассы широко применяются в новейших областях техники - атомной энергетике, электронике, ракетной технике, современном самолетостроении и др.
И, наконец, если мы внимательно оглянемся кругом, то заметим массу вещей, изготовленных из пластмасс, которые прочно вошли в наш быт. Большое число деталей холодильников, телевизоров, пылесосов, стиральных машин, спортивные принадлежности, игрушки, посуда, отделочные и упаковочные материалы, различные предметы галантереи, санитарии и гигиены - вот далеко не полный перечень изделий из пластмасс, широко применяемых в быту.

Пластмассы

Пластмассы — это большая группа искусственных материалов, по­лученных на основе синтетических или природных высокомолекулярных соединений (смол). Пластмассы делятся на простые и сложные (композиционные). Простые пластмассы в основном состоят из чистых смол, а сложные — из связующего вещества, наполнителя, пластификаторов, красителей, смазывающих веществ, катализаторов и других специальных добавок. В качестве связующего вещества применяют различные природные и синтетические смолы, битум, асфальт, цемент. В качестве наполнителей применяют древесную муку, хлопчатобумажные и льняные волокна, древесный шпон, асбестовое и стеклянное волокно, мелко нарезанную ткань и бумагу, мел, гипс, графит, каолин, воск, глицерин, мыло и др. Для увеличения пластичности и текучести пластмассы используют пластификаторы. Обычно пластмассы содержат 1—2% смазывающих веществ, основное назначение которых — устранить прили­пание связующих веществ к пресс-форме. В качестве смазывающих веществ применяют воск, стеарин, трансформаторное масло и др. Красители окрашивают пластмассу в необходимый цвет; для крашения применяют охру, додалин, нигрозин, зеленый бриллиант и т. д. Пластмассы в зависимости от входящих компонентов делятся на следующие виды: пресс-порошки, волокниты, слоистые и литьевые, пластики и листовые термопластмассы. Пресс-порошками называются пластмассы, полученные из порошкообразных исходных материалов (древесной муки, молотого кварца, молотой слюды, асбеста). Волокни-тами называются пластмассы, полученные из волокнистых исходных материалов (хлопчатобумажных, стеклянных, асбестовых и др.). Слоистыми называются пластмассы, полученные из исходных материалов в виде ткани или бумаги (текстолит, стеклотекстолит, гетинакс). Литьевыми пластиками называются пластмассы, состоящие только из одного компонента—смолы, по типу которой они и классифицируются. Листовые — это пластмассы, в состав которых кроме смолы входят еще в небольшом количестве пластификаторы и стабилизаторы (органическое стекло, винипласт). В зависимости от связующего вещества различают фенопласты, аминопласты и эпоксипласты. От того, как ведет себя связующее вещество при нагреве, пластмассы делятся на термопластические и термореактивные. Термопластические пластмассы обладают свойством при нагревании размягчаться и плавиться, а после прессования при охлаждении твердеть, не теряя способности к растворению и повторной переработке. Термореактивные пластмассы обладают свойством при нагреве до определенной температуры вступать в химическую реакцию. Они являются необратимыми и повторному формированию не поддаются, поэтому бракованные детали после измельчения используются как наполнители при производстве пресс-порошков. Пластмассы применяют во всех отраслях народного хозяйства. В машиностроении имеют широкое применение конструкционные пластмассы. Из них изготовляют различные детали машин. Ниже дается краткое описание основных промышленных типов пластмасс, имеющих распространение в машино- и приборостроении. Полистирол — прозрачный бесцветный полимер с высокой водо­стойкостью, стойкий к агрессивным средам, радиоактивному излучению и обладает высокими электроизоляционными свойствами. Наряду с хорошими механическими свойствами полистирол удачно сочетает в себе низкую плотность, твердость и другие качества, в результате чего его широко применяют в высокочастотных установках, в радиотехнике, в химическом аппаратостроении. К недостаткам полистирола относятся хрупкость, малая теплостойкость (80° С) и др. Полиэтилен — наиболее легкая термопластическая пластмасса, полученная полимеризацией газообразного этилена. Полиэтилен обладает высокой кислотостойкостью, диэлектричностью, прочностью, имеет достаточную твердость и эластичность, которая сохраняется и при температурах до —60° С. Полиэтилен применяют в основном как изоляционный материал для высокочастотных кабелей, деталей радио­аппаратуры в виде тонких пленок (до 0,04—0,05 мм), изоляционных прокладок, упаковочного и защитного материала, изготовления водо­проводных и нефтепроводных труб, емкостей, работающих в агрессивных средах. Кроме того, из него изготовляют зубчатые колеса в приборах и станках при небольших нагрузках. Хорошая твердость, полупрозрачность, нетоксичность и инертность позволяют применять поли­этилен для изготовления небьющейся посуды. Фторопласт-4 — материал с исключительно высокими диэлектри­ческими свойствами, совершенно не смачивается водой и не набухает, обладает высокой термической и химической стойкостью, по стойкости к агрессивным средам превосходит золото и платину. Твердость фто-ропласта-4 невысокая. Он текуч на холоде, и поэтому его используют для изготовления деталей методом холодной прессовки с последующим спеканием. Фторопласт-4 используют как изоляционный материал в технике сверхвысоких частот и для изготовления химически стойких деталей. Тонкие пленки (0,02—0,04 мм) используют для пазовой изоляции электрических машин и для изготовления пленочных конденсаторов. Фторопласт-3 при нагреве размягчается и плавится, на холоде текучесть отсутствует; он обладает высокими механическими характеристиками по сравнению с фторопластом-4. Фторопласт-3 перерабатывают в детали методом горячего прессования, пресс-литьем, шприцеванием; используется в технике для изготовления особо ответственных деталей как связывающий материал и для изготовления сложных деталей (каркасов, катушек индуктивности и др.). Полиамид — износостойкий материал с плотностью ИЗО кгс/м2 и температурой размягчения 240—260° С. Этот материал обладает высокой стойкостью к действию кислот, щелочи, углеводородов и масел; используется для изготовления зубчатых колес, деталей счетных машин и других трущихся деталей. Детали из полиамида в 2—3 раза легче и дешевле, чем детали из оловянного сплава. Капрон — твердое вещество белого или светло-желтого цвета, получен в результате поликонденсации капролактана. Капроновые детали имеют высокую поверхностную твердость и прочность на изгиб и удар, обладают малым коэффициентом трения скольжения и малым износом, стойкие по отношению к жирам, маслам и щелочам. К недостаткам капрона следует отнести значительную усадку (до 2%) и склонность к старению при повышенных температурах. Капрон применяют для изготовления износостойких деталей, а также используют как изоляционный материал для изготовления арматуры, каркасов и т. д. Винипласт — продукт, полученный из полихлорвиниловой смолы, жесткий, стойкий по отношению к воде, спирту, минеральным маслам, почти всем щелочам и кислотам, хороший диэлектрик. Светочувствительность и склонность к ползучести в нормальных условиях являются его недостатком. Винипласт применяют в химической промышленности для изготовления деталей, подвергающихся действию агрессивных веществ, так как он имеет высокую стойкость к действию кислот, щелочей, растворов солей, бензина, смазочных веществ и т. д. Листы и трубы из винипласта используют как футеровки ванн и резервуаров, а также для изготовления типографского шрифта, клише и других изделий. При специальной обработке пластификаторами и веществами, об­легчающими растворимость смол, получается эластичный материал — поливинилхлоридовый пластикат. Из него изготовляют плащи, клеенки, различные прокладочные и подстилочные материалы. Винипласт и пластикат можно сваривать. Полиметилметакрилат (плексиглас или органическое стекло) является продуктом переработки сложных органических соединений по-лиметакриловых смол. Это прозрачный изоляционный материал, хорошо противостоящий ударам, в 2 раза легче обычного силикатного стекла, обладает достаточной твердостью и прочностью, антикоррозионными свойствами и стойкостью к многим минеральным и органическим растворителям. К его недостаткам следует отнести низкую теплостойкость. Полиметилметакрилат применяют для остекления приборов, аппаратуры, изготовления печатных схем. Волокниты — это пластмассы, полученные специальной обработкой волокнистых наполнителей и термореактивной смолы. Изделия из волокнита прессуются горячим прессованием на основе таких наполнителей, как хлопчатобумажные, асбестовые и стеклянные волокна с фенолформальдегидными, анилиноформальдегидными, меламинофор-мальдегидными, полисилоксановыми и другими смолами — связующими веществами. Волокниты обладают повышенной удельной ударной вязкостью. В зависимости от наполнителя различают волокнит (хлопковые очесы), асбоволокнит (асбестовое волокно), стекловолокнит (стеклянное волокно). Волокниты применяют для изготовления деталей машин, работающих на удар, а асбестоволокниты используют для деталей с высокой теплостойкостью (200—250° С) и хорошими фрикционными свойствами, как, например, тормозные колодки, фрикционные муфты, диски сцепления и т. д. Детали из стекловолокнита коррози-онностойки ко многим агрессивным средам, водо- и теплостойки (350°С) и обладают высокими электроизоляционными свойствами. Из стекловолокнита изготовляют детали, работающие как диэлектрики, корро-зионностойкие и высокопрочные трубы, маслоотсеки, кузова автомобилей, лодки, вагоны. Слоистые пластмассы — это материалы, изготовленные прессованием термореактивной смолы с листовыми наполнителями В зависимости от наполнителя различаются текстолиты, асбестотекстолиты, гетинаксы, стеклотекстолиты и древеснослоистые пластики. Текстолиты получают прессованием наполнителя (многослойной хлопчатобумажной ткани) совместно со связующим веществом, чаще всего бакелитом. Текстолит обладает высокими электроизоляционными и фрикционными свойствами, износостойкостью. Промышленность выпускает текстолит в виде листов (толщиной 0,5—50 мм), плит и стержней. Его применяют для панелей аппаратов, для изготовления подшипников, зубчатых колес и других машин и приборов. На деталях из текстолита можно нарезать резьбу. Асбестотекстолит в отличие от текстолита имеет наполнитель — асбестовую ткань, в результате чего материал приобретает повышенный коэффициент трения, высокую теплостойкость и способность выдерживать большие давления. Основное назначение асбестотекстоли га — использование в качестве теплоизоляционных облицовок для различных деталей машин специального назначения. Гетинакс, или бакелитовая фибра, является слоистой пластмассой, в которой наполнителем является бумага. Гетинакс имеет хорошие диэлектрические свойства с удовлетворительной механической прочностью. Промышленность выпускает гетинакс в виде листов толщиной 0,2—50 мм. Его применяют для изготовления зубчатых колес, плит, прокладок, силовых панелей и т. п. и как изоляционный материал. Недостаток гетинакса — его гигроскопичность. Стеклотекстолит — высокопрочная слоистая пластмасса, получаемая так же, как и текстолит, только в качестве наполнителя используют стеклянную ткань. Стеклотекстолит выпускают в виде листов толщиной 0,5—30 мм; применяют в общем машиностроении, электро-и радиотехнике для изготовления особо нагруженных деталей, так как этот материал обладает высокой прочностью, упругостью, теплостойкостью; это прекрасный диэлектрик. Древеснослоистые пластинки отличаются от слоистых пластмасс тем, что у них наполнитель состоит из тонких листов лущеной древесины (древесного шпона), которые так же, как и пластмассовые наполнители, соединены между собой синтетической смолой при высокой температуре и давлении. Можно получить сополимеры с высокими теплоизоляционными свойствами и пористые пластики с высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, которые не боятся влаги и мороза. Такие сравнительно новые промышленные материалы относятся к классу газонаполненных пластмасс. Пластмассы перерабатывают в изделия различными способами — это обычное листовое прессование, литье под давлением, выдувание, штамповка, сварка и обработка резанием. Выбор способа зависит от химических и физических свойств материалов, подлежащих переработке.