double arrow

Изготовление деталей из пористых материалов (пенопластов)

  В зависимости от формы, конструкции изделия и природы полимерной основы применяют один из следующих способов формования: штамповка, формование в ограничительных формах, масштабное формование, "самоформование" в матрицах.

Штамповка применяется для формования деталей из уже вспененных листовых термопластичных материалов в жестких штампах или путем пневмоформования в матрицу. При формова­нии изделий необходимо применять нагрев для облегчения диф­фузии газов из материала сквозь тонкие смоляные стенки. Сни­жение внутреннего давления газов в материале облегчает процесс и формирования материала под действием внешнего усилия.

Формование в ограничительных формах осуществляется без приложения к формующему материалу внешних усилий. Суть процесса заключается в заполнении формы под действием внут­реннего давления газов, вспенивающих материал. Для получения пенопластовых изделий используют как термореактивные, так и термопластичные материалы в сочетании с газообразователями в виде порошкообразных или жидких составов. Смесь всех ингре­диентов загружают в форму, полость которой соответствует внешним очертаниям изделия; закрывают и подвергают нагреву. Под действием теплоты полимер переходит в вязкотекучее со­стояние, а выделяющиеся при разложении газообразователя газы вспенивают смолу, увеличивая ее объем до полного заполнения формы. При дальнейшем термическом воздействии происходит отверждение смолы с сохранением ячеистой структуры и приоб­ретенной формы изделия. Технологически удобнее использование гранулированных композиций. Эта технология позволяет запол­нить ячеистым материалом различные полые конструкции. Массу материала, которую необходимо загрузить в заполняемую полость, можно определить по формуле:

  где V — объем оформляющей полости формы;

 — заданная плотность материала в изделии.

При масштабном формовании предварительно из мономерных или мономер-полимерных паст, в которых растворен газообразователь, изготавливают в форме миниатюрный блок по конфигурации аналогичный будущей детали. Полимеризацию проводят при температуре ниже температуры разложения газообразователя. После извлечения блока из формы и нагрева выше температуры разложения порофора (при нахождении полимера в высокоэлпстичном состоянии) под действием выделяющихся газов блок равномерно увеличивается в геометрических размерах во всех направлениях. Вспененная заготовка охлаждается до комнатной температуры для фиксации формы и размеров изделия.

"Самоформование" в матрицу используется только для смесей термопластов с порофорами. Сначала прессуют из смеси плоскую заготовку при температуре выше температуры плавления полимера. В таких блоках газ, равномерно распределенный в расплаве полимера, после охлаждения находится под высоким давлением.  Затем, уложив заготовку по периметру в ограничи тельной рамке и соединив ее с соответствующей матрицей, вспенивают материал при небольшом одностороннем давлении 10...80 кПа в паровой камере. Внешнее давление применяют для создания направленного формообразования. Связь между плотностями изделия и заготовки заг выражается зависимостью

где Fзаг Fизд — площадь поверхности соответственно заготовки и изделия.

Регулируя давление воздуха, можно изменять степень вытяжки материала с соответствующим изменением толщины стенок и плотности материала. Используя многослойные заготовки из различных смесей и с различным содержанием порофоров по­лучают многослойное изделие с различной плотностью отдельных слоев.

 

             3.6. Механическая обработка пластмасс

Обработка пластмасс резанием. Преимуществом пластмасс перед другими материалами является то, что непосредственно и форме можно придать им необходимую сложную конфигурацию.  Оптимальным является вариант, когда последующая механическая обработка полностью исключается. Однако во многих случаях экономически целесообразнее применить некоторую дополни тельную обработку детали, чем усложнять конструкцию формы и процесс формообразования. Например, при изготовлении различных корпусных деталей, панелей, изделий с отверстиями в различных плоскостях, армированных конструкций и т.д.

Большинство пластмасс хорошо поддается обработке резанием (точению, фрезерованию, сверлению, строганию и т.д.). Все эти технологические процессы осуществляются на обычном металлорежущем оборудовании, однако, инструмент для их обработки должен быть несколько видоизменен в зависимости От свойств обрабатываемых материалов.

Необходимо учитывать особенности поведения под нагрузкой термопластичных и термореактивных материалов. Темпера­турный режим в зоне резания не должен вызывать деформирование деталей или деструкцию материала. При обработке материалов возможно выделение вредных газообразных продуктов или пыли, поэтому необходимо принимать дополнительные меры по созданию безопасных условий труда.

Точение деталей из пластмасс ведется при высоких скоростях резания при небольшой величине подачи и глубины резания., без применения смазочно - охлаждающих жидкостей.

Допустимая температура в зоне резания при обработке тер­мопластичных материалов не должна превышать 100...120°С, а при обработке термореактивных 200...300°С, чтобы исключить оплавление полимера в зоне резания для термопластов и термоокислительную деструкцию реактопластов.

Наибольшее распространение при токарной обработке пла­стмасс получили резцы с режущими элементами из быстрорежу­щей стали, с твердосплавными пластинами и алмазные инстру­менты. Для обработки термопластичных ненаполненных материалов применяют инструменты из быстрорежущей стали, а для наполненных — резцы с твердосплавными пластинами. Большей стойкостью обладают вольфрамокобальтовые твердые сплавы (ВКЗМ, ВК4, ВК6). Титанокобальтовые сплавы имеют в 1.5...2 раза меньшую теплопроводность и в 3...4 раза меньшую стойкость. Алмазный инструмент имеет более высокую стойкость, обеспечивает лучшее качество обработанной поверхности, но зна­чительно дороже.                 

Токарные резцы для обработки пластмасс аналогичны резцам для обработки металлов, отличаясь лишь формой передней поверхности, а также углами заточки. При обработке пластмасс необходимо увеличивать задний угол резца, так как вследствие высоких упругих свойств пласт­масс увеличивается площадь контакта резца с деталью, а следо­вательно, тепловыделение и износ резца. Обычно угол  выбира­ют в диапазоне 15...25°. Передний угол необходимо выбирать с учетом типа обраба­тываемого материала, способа его получения и условий обработки.  Если при точении стружка будет сливной, как у термопла-стов, то оптимальный передний угол находится в пределах 10...20°. При обработке термореактивных материалов с ломкой стружкой передний угол назначают в пределах. 0...5°. Главный тол в плане  для проходных резцов обычно равен 45°, а вспомогательный 0...50. Желательно вершину резца выполнить с радиу­сом 1,5...3,0 мм. Угол наклона режущей кромки  = 0°.

Реактопласты с дисперсными наполнителями обрабатывают резцами из быстрорежущей стали и с твердосплавными пластинами. Слоистые пластики, наполненные стекловолокном, углеродистыми, борными волокнами, обрабатываются резцами с твердосплавными пластинами, а текстолит и гетинакс — резцами из быстрорежущей стали.

Скорость резания выбирают исходя из обрабатываемого материала и типа режущего инструмента. Для термопластов, обрабатываемых быстрорежущими резцами, скорость резания выбирается в диапазоне 600...900 м/мин, а при обработке резцами из инструментальной углеродистой стали — до 100 м/мин. Подача при черновой обработке составляет 0,3...0,6 мм/об, при чистовой 0,05...0,2 мм/об. При обработке термореактивных материалов с дисперсными наполнителями скорость резания, в зависимости от вида пластмасс, выбирается в диапазоне 100. .. 500 м/мин. Подача до 0,3 мм/об.

Слоистые пластики типа текстолита и гетинакса обрабаты­вают быстрорежущими резцами при скоростях резания 50...120 м/мин и твердосплавными при скоростях 200...300 м/мин и по­даче 0,1...0,3 мм/об. Пластики, наполненные стекло- и асбоволокном, углеграфитными и борными волокнами, обрабатывают твердосплавными резцами при скоростях 125...150 об/мин. При­менение алмазного инструмента позволяет повысить скорость ре­зания до 1300 м/мин при подаче 0,05 мм/об и глубине резания до 1 мм. Параметры резца следующие:  = 0...30;  = 8...12°;  = = 30...90°;  = 0...100;  = 0°; r = 0,2...0,3 мм.

От режимов обработки зависит не только производитель­ность процесса, но и шероховатость поверхности, на которую наибольшее влияние оказывает подача. Чем меньше подача, тем меньше высота микронеровностей. При обработке термопластов устойчиво получается шероховатость в пределах Rа 2,5...10, а при чистовом — Rа 0,63..1,25 мкм. При обработке термореактивных материалов шероховатость достигается в пределах Rа 2,5...10 мкм. Меньшей шероховатости можно достичь лишь при обработ­ке алмазным инструментом. Его целесообразно применять для обработки оргстекла с целью получения полной прозрачности об­рабатываемой поверхности.

 

Фрезерование пластмасс. Фрезерованием обрабатываются обычно кромки для последующей стыковки отдельных деталей, листов, реже для дополнительной обработки сложных контуров на уже сформированной детали.

Фрезерование пластмасс осуществляется на обычных гори­зонтально- или вертикально-фрезерных стенках, оснащенных специальными устройствами для улавливания и отсоса стружки и пыли, а также различными зажимными приспособлениями и уст­ройствами.

Обработка ведется цилиндрическими или коническими фре­зами со специальным спиральным зубом (рис.3.40) и углом на­клона главных режущих кромок к оси фрезы  = 20...25°, торце­выми и фасонными фрезами.

Фрезы для обработки пластмасс, в отличие от фрез для оботки металла, должны иметь по возможности меньшее число зубьев, так как при этом увеличивается объем стружечных канавок, большие задние углы, простую форму передней поверхности. Большой угол наклона главных режущих кромок к оси фрезы исполняется с целью обеспечения плавности работы и снижения ударной нагрузки на режущие кромки зубьев. Передний угол обычно выбирается в диапазоне 10...15°, задний — 10...25°,

 

 

При обработке термопластичных материалов угол наклона зубьев к оси фрезы выбирается равным 20...25°, при заточке допускается фаска на задней поверхности зубьев размером до 0,03 мм. Фрезерование деталей из термопластов производится при  скоростях 300...900 м/мин, а реактопластов — 80...200 м/мин, глубина резания рекомендуется не более 2,5...3,0 мм. Охлажде­ние зоны резания производится струей воздуха, в отдельных случаях используют эмульсии. Фрезы изготавливаются из быстрорежущей стали или из твердых сплавов.

Для обработки реактопластов используют фрезы из быстрорежущей стали или с твердосплавными пластинами. Применяют фрезы с углом наклона спирали 45...50°,  = 16...25°,  = 5...8°. Использование фрезы с наклонным зубом обеспечивает 'плавность ее врезания в материал и уменьшает количество пыли при обработке наполненных пластмасс.

При обработке слоистых пластиков фрезерованием применяют специальные фрезы из быстрорежущих сталей с меньшим числом зубьев, чем для металла (обычно 5), с углом наклона главной режущей кромки  = 55°, чтобы направление вращения фрезы совпадало с направлением подачи во избежание расслаивания и сколов материала. Скорость резания выбирают в диапазоне 50...400 м/мин, подача 0,04...0,5 мм/зуб.

Слоистые пластики, армированные стекло- и асбоволокном, углеродными волокнами, рекомендуется обрабатывать фрезами с твердосплавными пластинами при скоростях резания 125...300 м/мин и подачах 0,1...0,3 мм/зуб. При хлопчатобумажных наполнителях — V = 300...500 м/мин и 5 = 0,3...0,5 мм/зуб. На прорезных фрезах необходимо заточить режущие кромки и по торцу, что снижает трение и улучшает тепловой режим резания.

Плоскости и уступы обрабатываются торцовыми фрезами с твердосплавными пластинами. Скорость резания для термопластов составляет 200... 500 м/мин, для реактопластов стеклонаполненных 40...400 м/мин, других 200...600 м/мин. По­дача для термопластов выбирается в диапазоне 0,3...0,6 мм/зуб, для реактопластов стеклонаполненных 0,03...0,2 мм/зуб, содер­жащих другие наполнители 0,2...0,7 мм/зуб.

Для обработки фасонных поверхностей деталей применяют­ся фасонные фрезы. При обработке слоистых материалов такими фрезами рекомендуется скорость резания не более 200 м/мин при подаче 0,03...0,08 мм/зуб.

Сверление. Сверление может быть как окончательной опе­рацией, так и предварительной перед зенкерованием, разверты­ванием и нарезанием резьб. В качестве режущих инструментов используют перовые и спиральные сверла из быстрорежущей ста­ли, сверла с твердосплавными пластинами, алмазные сверла, вы­резные резцы. Перовые сверла (рис.3.41) применяют для сверления неглу­боких отверстий диаметром 15...25 мм, к которым не предъявля­ется высоких требований по точности. Отверстия большого диа­метра в листовом материале могут вырезаться специальным циркульным резцом (рис.3.42). Сначала сверлится малое отвер­стие для фиксирования хвостовика инструмента, а затем произ­водят вырезание отверстия необходимого диаметра. При сверлении в пластмассах необходимо учитывать сужение отверстии по­сле обработки на 1...2% вследствие высоких упругих свойств ма­териалов. Соответственно необходимо выбирать сверло большего диаметра. Кроме того, для уменьшения трения ширину направ­ляющей ленточки сверла необходимо делать не более 0,5 мм

 

 

Рис. 3.41 Перовые сверла для обработки пластмасс

 

 

 

 

Во избежание выламывания или выкрашивания пластмасс па выходе сквозное сверление нужно производить на гладких подкладках из более мягкого материала, например, из древесины. При глубине сверления более 2,5 диаметров отверстия необходи­мо сверло периодически извлекать из отверстия для удаления стружки и охлаждения. Желательно охлаждение производить сжатым воздухом. Для лучшего удаления стружки сверло должно иметь больший угол (15... 17°) и широкую стружечную канавку с полированной поверхно­стью.

Во избежание выкрашивания материала в процессе обработки тонкостенных и полых де­талей, а также листового материала из термо­пластичных материалов применяют сверла с углом при вершине 2  = 55...60°, а для свер­ления оргстекла — с двойным углом заточки 2 0 = 70°, 2  = 130...140° (рис.3.43). Сверление осуществляется при скорости резания 40...50 м/мин и подаче 0,05...0,1 мм/об.

Обработку отверстий в более толстых дета­лях и листах производят сверлами с углом при вершине 2  = 90°. При сверлении слоистых пластиков перпендикулярно к слоям выбирают угол заточки 2 = 60°, а при сверлении вдоль слоев — 2 ср = 110... 120°.

 

 

Рис. 3.43. Сверло с двойным углом заточки

 

Лист необходимо зажимать в тисках или между прижатыми пластинами во избежание расслоения. Подача и скорость резания выбираются в зависимости от типа пластика (табл.3.20).

 

Сверление термопластичных материалов может производиться сверлами как из быстрорежущей стали, так и оснащенными твердосплавными пластинами. Сверлами из быстрорежущих сталей сверлятся отверстия небольшого диаметра и в реактопластах. Отверстия диаметром более 5 мм в стекло- и асбонаполненных пластмассах обрабатывают твердосплавными сверлами. Скорость резания составляет 45...90 м/мин, а подача 0,05...0,1 мм/об.

Отверстия малого диаметра в композитах с дисперсным наполнителем выполняют сверлами с углом заточки 2  = 30...40 Отверстия диаметром более 10 мм необходимо предварительно обработать сверлом диаметром 5...6 мм, а затем рассверлить их большими сверлами.

Для уменьшения трения и износа сверл задние углы долаються  больше, чем при обработке металла. Обычно  = 10...25о. Передний угол сверл выбирается в пределах 0...150.

При сверлении отверстий в пенопластах используются спиральные сверла, пустотелые сверла-пилы или трубчатые сверла (рис.3.44). Отверстия  диаметром 10...20 мм обрабатывают спиральными сверлами из углеродистых сталей У8А, У10А. Подрезающие кромки затачивают под углом 30°. Задние поверхности сверла затачивают под углами  = 25° и о = 60°. Скорость резания выбирается в диапазоне 40...250 м/мин, подача — 0,3...0,5 мм/об. Сверло необходимо периодически извлекать из отверстия для удаления стружки. Отверстия диаметром до 10 мм можно выполнять с помощью коронок, представляющих собой полый закаленный металлический стержень из стали У10Ас заостренном режущей частью. Производится прошивка отверстий без вращения. Отверстия диаметром более 20 мм выполняют трубчатыми перлами или сверлами-пилами.

Рис. 3.44. Инструмент для сверления пенопластов: а – для сверления отверстий, б – для получения цилиндрических изделий; в – спиральное сверло

Развертывание.  При необходимости получения отверстий с более точными размерами после сверления производится развер­тывание посредством разверток при скоростях резания 40...90 м/мин с подачей 0,1...0,6 мм/об. Обычно под развертку оставля­ют припуск 0,1...0,2 мм. Достигается 6...7-й квалитеты точности обрабатываемой поверхности.Используются цилиндрические и конические развертки с прямыми или спиральными зубьями из быстрорежущих сталей с углами заточки у = 0°, а = 8°.

Нарезание резьбы в пластмассовых деталях. Получение резьбы в пластмассовых деталях возможно двумя путями: без снятия и со снятием стружки. В первом случае резьба воспроизводится непосредственно при изготовлении детали в форме, (од­нако вследствие усадки пластмасс при отверждении точность та­кой резьбы невысока). Этот способ применяется для деталей с малонагруженными или неответственными резьбовыми соедине­ниями.

Резьба со снятием стружки оформляется в деталях на металлорежущих станках. Наружную резьбу выполняют резьбона­резными головками, плашками, резцами, резьбовыми гребенками,абразивными кругами, а внутреннюю — метчиками и резцами. Режущий инструмент изготавливается из быстрорежущей стали и твердых сплавов. Твердосплавные метчики применяются с двумя-тремя полированными канавками, несколько более широкими, с передним углом от -10° до +10° и задним от -7° до +10°. На­ружный и средний диаметры метчиков увеличивают на 0,05..0,13 мм.

При нарезании внутренней резьбы в термопластах необхо­димо предусматривать небольшие округления во впадинах, шаг резьбы должен быть не менее 0,5 мм. Нарезание наружной резь­бы резцами или гребенками, например, с шагом 1,5 мм, нужно производить за несколько проходов (для чистовой резьбы — 6 черновых и два-три чистовых прохода). Скорость резания состав­ляет 30...40 м/мин. Необходимо использовать смазочно-охлаждающие жидкости (воду, масляный туман, масло). Диамет­ры отверстий под резьбу выбираются по ГОСТ 16093-81 с увели­чением размера на 0,05...0,10 мм. Глубина резания не должна превышать 0,1...0,2 мм во избежание выкрашивания материала и образования трещин (на тонких деталях). В деталях из терморе­активных слоистых пластмасс резьбу обычно нарезают перпенди­кулярно к армирующим слоям.

Если резьбовое соединение в процессе эксплуатации будет подвергаться большим температурным колебаниям, значитель­ным нагрузкам, частым разборкам-сборкам, то целесообразно в деталях предусматривать запрессованную металлическую резьбо­вую арматуру с соответствующей системой ее фиксации.

Высококачественная резьба на деталях из стекло- и угле­пластиков может быть получена при нарезании ее абразивными кругами на вулканитовой связке зернистостью 50, твердостью СМ 1 по схеме, приведенной на рис.3.45. Абразивный диск 3 с профилем рабочей части, соответствующим профилю нарезаемой резьбы, и шириной, соответствующей шагу резьбы, крепится на валу электродвигателя 4, установленного на каретке суппорта 5 станка. Деталь 3 крепится в патроне 7 и подпирается с другой стороны центром 6. После проточки наружного диаметра до соот­ветствующего размера шлифовальный круг поворачивают на угол подъема винтовой линии резьбы ц. При шаге резьбы до 2 мм процесс осуществляется за один-два прохода, при большем — за два-три прохода.

 

Рис. 3. 45 Схема нарезания резьбы абразивным кругом

Распиливание и резка пластмасс. Распиливание пластмасс производится с помощью дисковых, ленточных и циркулярных Ш1Л, а для ряда пластмасс — термоэлектрическим методом.

Выбор конструкции режущего инструмента и режимов ре­монт нужно производить с учетом особенностей пластмассы, ее упругих свойств, возможности оплавляться в зоне резания и на­чинать на режущий инструмент, ее теплопроводности и т.д. При заточке зубьев фрез на задних и боковых поверхностях цилинд­рические фаски не допускаются. Для обработки пластмасс нельзя использовать фрезы с большим шагом и малым числом зубьев. В контакте с материалом должны находиться одновременно мини­мум два зуба, что повышает качество реза и предотвращает сколы материала.

Распиловку тонкого листового материала рекомендуется производить пилами с соответствующей формой пластин из твер­дого сплава (рис.3.46) или из быстрорежущей стали с симметрич­ным зубом и разводом 0,3...0,5 мм на сторону. Для распиловки термопластичных материалов толщиной до 15 мм используются фрезы и пилы из легированных сталей 9Х5ВФ, 9X8, У8А,

 

 

а также из быстрорежущих сталей диаметром 100...250 мм с чис­лом зубьев 120...140, толщиной до 5 мм, с углами заточки а = 20°, у = 10°. Зубья пил должны быть разведены симметрично в обе стороны.

Листовой материал из реактопластов типа гетинакса и тек­столита толщиной до 45 мм разрезают дисковыми фрезами из бы­строрежущей стали или фрезами, оснащенными твердосплавными пластинами. При распиловке инструментом из быстрорежущей стали рекомендуется выбирать скорости резания 150...400 м/мин и подачи 0,2...0,5 мм/зуб, а твердосплавным инструментом — соответственно 600...1000 м/мин и 0,07...0,3 мм/зуб.

Разрезку стекло- и асбонаполненных реактопластов произ­водят также корундовыми и алмазными абразивными кругами. Обработку корундовыми кругами толщиной 3...6 мм и диаметром 350 мм следует производить со скоростями резания до 50-60 м/с и подаче 0,01...0,6 м/мин в зависимости от толщины и направле­ния распиловки относительно армирующих волокон. При разрез­ке алмазными кругами диаметром 200 мм и толщиной 1,2...2,0 мм на металлической связке высокое качество реза и высокую стойкость инструмента обеспечивают скорости резания 25...30 м/с с подачей 1,0...1,5 м/мин и охлаждение водой.

 

Для получения деталей фасонного профиля, резки труб, стержней и других профилей применяют разрезку на ленточных станках. Используют стандартные ленточные пилы (рис.3.47) шириной 10...25 мм, толщиной 1,0...1,5 мм с 1,5...5,0 зубьями на 10 мм длины пилы. Зубья пил затачиваются под углами у = 5...8" и а = 15...40°. Листовой материал толщиной до 2 мм режут по­лотнами с мелким зубом без развода. Распиловку более толстых листов производят пилами с более крупным зубом и разводом | обе стороны на половину толщины пилы. Скорость резания выбирают в диапазоне от 300 до 600 м/мин.

Тонкий листовой материал можно разрезать ручными нож­ницами для металла или на механических гильотинах. При этом необходимо обеспечить зазор между лезвиями не более 0,1...0,2 мм и плотно прижимать лист к столу у линии реза. Без подогрева хорошее качество реза обеспечивается на текстолитах и гетинаксах толщиной до 0,8 мм, на штамповочном гетинаксе, текстолите с плотной тканью, асботекстолите толщиной до 1,5 мм, стекло-и текстолите до 3 мм. При предварительном подогреве листов до 120°С можно резать на гильотинных ножницах листы толщиной до 3,0 мм, а стеклотекстолит — до 9 мм. Листовые термопласты до толщины 2,0...2,5 мм за исключением полистирола и оргстекла|, можно резать ножницами без подогрева. Жесткие и хрупкие материалы, например, полисти­рол, оргстекло, дисперснонаполненные феноло-формальдегидные и мочевино-формальдегидные композиции раскрою ножницами не подлежат.

Вырезку круглых заготовок из листового материала (оргстекла, винипласта) производят циркуль­ным резцом (см. рис.3.42).

 

 

 

Рис. 3.48. Схема термоэлектрического метода резки пенопласта: 1 – траверса, 2 – стойка, 3 – упор, 4 – заготовка, 5 – прижим, 6 – высокоомная проволока, 7 - источник питания

 

 

Пенопласт можно разрезать как механическим путем на лен­точных и круглопильных стан­ках, так и термоэлектрическим методом. Круглые пилы приме­няют с профилем зуба в виде рав­ностороннего или равнобедренного треугольника с мелким зубом и разводом на 0,15 мм на сторону. Ленточные пилы применяют с прямоугольным профилем, косой заточкой и разводом на 0,15 мм на сторону. Подача материала должна быть не выше 1,25 м/мин.

Термоэлектрический метод резки схематически представлен на рис.3.48. Разрезаемая заготовка помещается между двумя опорными поверхностями. Проволока из высокоомного сплава (например, нихрома) подключается к низковольтному источнику питания и, нагреваясь до температуры 400...500°С, расплавляет материал. Под тяжестью траверсы она автоматически перемещается вниз, разрезая заготовку. На специальных электролобзиках можно вырезать этим методом любые фасонные изделия.

 

Шлифование и полирование пластмасс. Шлифование пластмасс можно производить на станках, оснащенных специальными дисками, или ручным способом с помощью наждачной шкурки. Используют этот процесс, в основном, для снятия заусенец с деталей, полученных прессованием, для подготовки деталей к склеиванию, а также для обработки поверхностей, подвергающихся механической обработке, если это требуется по условиям эксплуатации.

Для чернового шлифования деталей из амино- и фенопластов рекомендуются карборундовые круги твердости М1, М2, С1, СМ2 с зернистостью 20...36. Режимы резания следующие: скорость 35...40 м/с, глубина 0,07...0,20 мм, поперечная подача 0,1...0,2 мм. Чистовую обработку производят аналогичными кру­гами, но с зернистостью 60...80 при скорости резания 30...40 м/с, глубине 0,01...0,10 мм и поперечной подаче 0,01...0,10 мм. Текстолит обрабатывают абразивными кругами зернистостью 30...40 на мягкой связке, со скоростью резания не менее 25 м/с при глубине 0,1 мм и поперечной подаче 3...5 мм/дв.х.

Термопласты шлифуют мягкими кругами, набранными из плотного полотна (муслина или сукна), смазанного пастой из тонкоизмельченной пемзы. Для исключения "прижога" материа­ла при обработке необходимо, чтобы длительность контакта круга с изделием была не более 1,5 с, а давление не более 0,05...0,15 МПа.

Полирование деталей производят с целью устранения с их поверхностей следов предшествующих технологических операций и поверхностных дефектов, полученных в процессе изготовления (например, матовости поверхностей), а также придания им бле­ска.

Полировальные круги изготавливают наборными из тканей (хлопчатобумажной, байковой, суконной). Твердые полироваль­ные круги набираются в шайбы (диаметром 200...400 мм) и толщиной 60... 100 мм, зажатые с двух сторон металлическими про­кладками. Применяют их для выведения рисок, царапин и других глубоких дефектов.

Окончательное полирование производят мягкими и самоох­лаждающимися дисками. Самоохлаждающиеся диски изготавливают путем набора и уплотнения пакета из хлопчатобумажных дисков диаметром 150...300 мм и40...75 мм, чередуя каждым диск большого диаметра двумя малыми. Толщина пакета обычно составляет 100... 120 мм. В качестве полировальных паст для сухого полирования используют абразивные компоненты (карбо­рунд, корунд, оксид хрома и др.) в различных соотношениях с воскообразными веществами или маслами (парафином, церези­ном, пчелиным воском, машинным, веретенным и другими мастами).

"Сухое" полирование применяют для реактопластов. Для термопластов применяют "мокрое" полирование составом, со­стоящим из измельченной пемзы двух сортов, смешанных в соот­ношении 0,5...1,5, замешанных на воде до густой пасты, наноси­мой на полировальные круги. Эти составы используют для грубой полировки. После промывки выполняют окончательное "сухое" полирование.

При обработке оргстекла может применяться "огневое" полирование, заключающееся в воздействии водородно-воздушного пламени в течение нескольких секунд на предварительно обрабо­танную поверхность.

 

Сварка пластмасс

Сваркаявляется наиболее технологичным процессом полу­чения неразъемных соединений, обеспечивающим высокую про­изводительность, низкую трудоемкость, большую прочность и герметичность соединений. Все существующие способы сварки (рис.3.49) основаны на нагреве места контакта свариваемых ма­териалов посредством различных тепловых источников или путем преобразования различных видов энергии в теплоту.

 

 

 

Сварке подвергаются лишь термопластичные полимеры, способные при определенных температурах переходить в вязкотекучее состояние. При этих температурах и условии плотного кон­такта свариваемых материалов в поверхностных слоях мате­риалов происходит взаимодиффузия частей макромолекул поли­мера из одного объема в другой. На прочность соединения оказы­вают влияние технологические режимы сварки, химическая структура полимера, степень его полярности и подвижности мак­ромолекул, их ориентация, состояние свариваемых поверхностей и другие факторы.

Форма сварочного шва и метод сварки определяются конст­рукцией и геометрическими размерами свариваемых деталей, природой свариваемых материалов. Наибольшая прочность дости­гается при сварке встык и комбинированным швом (рис.3.50).

 

Сварка газовым теплоносителем. При сварке данного типа подогрев свариваемых кромок изделий до необходимой темпера­туры осуществляется либо подогретыми газами, проходящими перса электронагревательные устройства (воздухом, аргоном, азотом и др.). либо непосредственно продуктами их сгорания в воздухе. Обычно сварку осуществляют с применением присадоч­ного материала, который разогревается одновременно с кромками спариваемых деталей. Сварка происходит в вязкотекучем состоя­нии материала под давлением, так как жидкотекучего состояния материал не достигает и сварочная ванна не образуется. Ввиду низкой теплопроводности пластмасс разогреваются лишь поверхностные слои, в связи с этим используют присадочные прутки небольшого диаметра (2...4 мм). Газовым теплоносителем свари­вают в основном толстостенные изделия, в частности, винипластовые трубы и емкости. Наиболее рациональна сварка толсто-стенных деталей встык, предпочтительнее с Х-образной разделкой кромок, так как обеспечивается меньший расход при­садочного материала и выше прочность соединения, чем при V -образной разделке.

Детали толщиной до 2 мм можно сваривать встык без разделки кромок, обеспечив между кромками зазор до 1,5 мм. При толщине 2...6 мм рекомендуется У-образная и Х-образная раздел­ки кромок под углом 55...60°, а для более толстых деталей — 70...90°. При сварке встык между соединяемыми кромками так­же оставляется зазор 0,5...1,5 мм. Поверхности кромок перед сваркой тщательно очищают и обезжиривают, например, ацето­ном. Глянец снимают наждачной шкуркой или шабером.

Сварку винипласта производят воздухом, подогретым до температуры 200...240°С и подаваемым под давлением 60 кПа. Диаметр отверстия сопла газовой горелки и диаметр присадочного прутка выбирают, исходя из толщины свариваемых листом. Например, для винипласта толщиной 3...5 мм рекомендуется при сварке стыковым Х- и У-образным швами диаметр сварочного прутка 2,6 мм, а диаметр отверстия наконечника горелки 2,5 мм; при толщине листов 7... 15 мм — диаметр и прутка и отверстия наконечника 3,0 мм; при толщинах 17...20 мм — диаметр 3,5...4,0 мм.

Пруток необходимо подавать перпендикулярно или под ту­пым углом к поверхности шва. Наконечник горелки при сварке листов до 5 мм следует держать под углом 20...25°, а более тол­стых листов — 30...45° к поверхности шва на расстоянии 5...8 мм от нее. Усилие при вдавливании прутка составляет 15...20 Н. Ру­ка сварщика с прутком должна находиться на расстоянии 70...80 мм от свариваемых поверхностей. Корневой пруток вдавливают рукой так, чтобы около половины его поперечного сечения вы­ступило с противоположной стороны шва. Средняя скорость ук­ладки прутка диаметром 3 мм составляет 12...15 м/ч.

      Сварка листового материала без присадочного прутка схе­матически показана на рис.3.51. Разогрев стыка осуществляется газовым теплоносителем, а прижимными валками производится прессование стыка и его проглаживание. Прочность такого шва составляет до 90% прочности основного материала.

Нагрев газа-теплоносителя для сварки производится в элек­трических или газовых горелках. Схема электрической горелки для сварки пластмасс приведена на рис. 3.52. Газ, проходя через трубку 5 под давлением, многоканальную трубку 4 с расположен­ными в ней спиралями, заключенную в гильзу 3, нагревается до температуры 270...290°С и выходит через наконечник 2 и смен­ное сопло 1. Электрический ток к спиралям подается от реостата через зажимы 7, находящиеся на текстолитовой рукоятке 6. Скорость подачи воздуха (25..30 м/с) регулируется краном, а рабочая температура — реостатом.

 

 

 

 

Применяются также газовые горелки прямого и косвенного нагрева, в которых газ-теплоноситель нагревается с помощью го­рючего газа: в горелках прямого нагрева — за счет смешения с продуктами сгорания, а во втором случае — за счет передачи теплоты через стенку, разделяющую газовые потоки.

Сварка пластмасс контактным нагревом. Сварка нагретым инструментом имеет несколько разновидностей, различающихся оснасткой и схемой нагрева. Этот метод позволяет соединять детали любой конфигурации, обеспечивает высокую прочность шва, равную прочности основного материала. Сваривают пластмассы, которые не свариваются токами высокой частоты: полиэтилен, полипропилен, фторопласт-4, полиизобутилен, полистирол.

Суть метода заключается в нагреве свариваемых поверхностей с помощью специального инструмента и приложении последующего давления, в том числе и инструментом.

Методом контактного нагрева можно изготавливать трубы КЗ листового материала, приваривать фланцы к трубам, стыковать различные профили, приваривать ребра жесткости и т.д.

Сварка горячим лезвием (рис.3.53) применяется в основном I щ торцовой сварки профилей, для приварки различных фасон­им \ деталей и заключается в разогреве торцов свариваемых изделий 1 до температуры их размягчения на глубину 2...3 мм нагретым элементом 2, имеющим форму, соответствующую форме свариваемых поверхностей. Затем элемент извлекается и детали сдавливаются с определенным усилием до полного смыкания расплавленных кромок и некоторого выдавливания расплавленного материала. Через 30...40 с давление можно снять и охладить со динение до комнатной температуры.

 

 

Сваривать тонкие листы или приваривать тонкий лист к материалу большей толщины можно внахлестку посредством паяльника, нагретого ролика, ленты, утюга и т.д. (рис.3.54).

 

Во избежание прилипания материала к горячему инструменту, особенно при сварке полиэтилена, полистирола, винипласта, необходимо проложить между инструментом и свариваемым материалом фторопластовую прокладку толщиной 0,10...0,15 мм. Для сварки пленочных материалов разработаны различные полу автоматы, позволяющие сваривать пленки толщиной до 500 мкм. Фторопластовые детали сваривают в специальных приспособлениях, представляющих собой электрообогреваемые клещи со сменными пресс-формами, имеющими полости, соответствующие форме свариваемых изделий. Кромки срезают на "ус" обеспечивая шов равной толщины. Свариваемые детали вставляют в пресс-форму и сжимают клещами с фиксацией сжатого положе­ния с помощью откидного болта. Нагревательный элемент разогревают электротоком, обеспечивая в зоне сварки температуру 380...385°С. Производится выдержка 3...5 мин и охлаждение до 200...250°С. После охлаждения клещи размыкают и извлекают детали. При сварке фторопласта-4 необходимо обеспечить хорошую вентиляцию.

Сварка пластмасс трением. Сварка пластмасс трением осу­ществляется по тому же принципу, как и сварка металлов, с пре­образованием механической энергии в тепловую непосредственно на свариваемых поверхностях при приложении к ним давления (рис.3.55).

 

 

Режим трения (скорость и нагрузку) выбирают такими, чтобы концы деталей нагрелись до необходимой температуры в тече­ние нескольких секунд. При достижении температуры плавления свариваемых материалов относительное движение трущихся поверхностей прекращается и процесс сварки заканчивается естест­венным охлаждением сжатого под давлением соединения. Частота вращения составляет обычно 600...800 об/мин, давление — 100...800 МПа. Полное затвердевание шва происходит через 5...8 мин после остановки станка.

Этот способ сварки обеспечивает высокое качество сварного соединения, высокую производительность процесса, возможность его ав­томатизации и осуществления в полевых условиях, отличается простотой оборудования. Однако он позволяет сваривать осесимметричные детали.

Сварка с закладными элементами. Различают два вида сварки пластмасс с закладными элементами: терморезисторный и индукционный.

При терморезисторном методе закладной элемент, обычно в виде спирали, вводится в зону контакта, подлежащую сварке. Спираль подсоединяется к электрическому источнику питания, и сварка производится за счет теплоты, выделяемой при пропуска­нии тока. Этот метод используется при сварке полиэтиленовых труб.

При индукционной сварке закладной нагревательный эле­мент также вводится в зону сварки и свариваемый узел помещается в электромагнитное поле индуктора. Если протяженность сварного шва мала, используется непрерывный нагрев. При большой  протяженности  шва  используют  непрерывно- последовательный нагрев, при котором  индуктор перемещается

относительно закладного элемента или наоборот — деталь с закладным элементом перемещают относительно индуктора. Предварительно свариваемый узел собирают с применением прессовой посадки или с помощью специальных прижимов.

Сварка токами высокой частоты. Метод основан на способности некоторых пластмасс нагреваться в высокочастотном электрическом поле, возникающем между электродами, сжимающими свариваемые поверхности. В большинстве случаев сварка производится без присадочного материала.

При сварке данного вида тепловая энергия выделяется в массе нагреваемого материала, находящегося между электродами, равномерно по всей толщине. Мощность потерь Р, возникающих в диэлектрике, помещенном в переменное электрическое поле, а соответственно, и количество выделяющейся теплоты, определяются диэлектрическими свойствами материала (тангенсом угла диэлектрических потерь, коэффициентом диэлектрической проницаемости), а также частотой электрического поля и его напряженностью.

Сварка при нагреве в электрическом поле высокой частоты может быть роликовой, шаговой, ручной и прессовой. Сварочные электроды являются основными рабочими органами сварочного устройства, обеспечивающими качество шва. С целью создания наибольшей напряженности электрического поля кромки свароч­ных электродов закругляют радиусом, равным 1/8 ширины рабо­чей зоны электрода. Форма и размеры электродов зависят от вида сварочного соединения, конфигурации и размеров свариваемых изделий. Основные типы швов и варианты размещения электро­дов представлены на рис.3.56.

 

При сварке токами высокой частоты (ТВЧ) свариваемый материал не достигает жидкотекучего состояния, сварка происхо­дит в вязкотекучем состоянии с приложением давления.

Сварка токами высокой частоты обеспечивает высокую про­изводительность (27...65 м/ч), хорошее качество соединений, низкую себестоимость. Однако применяется она в основном для сварки материалов толщиной до 5 мм и для термопластичных материалов. Такие материалы, как фторопласт-4, полиэтилен, полистирол, полиметилметакрилат и некоторые другие, непосредственно ТВЧ не  свариваются. Возможна их сварка с промежуточной прокладкой, например, полихлорвинила, который нагревается ТНЧ и передает теплоту свариваемым материалам.

Наилучшее качество сварного шва обеспечивает прессовая сварка, при которой свариваемый материал нагревается одновременно и равномерно по всей длине шва, в отличие от роликовой и точечной. Однако она применяется при сварке небольших по габаритам изделий, для клеймения деталей и декоративной отделки (рис.3.57).

                           ВГ – высокочастотный генаратор

 

При роликовой сварке свариваемый материал перемещаетсямежду двумя роликами-электродами, из которых нижний - ведущий, изолирован от корпуса сварочной машины, а верхний - ведомый заземлен. Рабочая ширина нижнего — ведущего ролики предусматривается в 5... 10 раз больше ведомого с технологиче ской целью: для улучшения подачи материала. Обычно ширина нижнего ролика ~ 50 мм. При сварке данного вида обеспечиваются непрерывное формирование сварочного шва и возможность по лучения шва любой протяженности. Точечная сварка производится на тех же роликовых шовных машинах и применяется в| основном для прихватки материала перед роликовой сваркой.

Сварка ТВЧ широко используется при производстве упаковочной тары, в фармацевтической промышленности, при изготовлении различных изделий ширпотреба.

Ультразвуковая сварка пластмасс. Способ сварки ультразвуком основан на преобразовании механических высокочастотных колебаний, возбуждаемых в свариваемых пластмассах, в теплоту, за счет которой происходит раз­мягчение пластмасс и сварка при приложении давления. Нагрев мате­риала происходит только в месте сварки, что обеспечивает высокую производительность процесса, малые энергетические затраты и наимень­шее изменение свойств свариваемых материалов.

Схематически основной узел сва­рочной машины для сварки ультра­звуком представлен на рис. 3.58. При сварке материалы зажимаются между подвижной

 

Рис. 3.58. Принципиальная схема основного узла ультразвуковой сварочной машины: 1 вибратор, 2 – ультразвуковой генератор, 3 – волновод - концентратор, 4 – свариваемые материалы, 5 – подвижная опора

 

опорой и концом волновода. Сварка происходит в мо­мент подключения обмотки вибра­тора к ультразвуковому генератору. Время сварки одной точки в зави­симости от толщины свариваемых материалов составляет от 0,6 до 3 с.

Ультразвуковая сварка имеет много преимуществ перед рассмот­ренными ранее способами:

1) для сварки используется один электрод и ультразвуковую энергию можно вводить на значительные расстояния от места соединения, что позволяет производить свар­ку в труднодоступных местах, причем размеры второй детали не имеют существенного значения;

2) на процесс сварки практически не оказывает влияния со­стояние поверхности, наличие различных загрязнений и т.д.;

3) к сварочным инструментам не подводится электрическое напряжение, что создает условия электробезопасности процесса;

4) придав наконечнику концентратора определенную кон­фигурацию можно производить контурную сварку.

Сварка излучением. Нагрев свариваемых материалов про­изводится в результате преобразования энергии излучения (ин­фракрасного, светового луча или лазера, фокусируемого на свариваемом участке), в теплоту. При сварке инфракрасным излучением для ускорения процесса свариваемые поверхности покрывают слоем вещества, хорошо поглощающего энергию ин­фракрасных излучений.

Сварка световым лучом принципиально не отличается от сварки инфракрасным излучением. В качестве источников излу­чения используют галогенокварцевые лампы с точечным, стерж6невым или кольцеобразным излучателем.

При лазерной сварке за счет фокусирования луча и точке обеспечивается высокая плотность энергии и соответственно вы­сокая скорость сварки. Например, при сварке пленок полиолефиновтолщиной 50... 150 мкм скорость сварки составляет до 200...400 м/мин.

Для сварки фторопласта с полиэтиленом, полистиролом, кварцем, алюминием и другими материалами применяется ядер­ная сварка, суть которой состоит в облучении потоком нейтронов соединений лития или бора, предварительно нанесенных на сва­риваемые места. При облучении возбуждаются ядерные реакции, сопровождающиеся выделением теплоты, необходимой для свар­ки пластмасс. Однако этот метод нельзя применять для сварки материалов, способных при нейтронном облучении приобретать радиоактивность.

 

 

Резиновые материалы

4.1. Характерные свойства резин

  Резинами называются продукты вулканизации смеси каучука, серы с различными ингредиентами, обладающие высокими эластическими свойствами в широком диапазоне температур. Резины способны к очень большим обратимым деформациям. Модуль упругости резин находится в пределах 1...10 МПа, временное сопротивление составляет от 4 до 36 МПа.

Для резин характерны малая сжимаемость (коэффициент Пуассона - 0,4...0,5), релаксационный характер деформации, высокая стойкость к истиранию, газо- и водонепроницаемость, химическая стойкость, электроизолирующие свойства и небольшая плотность (900...1250 кг/м3).

Совокупность этих свойств обусловила широкое применение резиновых материалов для изготовления амортизирующих деталей, уплотнений, герметизации, химической защиты деталей, для изготовления электроизоляционных деталей, мягких топливных и масляных баков, различных трубопроводов, шлангов, камер   и покрышек, транспортерных лент и ремней и т.д. Номенклатура резино - технических изделий насчитывает несколько десятков тысяч наименований.

Применяемые в машиностроении резиновые детали классифицируют по назначению на 9 классов: 1)уплотнительные элементы (различные уплотнения, манжеты, сальники); 2) вибро –и звукоизоляционные и противоударные; 3)силовые (шестерни насосов, муфты, шарниры); 4) опоры скольжения (резинометаллические подшипники, подпятники, опоры); 5) гибкие компенсацинные элементы (сильфоны, муфты, патрубки), 6) противоизносные элементы (протекторы, катки  и т.д.) 7) фрикционные    детали и инструменты (фрикционные ремни, шлифовальные круги); 8) несиловые и защитные (коврики, ручки, педали); 9) декоративные.

Для резин характерны большие обратимые деформации при сравнительно низких напряжениях: до 1000% и более (для стали -1%). Прочность резин зависит от регулярности строения каучука и энергии взаимодействия между звеньями его молекул. В отличие от металлов для резин характерна S-образная форма кривых зависимости"напряжение - деформация", резко выраженная зависимость механических свойств от скорости нагружения  и температуры. После снятия нагрузки в резине наблюдается ос­таточная деформация вследствие релаксационных явлений, т.е. запаздывание реакции материала на механическое воздействие. Восстанавливаемость резин характеризует их эксплуатационные качества. По гистерезисной диаграмме (рис.4.1) определяется по­лезная упругость резины как отношение работы, возвращенной деформированным образцом, к общей работе, затраченной на эту деформацию. Упругогистерезисные свойства являются весьма важными для изделий, работающих при знакопеременных на­грузках, так как они во многом определяют предел выносливости резин.

Механические свойства резин характеризуют вре­менным сопротивлением в, относительным удли­нением при разрыве, со­противлением раздиру В, твердостью по Шору Н. Общие требования к физико-механическим испы­таниям резин приведены в ГОСТ 269-66. Сопротивле­ние раздиру определяется по ГОСТ 262-93 на образ­цах с надрезом как отно­шение разрывной на­грузки к толщине надре­занного образца, разди­раемого с определенной скоростью.

 

Рис. 4.1 Диаграмма «напряжения - деформации» при растяжении (АВ) и сжатии нагрузки (ВД) с одинаковой скоростью

Свойства резин ухудшаются с течением времени в результа­те старения под воздействием света, тепла, окружающей среды, механических и других факторов (рис.4.2 и 4.3).

Рис. 4.3. Изменение временного сопротивления в результате термического старения при температуре 125оС резин на основе хлорпренового (1), кремний органического (2), бутадиенового (3) и бутилкаучука (4)

 

Стойкость к климатическому старению определяется в соот­ветствии с ГОСТ 9.006-75, сопротивление термическому старению — ГОСТ 9.024-74, морозостойкость — ГОСТ 13808-79, биостойкость — ГОСТ 9.049-91, стойкость в жидких средах — ГОСТ 9.030-74, ГОСТ 9.068-76, ГОСТ 9.065-76, диэлектрические свойства — ГОСТ 6433:3-71.

 

4.2. Основные компоненты резин

Основой всякой резины является каучук натуральный (НК) или синтетический (СК), который обеспечивает пластичность исходной резиновой смеси (сырой резины) и во многом определяет основные физико-механические свойства резинового материала.

Натуральный каучук представляет собой продукт коагуляции млечного сока (латекса) бразильской гевеи. По химическому строению НК является продуктом полимеризации изопрена регулярной структуры с молекулярной массой от 70000 до 2 500 000. Плотность НК 910...920 кг/м3. Структура макромолекул НК в основном линейная. Надмолекулярная структура имеет глобулярную форму, что обусловливает высокую эластичность каучука. Наличие непредельных связей в молекулах позволяет с помощью специальных агентов при определенных условиях осуществить сшивку молекул и перевести каучук в термостабильное состояние.

Натуральный каучук характеризуется высокой морозостойкостью (до -60°С), высоким сопротивлением к истиранию, газо- и водонепроницаемостью и хорошими диэлектрическими свойства ми.

Синтетический каучук (СК) представляет собой продукт полимеризации однородных или разнородных мономеров углеводородного, нитрильного, сульфидного, силоксанового и других типов. Молекулы синтетических каучуков отличаются большей степенью разветвленности и, благодаря сочетанию различных звеньев, большим разнообразием свойств.

Основными типами синтетических каучуков, имеющих промышленное значение, являются бутадиеновые, бутадиенстирольные, изопреновые, относящиеся к каучукам общего назначения, а также хлоропреновые, бутадиен-нитрильные, бутил - каучуки, этилен-пропиленовые, уретановые, силоксановые, фторкаучуки, полисульфидные (тиоколы) и другие, относящиеся к каучукам специального назначения.

Бутадиеновый каучук (СКБ) получают путем полимеризации бутадиена в присутствии катализатора — металлического натрия. Он имеет невысокую прочность и морозостойкость до -45°('. Применяется в производстве прокладок, ковриков, различных уплотнителей, эбонитовых изделий, диэлектрических резин. В настоящее время заменяется в основном бутадиен-стирольными и другими каучуками.

Бутадиен-стиральные (СКС) и   бутадиен-аметилстирольные каучуки (СКМС) — продукты совместной полемеризации бутадиена со стиролом и бутадиена с метилстиролом, имеют высокое сопротивление истиранию. По морозостойко­сти они несколько уступают натуральному каучуку. Более морозостойки каучуки с пониженным содержанием стирола или метилстирола, например СКС-10, СКМС-10, СКС-10-1. Однако большей прочностью отличаются каучуки, содержащие больше стирола, например, СКС-30, СКС-50.

Изопреновый каучук (СКИ) — продукт каталитической полимеризации изопрена. Каучук СКИ-3 по структуре и эластично­сти наиболее близок к натуральному каучуку, но имеет более низкую когезионную прочность. Выпускают изопреновые каучуки для электроизоляционных резин (СКИ-ЗД), для вакуумной тех­ники (СКМИ-ЗВ), для пищевой промышленности (СКИ-ЗП). Изо­преновые каучуки являются каучуками общего назначения и применяются в производстве транспортерных лент, амортизато­ров, гуммирования аппаратуры и др.

Хлоропреновый каучук (наирит) представляет собой продукт эмульсионной полимеризации хлоропрена, относящийся к числу стереорегулярных кристаллизующихся полимеров. Выпускают хлоропреновые каучуки, модифицированные серой (наирит СР и КР) и не содержащие серы, с примесью меркаптанов (наирит П и НП). Наириты отличаются высокой стойкостью к атмосферным воздействиям и масло-бензостойкостью, стойкостью к спиртам, кетонам, нитросоединениям, соляной и уксусной кислотам, хло­ристому водороду, хорошо сопротивляются тепловому старению, не поддерживают горения после удаления пламени. Наириты используются для гуммирования химической аппаратуры, изготовления оплеток кабелей, транспортерных лент и др. Морозостой­кость их до -40°С.

Бутадиен-нитрильные каучуки (СКН) являются продукта­ми совместной полимеризации бутадиена с нитрилом акриловой кислоты. СКН относится к некристаллизуютцимся каучукам. Свойства вулканизаторов зависят от количества нитрильных групп. С увеличением количества нитрильных групп повышаются стойкоость к действию масел и бензина, теплостойкость, однако сни­жается эластичность и ухудшается морозостойкость. Например, морозостойкость СКН-18 составляет до -60°С, а СКН-40 до -28°С. Повышенной масло-бензостойкостью, тепло- и радиационной стойкостью и более высоким сопротивлением раздиру обладает каучук СКН-50СМ. Каучук СКН применяют для   получения транспортерных лент, уплотнительных прокладок, манжет и т.п.

Бутилкаучуки (БК) получают путем совместной полимеризации изобутилена с 0,6...3% изопрена и представляют собой кристаллизующиеся каучуки с линейной структурой. Они имеют высокую химическую стойкость, высокую газо- и влагонепроницаемость, стойки к тепловому и атмосферному старению, к дейст вию озона, кислот и щелочей. Бутилкаучуки применяют для изготовления резинотехнических изделий, от которых требуется повышенная тепло-, паро-, озоно- и химическая стойкость.

Этиленпропиленовые каучуки являются некристаллизующимся продуктом совместной полимеризации этилена с пропиленом (СКЭП) и с добавкой диенов (СКЭПТ). Они обладают хорошими электроизоляционными свойствами, и износостойкостью, низкой плотностью. Используются в основном для изготовления электроизоляционных изделий, герметиков, транспортерных лент и др.

Уретановые каучуки (СКУ) получают взаимодействием диизоцианатов с простыми (СКУ-ПФ, СКУ-ПФЛ) или сложными (СКУ-8, СКУ-7, СКУ-8П) эфирами. СКУ обладают высокой стой­костью к истиранию, набуханию в маслах, различных топливах и растворителях, озоно- и светостойкостью, радиационной и вибро­стойкостью. Применяют СКУ для изготовления резинотехниче­ских изделий, от которых требуется высокая износостойкость и стойкость к воздействию различных жидких сред.

Фторкаучуки (СКФ) — продукт сополимеризации ненасы­щенных фторсодержащих углеводородов. СКФ обладают высокой теплостойкостью, стойкостью к маслам, топливам, органическим жидкостям, сильным окислителям, негорючи. Их применяют в производстве уплотнительных и герметизирующих деталей, шлангов, рукавов, изоляции и прочих деталей, эксплуатируемых при температурах до 200°С, а кратковременно и до 315°С.

Полисульфидные каучуки (тиоколы) — продукты взаимо­действия галоидопроизводных углеводородов с соединениями ще­лочных металлов. Вулканизаты тиокола стойки к действию органических растворителей, озона, кислорода, обладают хорошей газонепроницаемостью, однако, имеют невысокие механические свойства. Жидкие тиоколы Т, НВТ, НВБ-1, НВБ-2 применяют для изготовления герметизирующих паст и замазок.

Силоксановые каучуки представляют собой кремнийорганп ческие полимерные соединения, основная цепь которых состоит из чередующихся атомов кремния и кислорода. Каждый атом кремния связан с двумя органическими радикалами. В зависимо­сти от состава радикалов различают диметилсилоксановые кау­чуки (СКТ) винилсилоксановые (СКТВ), фенилсилоксановые (СКТФТ), этилсилоксановые (СКТЭ), фенилъный каучук с ви­нильными группами (СКТФВ). В марках низкомолекулярных каучуков добавляется в конце буква Н (например, СКТВН). Силоксановые каучуки обладают высокой термостойкостью (до 300°С) и морозостойкостью (до -100°С), хорошими электро­изоляционными свойствами, устойчивы к ультрафиолетовому из­лучению, действию кислорода и озона. Однако они имеют невы­сокое сопротивление истиранию, нестойки к действию ряда топлив, масел. Применяются эти каучуки в основном для изго­товления теплостойких уплотнений и других элементов.

Вулканизирующие агенты. Основным процессом переработ­ки каучука в резину является вулканизация — сшивка макромолекул каучука при нагреве под действием специальных вулканизирующих агентов.    Продукт   вулканизации   принимает пространственно-сшитую структуру, от густоты сетки которой зависят физико-механические свойства резины (рис.4.4.). Наиболее широкое применение в качестве вулканизующего агента нашла сера. Обычно используется сера дисперсностью 0,35...0,40 мкм.

При содержании серы до 5% образуются редкосетчатые резины — мягкие, высокоэластичные. С увеличением содержания серы сетчатая структура стано вится более густой, резина — более твердой, и при максимально возможном насыщении каучука серой (32%) образуется твердый материал, называемый эбонитом.

 

 

 

Рис. 4.4. Влияние степени сшивки резин на эластичность: 1 – мягкие резины, 11-кожеподобное состояние, 111 – жесткие резины

 

Вещества, ускоряющие реакцию взаимодействия каучука с серой, носят на

звание ускорителей. Наиболее распространенные ускорители — тиурам, каптакс, альтакс, гуанидины, сульфенамидные соедине­ния. Для повышения эффективности их действия вводят допол­нительно активаторы — оксиды металлов, в частности, цинка и магния.

При вулканизации каучуков с низкой степенью непредель­ности, например, бутилкаучуков, применяют в качестве вулкани­зующих агентов феноло-формальдегидные смолы. Перекись бензоила используется для вулканизации силоксановых каучуков и фторкаучуков. Вулканизация этилен-пропиленовых и силоксановых каучуков осуществляется перекисью дикумила.

Наполнители. В производстве резин и резинотехнических изделий применяются порошкообразные и тканевые наполнители. Основные функции наполнителей: 1) изменение физико-механических свойств резин и придание им специальных свойств (например, электропроводности, химстойкости и др.); 2) облегче­ние обработки резиновых смесей; 3) снижение стоимости изде­лий.

Наполнители, улучшающие механические свойства резин, называются активными или усиливающими. Наполнители, вво­димые для снижения стоимости резинотехнических изделий и не оказывающие существенного влияния на свойства резин, называ­ются неактивными или инертными.

В качестве активных наполнителей используют углеродистую сажу, диоксид кремния ("белая сажа"), силикаты металлов, некоторые органические продукты «синтетические полимеры, лигнин) и др. Например, введение сажи в каучуки СКВ, СКС, СКН увеличивает их временное сопротивление. К инертным наполнителям относятся в основном различные неорганические продукты природного происхождения: мел, као­лин, тальк, регенерат резины и др. Прочность резиновых смесей зависит от дисперсности и удельной поверхности наполнителя. Активные сажи имеют дис­персность 0,05...0,15 мкм и удель


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: