Правила и особенности конструирования изделий из пластмассы

КМ на неметаллической основе.

     Матрицей  в таких КМ служат термореактивные пластмассы – эпоксидные, фенолформальдегидные смолы, полиамиды и др. Основную часть КМ на неметаллической основе составляют волокнистые материалы. Их название обычно включает характеристику наполнителя: карбоволокниты, бороволокниты, стекловолокниты, органоволокниты. КМ на неметаллической основе (полимеры) имеют следующие преимущества по сравнению с металлическими сплавами и КМ на металлической основе:

     механические  свойства – высокая удельная прочность (1,2 …2,2по сравнению с 2,25…4,8 для КМ на металлической основе); высокая усталостная прочность; хорошие антифрикционные и амортизационные свойства;

     химические  свойства – высокая химическая стойкость;

     технологические свойства – хорошая обрабатываемость;

     экономические свойства – дешёвые исходные материалы.

     Общими  недостатками КМ на полимерной основе являются: резкая потеря прочности  при температурах выше 100…200 С, горючесть, отсутствие способности к сварке. Механические свойства волокнитов указаны в табл. 2.

     Родоначальниками  КМ на полимерной основе являются стеловолкниты. По удельной прочности они превосходят легированные стали, сплавы алюминия, магния, титана. В ДВС на ряде зарубежных автомобильных фирм из стекловолокнитов изготавливают разнообразные детали: детали топливно-подающей системы (фирма Zeta), крыльчатки вентиляторов систем охлаждения, расширительные бачки радиаторов (Ford), головки цилиндров, бензиновые баки (BMV, Du Pont).   

     Таблица 2

Свойства  однонаправленных КМ на неметаллической основе

     В карбоволокнитах (ρ = 1,4…1,55 т/м³) полимерная матрица армирована углеродными волокнами; в бороволокнитах – бором. Эти два типа КМ отличаются высоким модулем упругости, высокой прочностью и выносливостью. Бороволокниты отличаются высокой усталостной прочностью, специфическими химическими свойствами: стойкостью к проникновению воды, органических растворителей, радиации, горюче смазочных материалов. Бороволокниты применяют в авиационной и космической технике для изготовления роторов, лопаток компрессоров, лопастей винтов, трансмиссионных валов вертолётов.

     Карбоволокниты отличаются высокой стойкостью к динамическим нагрузкам. Их применяют для тепловой защиты дисков авиационных тормозов, а также как химически стойкий материал для химической аппаратуры.

     Применение  в органоволокнитах в качестве наполнителя синтетических волокон (капрон, лавсан, винол, полиамид) имеет преимущество для снижения плотности КМ (до 1,15…1,5 т/м³); при этом также существенно снижают предел выносливости и модуль упругости (вдвое ниже, чем у чистого алюминия). Однако эти КМ отличаются стабильностью механических свойств при резком перепаде температур, действии ударных и циклических нагрузок; высокой химической стойкостью и диэлектрическими свойствами. Их применяют в качестве изоляционного и конструктивного материалов в электрорадиопромышленности, авиа- и автостроении (трубы, ёмкости для агрессивных сред, покрытия корпусов). 

  4. Резинотехнические  изделия

      Уникальные  конструкционные   свойства  резины   предопределили   столь широкое ее применение в самых различных отраслях хозяйства и в быту, что  по уровню развития резиновой промышленности в стране можно судить  о  состоянии ее тяжелой индустрии (и прежде всего  -  машиностроительных  отраслей).  Чем сложнее и совершеннее техническое устройство, тем больше в нем использовано резиновых деталей. Так, в автомобиле типа  "Камаз"  применяется более 1000 резиновых изделий, в современном самолете - 10-12 тыс., морском судне -  до 30 тыс., АЭС -  50  тыс.  Применяются РТИ практически  во  всех  отраслях народного  хозяйства  и  в  быту.  Научно-технический  прогресс  в   ведущих отраслях    промышленности    -    угольной,    нефтяной,    автотракторной, судостроительной,  электротехнической  и  других  -  во  многом  зависит  от достижений  в  области  создания  резинотехнических  изделий.  К   резиновой промышленности   относятся    производства    шин,    резинотехнических    и асбестотехнических изделий, резиновой обуви, изделий народного  потребления, шиноремонтные.

  Отличительной  особенностью  производства  РТИ  является   чрезвычайно широкий  ассортимент  (около  100  тыс.  наименований),  поскольку   изделия находят применение практически  во  всех  сферах  деятельности  современного общества. В связи с быстро растущими требованиями к  РТИ  решается  комплекс сложнейших научно-технических  задач,  включающий  наряду  с  использованием новых полимеров  разработку  специфических  способов  создания  эластомерных композиционных  материалов,  высокомеханизированных   и   автоматизированных процессов, более совершенных конструкций и методов  продления  срока  службы изделий путем дополнительной обработки.

  Особенностью  резиновой промышленности  является  высокая   стоимость применяемого  сырья,  чаще  всего  являющегося  продуктом  других   отраслей химической  и  нефтехимической  индустрии.  Доля  труда  сотрудников   самой резиновой промышленности в себестоимости важнейших изделий составляет  всего 6-7%.  Поэтому огромное  значение  имеют экономия  сырья   и   материалов, разработка безотходных технологий, продление сроков эксплуатации изделий.

    Развитие   современной   резиновой   промышленности    характеризуется следующими основными особенностями:

• расширением областей применения и ассортимента резиновых изделий;
• ужесточение  условий  эксплуатации  изделий   (температуры,   нагрузки,   скорости, агрессивные среды и т.д.);

• стремление  использовать  наиболее  дешевые  и   доступные   армирующие материалы,  каучуки  и  ингредиенты  при  невозможности   беспредельного увеличения их ассортимента;
• необходимостью  снижения  материалоемкости  изделий  и  трудоемкости  их изготовления;
• требованиями охраны здоровья и защиты окружающей среды.

  Основой  резины  является  каучук   или   каучукоподобный   полимерный материал. Слово к а у ч у к в переводе  означает  "слезы  дерева",  поэтому этот  термин  справедлив  только   для   натурального   каучука.   Появление синтетического каучука, а также  композиционных  материалов  со  свойствами, похожими на свойства натурального каучука,  позволило  использовать  для  их обозначения более широкий термин - э л а  с  т  о  м  е  р  ы.  Прежде,  чем получить изделие из эластомера,  необходимо  изготовить  композицию  на  его основе, включающую ряд веществ - ингредиентов,  придающих готовому  изделию определенные   свойства.   В    эластомерной    композиции    макромолекулы, представляющие   длинные   полимерные   цепи,   могут   перемещаться    друг относительно  друга,  и  поэтому  изделие  из  такой композиции  не   может длительно  сохранять  приданную  ему   форму,   особенно   при   воздействии напряжений, теплоты, растворителей и т.д. Для получения технически  ценного материала - резины необходимо зафиксировать положение макромолекул.

  С технической точки зрения это означает процесс, в результате которого пластичная  резиновая  смесь  переходит  в  эластичную  резину,   получивший название в у л к а н и з а ц и я. Вулканизация является результатом  физико-химических процессов, основной из которых - соединение макромолекул  каучука друг с другом поперечными связями вследствие протекания  химических  реакций или физических процессов. Одновременно термин  "вулканизация"  подразумевает не только процесс образования поперечных связей (называемый также  сшиванием или структурированием), но и способ его осуществления. В  ходе  вулканизации принципиально  меняются  свойства  материала,  причем  наиболее   сильно   - эластические  свойства,  модуль,  твердость,   прочность,   устойчивость   к набуханию и т.д.

  Для сохранения  эластичности,  прочности,  диэлектрических свойств  и внешнего  вида  резины  и  резиновых  изделий  в  процессе  их  хранения   и

 транспортирования  необходимо  соблюдать  определенные  требования.   Прежде всего резинотехнические изделия не  должны подвергаться  действию  прямых солнечных лучей, чрезмерно высокой  или  низкой  температуры,  относительной влажности воздуха и т.д. Помещения для хранения резины и  резиновых  изделий должны быть сухими и отапливаемыми, стекла окон окрашены в желтый или  белый цвет; температура воздуха в пределах 5-20° С, а относительная влажность 40-60%. Резинотехнические изделия должны храниться на деревянных  стеллажах,  а отдельные виды - в упакованном виде.

  Шины хранятся и перевозятся без упаковки.  Они  устанавливаются  на протекторную  часть  с  вложенными  внутрь  покрышки   поддутыми   камерами.

  Клиновые ремни подвешивают на  деревянные  крючья  согласно  их  профилям  и длине. В процессе хранения необходимо регулярно менять положение  изделий  - во избежание образования трещин, складок и пролежней.

  Складские   помещения   должны    оснащаться    средствами    пожарной безопасности,  а  электрическое  оборудование  складов -   иметь   надежное заземление. Не допускается хранение и транспортирование резины  и  резиновых изделий вместе с кислотами,  щелочами,  растворителями,  жидким  топливом  и другими огнеопасными  материалами.  В  помещениях,  где  хранятся  резиновые изделия, запрещается курить и пользоваться огнем. 
 
 
 
 
 
 
 

Используемая  литература:

1. Арзамасов Б. Н. и др. «Материаловедение». Москва. Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2001 г.
2. Костылева Л. В. Автореферат к докторской диссертационной работе «Создание новых научных принципов упрочнения железоуглеродистых сплавов на основе развития теории кристаллизации и микроликвации».
3. Тарасенко Л. В. «Специальные материалы». Москва. Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2002 г.