Вопросы для самоконтроля

1. Состав сплавов Fe – C и роль компонентов в нем.

2. Дать характеристику углеродистых сталей, их применение, обозначение.

3. Структурные составляющие сплава Fe – C.

4. Дать характеристику углеродистых сталей, их применение, обозначение.

5. Дать характеристику легированных конструкционных сталей, их применение, обозначение.

6. Стали и сплавы с особыми свойствами, их применение, обозначение.

7. Сплавы на основе меди, их свойства, применение, обозначение.

8. Сплавы на основе алюминия, их свойства, применение, обозначение.

9. Сплавы на основе магния, титана, бериллия, их основные свойства, применение. Какие сплавы относятся к сплавам высокой удельной прочности и жесткости и где они применяются?

10. Что такое упрочняемые (стареющие) и не упрочняемые (нестареющие) сплавы, какие из них вам известны?

11. Какие профили и сортаменты металлов и сплавов выпускают?

12. Чем отличаются сплавы, полученные расплавлением компонентов, и спеканием из металлических порошков?

Тема 8. Неметаллические конструкционные материалы

Методические указания. Полимеры, пластмассы, стекла, керамика. В рамках темы в основном рассматриваются пластмассы как конструкционный материал. Однако те же пластмассы находят широкое применение и в качестве электротехнических материалов. Поэтому сведения о полимерах и пластмассах как о диэлектриках необходимо отмечать при изучении темы.

При изучении необходимо получить общее представление о многообразии пластмассах, обратить внимание на их деление на термореактивные и термопластичные, состав, отличия. Обратить внимание на строение: полимеры, порошковые, волокнистые, стеклотекстолиты и другие. Но все они принадлежат к группам термореактивных или термопластичных пластмасс. Отметить, что кроме механических свойств, для пластмасс необходимо учитывать и диэлектрические свойства. Применение пластмасс.

Ключевые моменты темы: иметь представление о качественных различиях свойств названных групп неметаллических материалов, их применении.

Часто эти материалы используются и как конструкционные и как электротехнические. Поэтому необходимо учитывать свойства таких материалов в совокупности. В данной теме приводятся некоторые основные параметры неметаллических материалов в обобщенном виде их механических и диэлектрических свойств (параметров).

Теоретические материалы

8.1. Термопластичные и термореактивные пластмассы

Термопластичные пластмассы (термопласты, полимеры) под нагрузкой ведут себя как вязкоупругие вещества. Стандартные испытания на растяжение и удар дают приближенную оценку их свойств. Изменения внешних условий (действие температуры, влаги, света, газов и другие.) и скоростей деформирования, которые совсем не отражаются на механических свойствах металлических сплавов, резко изменяют механические свойства термопластов и полимеров, они вытягиваются, теряют форму и размеры. Механические свойства термопластов улучшаются при использовании в качестве наполнителя стеклянного волокна. При этом сохраняется возможность переработки термопластов с использованием методов литья под давлением и экструзии.

Термопласты, как правило, не изменяют механических свойств под действием воды, стойки к действию бензина, масел. Исключением являются полиамиды (капрон и другие, таблица 4 ). Теплостойкие термопласты имеют более высокие рабочие температуры.

Термопласты имеют хорошие диэлектрические свойства, указанные в таблице 4. Свойства и применения их в качестве диэлектрических, изоляционных материалов рассмотрено в теме 10.

Термореактивные пластмассы (реактопласты) получают на основе эпоксидных, полиэфирных, полиуретановых, фенолоформальдегидных и кремний органических полимеров. Они имеют сетчатую структуру, при нагреве не плавятся, устойчивы против старения, поглощают не более 0,1…0,5% воды. Реактопласты более надежны, чем термопласты, при испытаниях на растяжение разрушаются без пластического течения. Рабочая температура у них выше, чем у термопластов, и определяется термической устойчивостью полимера или наполнителя (меньшей из двух). Термореактивные пластмассы обладают высокой удельной жесткостью и удельной прочностью. По этим показателям реактопласты со стеклянным волокном или тканями превосходят многие металлические сплавы. Термореактивные порошковые пластмассы более однородны по свойствам, хорошо перерабатываются методами прессования и применяются для наиболее сложных по форме изделий. Их недостаток – низкая ударная вязкость. Свойства термореактивных пластмасс приведены в таблице 5.

Таблица 4

Свойства термопластичных пластмасс

Материал	механические свойства			диэлектрические свойства
	в, МПа	, %	максим. рабочая температура, ºС	V, Ом*м	, при f=1 МГц	tg*10^-4, при f=1МГц	Eпр, МВ/м
1	2	3	4	5	6	7	8
термопласты
Полиэтилен: низкой плотности высокой плотности	10…18 18…32	300…1000 100…600	60…75 70…80	10^16	2,4 2,5…3	2…4 2…3	45…50 40…60
Полипропилен	26…38	200…800	100	10^16…10^17	2,3	2…5
Полистирол	40…60	3…4	50…70	10^15	2,5	2…9	30
Поливинилхлорид: жесткий пластикат	50…65 10…40	20…50 50…350	65…85 50…55	10^14	3…4	200	16…30
Фторопласт-4	20…40	250…500	250	10^17	2	2	20
Фторопласт-3	37	160…190	150	10^14…10^16	2,5…2,7	100	13…15
Поликарбонат: без наполнителя 30% волокна	60…65 90	80…120 3,5	135 145
Капрон: сухой насыщенный водой	75…85 35…50	50…130 160…250	80…100 –	10^12		320	22
Продолжение таблицы 4
1	2	3	4	5	6	7	8
Эпоксидный стеклопластик	500	~2,5	130	10^13…10^16	2,6…4	400..500	16..20
теплостойкие полимеры
полиформальдегид	70	50	140
Полиимид	300	8	>300	10^13…10^14	3,2…3,5	40…70	20…30
Полиамидоимит	150	7,6	240..260
То же + стеклян. волокна	220	2,3	240..260
Полиэфирамид	100	60	240..300

Таблица 5

Свойства термореактивных пластмасс

Материал	механические свойства			диэлектрические свойства
	в, МПа	, %	максим. рабочая температура, ºС	V, Ом*м	, при f=50Гц	tg*10^-4, при f=50 Гц	Eпр, МВ/м
Термореактивные полимеры без наполнителей:
Феноло-формальдегидные	15..35	1…5	200	10^9…10^10	5…6	600…1000	12…16
Полиэфирные (лавсан)	42…70	2	95…120	10^10…10^12	3…3,5	20…130
Эпоксидные	28…70	3…6	150…175	10^12…10^13	3…4	100…300	20…80
Кремний органические	22…42	5…10	350	10^12…10^14	3,5…5	100…300	15…25
Термореактивные полимеры с наполнителями:
Порошковые пластмассы	30…60	1…3	100…200	10^10	5…8	100…500	10…13
Волокниты	30…90	1…3	120…140	10^10		100…200	4
Гетинаксы	60…70	–	125	10^9	5…7	380…450	20
Текстолиты	65…100	1…3	90…105	10^10		30…100	25
Стеклотекстолиты	200…600	1…3	200…400	10^11…10^12	5…6	300	20

Примечание: рабочая температура материалов электротехнического назначения ниже указанной в таблицах на 10…40%.