- •1. Порошковые материалы
- •Общие сведения
- •Конструкционные материалы
- •Механические свойства и назначения порошковых конструкционных общемашиностроительных материалов
- •Механические свойства и назначение порошковых материалов и сплавов цветных металлов
- •1.3. Антифрикционные материалы
- •1.4. Фрикционные материалы
- •1.5. Пористые фильтрующие элементы
- •1.6. Композиционные материалы
- •1.6.1. Общие сведения
- •1.6.2. Строение композиционных материалов
- •1.6.3. Дисперсно-упрочненные материалы
- •1.6.4. Армированные волокнистые материалы
- •Композиция «алюминий – металлическая проволока»
- •1.6.5. Металлокерамические твердые сплавы
- •Неметаллические материалы
- •Строение и свойства полимеров
- •Особенности строения полимеров
- •2.1.2. Свойства линейных полимеров
- •2.1.3. Свойства полимеров сетчатой структуры
- •2.2. Пластические массы
- •Механические свойства термопластических пластмасс
- •2.2.1. Термореактивные пластмассы
- •Механические свойства материалов на основе фенолформальдегидной смолы (с органическим наполнителем)
- •Механические свойства высокопрочных стеклотекстолитов
- •Примечание. Данные прочности по основе помечены звездочкой (*), в направлении перпендикулярно слоям – двумя звездочками (**).
- •2.2.2. Синтетические эластомеры, каучук, резина
- •Физико-механические свойства каучуков и резин
- •2.2.3. Рекомендации по использованию пластмасс в машиностроении
- •2.3. Стекло
- •Свойства некоторых промышленных стекол и ситалла
- •2.4. Керамические материалы
- •2.5. Полупроводниковые материалы
- •Библиографический список
- •1. Порошковые материалы 4
- •1.1. Общие сведения 4
- •1.6.1. Общие сведения 19
- •2.3. Стекло 63
- •2.4. Керамические материалы 67
- •2.5. Полупроводниковые материалы 75
2.2.1. Термореактивные пластмассы
Пластические массы на основе термореактивных (отверждающихся) полимеров отличаются от термопластов практически полным отсутствием хладкотекучести под нагрузкой, повышенной теплостойкостью, нерастворимостью, малой набухаемостью, постоянством физико-механических свойств в температурном интервале их эксплуатации. Отверждающиеся пластические массы, как правило, относятся к сложным пластмассам, которые в своем составе, наряду со связующими (смолы), имеют различные наполнители: порошковые, волокнистые или слоистые.
В зависимости от характера наполнителя отверждающиеся пластмассы подразделяются на пресс-порошки, волокнистые и слоистые пластики.
Свойства отверждающихся пластиков приведены в табл. 4.
Изделия из пресс-порошков. Фенолформальдегидные смолы сочетаются с любым порошковым наполнителем. В качестве наполнителей в изделиях общетехнического назначения применяют древесную муку. Для получения изделий, обладающих высокой термостойкостью, применяют асбестовую муку. Повышение водостойкости и диэлектрических свойств достигается введением кварцевой муки. Для снижения хрупкости изделий на основе фенолформальдегидной смолы ее смешивают с полиамидами или с синтетическим каучуком.
Из пресс-порошков изготавливают корпуса и крышки приборов, детали, предназначенные для работы при повышенных температурах или в условиях высокой влажности, но сравнительно малонагруженные, особенно динамическими нагрузками.
Свойства материалов из пресс-порошков приведены в табл. 4.
Таблица 4
Механические свойства материалов на основе фенолформальдегидной смолы (с органическим наполнителем)
Свойства |
Фенопласты с наполнителем |
||||
порошковым |
волокнистым |
слоистым |
|||
фенопласты (карболиты) |
волокнит |
гетинакс |
текстолит |
ДСП |
|
Плотность, г/см3 |
1,4 |
1,35–1,45 |
1,3–1,45 |
1,3–1,4 |
1,3–1,4 |
Теплостойкость по Мартенсу, °С |
120–128 |
127–153 |
150–160 |
120–125 |
180 |
σв, кгс/мм2 |
3–6 |
3–3,5 |
6–16 |
6,5–10 |
13–30 |
σсжат, кгс/мм2 |
15–19 |
8–15 |
16–29 |
12–25 |
10–18 |
σизг, кгс/мм2 |
5–7,27 |
5–8 |
6–10 |
12–16 |
14–28 |
Модуль упругости Е, кгс/мм2 |
700–900 |
850 |
1080–1800 |
650–1000 |
3000 |
Ударная вязкость ан, кгс м/см2 |
4–6 |
9–10,4 |
8–20 |
35 |
17–18 |
Изделия из волокнитов. Волокниты представляют собой сочетание отверждающейся смолы с каким-либо волокнистым наполнителем (хлопчатобумажные очесы, асбестовое волокно, стекловолокно). Изделия из волокнитов используются для нагруженных деталей, работающих при температурах до 100...120 °С. Волокниты отличаются высокой ударной прочностью до 10...20 кгс м/см2. Асбестоволокниты имеют высокие электроизоляционные свойства при повышенных температурах и используются для изготовления электроизоляционных изделий (детали коллекторов и контактных панелей). Вальцованные в виде листов асбестоволокниты применяют в качестве теплозащитного покрытия или кислотоупорного материала для обкладки разных изделий (баки, трубы, реакторы). Замена фенолформальдегидной смолы в асбестоволокнитах на полисилаксаны значительно повышает термостойкость асбестоволокнита, и из такого материала изготавливают электроизоляционные изделия, работающие при температурах 200...300 °С. На основе фенолформальдегидных смол изготавливаются также изделия из стекловолокнитов.
Слоистые пластинчатые массы. На основе фенолформальдегидной смолы изготавливают пластики в виде листов, плит, труб, дисков и т. д. В качестве наполнителя применяется текстильная ткань (текстолит), асбестовая ткань (асботекстолит), бумага (гетинакс), древесный шпон (древесно-слоистые пластинки – ДСП), стеклянное волокно (стеклотекстолит). Слоистые пластинки имеют очень широкое применение. ДСП, например, применяют для изготовления шлюпок, деталей катеров. Из ДСП-плит изготавливают также подшипники, шестерни, опорные рамы.
Изделия из текстолитов. Детали машин, шестерни, подшипники обладают высокой прочностью и износостойкостью. Текстолит используют так же, как электроизоляционный материал. Гетинакс используется как электроизоляционный материал при температуре от –60 до +70 °С. Особенно широкое применение имеют стеклотекстолиты.
Механические свойства некоторых слоистых пластиков приведены в табл. 4.
Полиэпоксидные соединения. При взаимодействий соединений, содержащих эпоксигруппы с многоатомными фенолами, в щелочной среде образуется полиэпоксидная смола, имеющая линейное строение.
При нагревании и на холоде при взаимодействии с отвердителями образуются полимеры с пространственной структурой с разным молекулярным весом. В зависимости от молекулярного веса смолы могут быть твердые и жидкие (ЭД-5, ЭД-6, ЭД-13 и др.). Эпоксидные смолы допускают высокую степень наполнения (до 50 %) различными наполнителями (кварц, стекло, стекловолокно, тальк, асбест и т. п.) с сохранением высоких механических и химических свойств.
Из смол изготавливают штампы холодной вытяжки, пресс-формы, литейные модели, стержневые ящики и другие инструменты и оснастку, а также фасонные изделия.
Обладая высокими адгезионными свойствами ко многим материалам, прочностью и химической стойкостью против растворителей, щелочей, кислот и других агрессивных сред, эпоксидные смолы используют для изготовления лакокрасочных материалов и различных клеев. Эпоксидные смолы обладают хорошими электроизоляционными свойствами и широко используются в электротехнике.
Кремнийорганические соединения и некоторые другие полимерные материалы. В промышленности находят применение различные кремнийорганические соединения, свойства которых сильно зависят от среднего молекулярного веса и структуры макромолекул. Эти полимеры со степенью полимеризации 20...30 являются вязкими жидкостями, которые обладают большой сжимаемостью и поэтому широко используются в качестве амортизаторов, смазочных масел с низкой температурой замерзания. Полимеры со степенью полимеризации 800...1500 используют при получении лаков и пластмасс, а со степенью полимеризации 10 000...30 000 – для получения каучуков. Пластмассы на основе кремнийорганических смол мало изменяют свои свойства при температурах от 60 до +250 °С и даже до 550 °С. Наибольшее применение дли изготовления пластмасс находят полиметилсилоксаны, полиэтил- и полифенилсилоксаны. В качестве наполнителей применяются асбестовое и стеклянное волокно, металлические порошки, кварцевая мука и другие добавки. Они применяются для изготовления электрического оборудования и приборов, выдерживающих кратковременные нагревы до 2000...3000 °С. Особенность этих материалов – дугостойкость, химическая стойкость и водостойкость.
Для получения высокотеплостойких материалов применяются элементоорганические соединения, содержащие фосфор, алюминий и другие неорганические элементы. Расширяется область применения различных сополимеров, блок- и привитых полимеров, обладающих весьма высокими комплексами свойств. В курсе химии изучались все эти материалы и строение их молекул.
Высокопрочные конструкционные материалы – стеклопласты. Стеклопласты – материалы, получаемые па основе синтетических полимеров, образующих пространственную структуру. В качестве наполнителей используются стеклянные волокна, стеклянное полотно. Механические свойства некоторых стеклопластов приведены в табл. 5. Стеклопласты на основе кремнийорганических смол не теряют своей прочности при 250 °С, выдерживают нагрев до 270 °С в течение 1...2 мин; более стойки, чем стали, в кислородно-ацетиленовом пламени в течение 1 мин. Из стеклопластов изготавливают направляющие лопатки компрессоров авиационных и реактивных двигателей, пуленепробиваемую броню, корпуса катеров, лодок, кузова автомашин, самолетов, трубы и емкости для агрессивных жидкостей. Стеклопластики используются в качестве защитных жаростойких покрытий при температурах до 10 000 °С. В частности, сопла ракет работают очень ограниченное время (15...20 с) при 3200...4400 °С, а температура поверхности ракеты, при возвращении в земную атмосферу при скорости 7 км/с, равна 11 000...16 000 °С. В этих условиях не представляется возможным применить такие огнеупорные материалы, как графит или керамика, так как графит сгорает, керамика растрескивается. Металлы же при этих температурах моментально расплавляются. В этих условиях полимерные материалы проявили себя с совершенно неожиданной стороны – оказались пригодными в качестве жаростойких покрытий.
Таблица 5