Лекции 1-9. Крам / Лекция 5

Лекция 5 НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛА

Свойства:

1. Низкая плотность- в 5-8 раз меньше стали и меди, в 2 раза меньше алюминия;

2. Низкая теплопроводность, хорошие изоляционные свойства;

3. Высокая удельная прочность ( иногда выше металлов );

4. Эластичность при криогенных температурах;

5. Большая адгезия к металлам;

6. Хорошие антифрикционные свойства при переменной температуре;

7. Немагнитность.

Применение полимерных материалов позволяет:

• Существенно уменьшить теплоприток через тепловые мосты и теплоизоляцию

• Повысить герметичность арматуры

• Повысить долговечность узлов трения

• Изготовлять немагнитные криостаты.

Определенная структура полимерных материалов на молекулярном уровне обеспечивает гибкость длинноцепных молекул при криотемпературах. Такое строение полимера обеспечивает его не хрупкое разрушение благодаря способности к высокоэластичным и вынужденно эластичным деформациям.

Механические свойства пластмасс с наполнителями в значительной степени зависят от свойств, количества и ориентации волокон наполнителя.

Полимеры условно делятся по прочности на 3 группы:

1. Низкая прочность - _р 60 МПа ( полиэтилен, полистирол )

2. Средняя прочность - _р=60-100 МПа ( капрон, текстолит, гетинакс, полиамид)

3. Высокая прочность -_р  100 МПа (стеклопластики, стеклотекстолит)

Влияние температуры на предел прочности и ударную вязкость

Материал	Температура испытаний ,К	р, МПа (растяжение)	с, МПа ( сжатие)	Удар.вязкость,кДж/м^2
Текстолит ПТ	293 77	85 106	167 310^*	28,4 14,7^*
Стекловолок-нит АГ-4С (од-нонаправлен-ный)	293 77	535 910	380 715	174 326
При Т=90К

Механические свойства пластмасс

Пластик	Т,К	Временное сопротивление разрыву, МПа	Модуль упругость, МПа
Фторопласт-4 (по-литетрафторэтилен)	295 77 4	1,4 105 19^*	420 5180 -
Полиэтилен	300 77	9,1 17,5	140 -
Нейлон	293 77	66 195	3000 7700
Майлар (полиэтиленфталат)	300 77	147 217	7100 130
* - предел текучести при сжатии

Механические свойства полимеров при Т=4,2 К

Полимер	Относительная деформация		Напряжение , МПа
	До предела пропорциональ ности, пр	Разрывная деформация разр	Предел пропор- циональности пр	Прочность разр
Полистирол	0,5	0,5	27,5	27,5
Полиметилмета крилат (оргстекло)	1,0	1,0	76	76
Фторопласт-4	1,5	1,7	91	100
Дифлон	2,4	3,6	107	155
Полиимид	2,7	6,6	175	345

Раньше основным материалом для криогенных температур был фторопласт-4

( политетрафторэтилен). Последние 10-20 лет разработаны новые материалы:

• поликарбонаты

• полиимиды

• полисульфоны

• полиарилаты

У них по сравнению с фторопластом-4 в 2-4 раза выше остаточная деформация, в 2-15 раз больше работа разрушения при Т=4К.

Применение

1. Материалы уплотнений

а). поликарбонат дифлона

б). полиамиды

в). фторопласты

На подложку из стали 12Х18Н10Т наносится полимерное покрытие толщиной 100-120 мкм. Клапаны с уплотнением из поликарбоната выдерживают до 10 тыс. срабатывания клапана без утечек.

2. Опоры , стержни-фиксаторы криогенных резервуаров, горловины сосудов.

Стеклопластики (АГ-4С; 27-63) – композиционные материалы, состоящие из армирующего стекловолокна, которое скреплено в монолитную конструкцию связывающим полимерным клеем.

Наибольшим значением адгезии к стекловолокну обладают эпоксидные смолы.

При криогенных температурах прочность стеклопластиков возрастает в 2-3 раза с одновременным возрастанием ударной вязкости на 30-40%. Стеклопластики как теплоизоляционный материал обладают наивысшими показателями эффективности

где - эксплутационное напряжение; -коэффициент теплопроводности.

По отношению к нержавеющей стали

2. Узлы трения при низких температурах.

Металлические узлы трения, которые эксплуатируются при криогенных температурах без смазки склонны к схвачиванию ( свариванию ) и поэтому становятся неработоспособными. Особенно этот недостаток проявляется в вакууме

( р=10^-7 Па).

Полимеры свободны от этого недостатка. Антифрикционные материалы на основе фторопласта-4, полиимиды применяются на направляющих втулках, арматуре.