Технология получения неметаллических конструкционных материалов

Полипропилен [- CH2 - CH (CH3) - ]n – жесткий нетоксичный полимер, допускающий более высокую температуру эксплуатации, чем полиэтилен. Полипропилен негигроскопичен, химически стоек к действию кислот щелочей, при 80°С растворим в ксилоле и толуоле, хорошо формуется в изделия и сваривается контактной сваркой. Полипропилен имеет невысокую морозостойкость до -10... -20°С и склонен к старению при воздействии света. Выпускается в виде гранул и порошков. Полипропилен применяется для антикоррозионной футеровки резер вуаров, арматуры, изготовления деталей электроаппаратуры, волокон и пленок.

Поливинилхлорид [- CH2 - CHCl - ]n – аморфный полимер белого или светло-желтого цвета, обладает высокими диэлектрическими свойствами, атмосферной и химической стойкостью, стоек к маслам и бензину, негорюч. Непластифицирован ный поливинилхлорид называется винипластом. Винипласт имеет высокую механическую прочность и обладает хорошими электроизоляционными свойствами, легко формуется, хорошо поддается механической обработке, склеивается и сваривается, хрупок при отрицательных температурах (рабочий диапазон температур от 0 до 70°С). Винипласт хорошо приклеивается к металлу, древесине, бетону. Листовой винипласт применяется в качестве футеровочного материала, в том числе и для облицовки гальванических ванн. Из винипласта изготавливают различную фурнитуру – краны, клапаны, задвижки, детали насосов, вентиляторов и др. Назначение материала указывается в его марке: Т – термостабилизированный, М, Ж – для изготовления соответственно мягких и жестких материалов, П – пастообразующий. При введении в поливинилхлорид пластификаторов (дибутилфтолата, трикрезилфосфата) в количестве 1:3 получается пластикат, который обладает высокой морозостойкостью до – 70%. Пластикат применяется для изготовления изоляции проводов, изоленты, а также для изготовления труб и различных покрытий.

Политетрафторэтилен [-CF2- CF2-]n (фторопласт-4, фторлон-4) является фторопроизводным продуктом этилена и представляет собой мелкий порошок белого цвета. В вязкотегучее состояние переходит при температуре 423°С, а при 420°С сильно окисляется, поэтому литьем под давлением и экструзией его не перерабатывают. Кроме того, при этих температурах выделяется токсичный фтор. Фторопласт-4 прессуют при температуре 360-380°С. Материал обладает высокой термостойкостью, стоек к действию кислот, щелочей, окислителей, растворителей, негигроскопичен. Разрушается при действии расплавленных щелочных металлов, элементарного фтора, набухает во фреонах. Фторопласт-4 имеет очень низкий коэффициент трения, сохраняет упругие свойства до -269°С. Фторопласт-4 применяется для изготовления уплотнительных элементов, мембран, фурнитуры, деталей антифрикционного назначения, а также, благодаря высоким диэлектрическим свойствам, для изготовления высокочастотной аппаратуры, коаксиальных кабелей, конденсаторов и др. Из фторопласта-4 изготавливают очень тонкие изоляционные пленки толщиной до 0,005 мм. Для лаковых покрытий применяют фторопласт – 42Л.

Политрифторхлорэтилен [ - CF2 - CFCl - ]n (фторопласт-3, фторлон-3) – полимер стойкий к действию кислот, щелочей, окислителей, растворителей, диапазон рабочих температур от -195°С до +125°С. При высокой температуре растворяется в бензине, толуоле, ксилоле. Перерабатывается литьем под давлением, экструзией и прессованием. Применяют для изготовления труб, шлангов, фурнитуры, защитных покрытий, низкочастотных диэлектриков, пленок, а также для термо- и влагостойких покрытий.

Полистирол [ - CH2 - CHC6H5 - ]n – твердый, жесткий, прозрачный полимер, обладает хорошими диэлектрическими свойствами, химически стоек к кислотам и щелочам, масло- и бензостоек, хорошо склеивается и окрашивается. Имеет низкую теплостойкость и ударную вязкость. Применяется для изготовления химически стойких сосудов, деталей электротехнического назначения. Полистирол, полученный эмульсионным методом (ПСЭ - 1), используется для производства пенопластов.

Полиизобутилен [- C (CH3) 2 - CH2 - ]n – полимер близки по эластичности к каучуку, имеет хорошие диэлектрические свойства, стоек к старению, действию кислот, щелочей, окислителей, морозостоек (до -74°С). Применяется в смеси с каучуком для изоляции ультравысокочастотных кабелей и проводов. В смеси с графитом, тальком, асбестом используют как уплотнительный и прокладочный антикоррозионный материал.

Полиметилметакрилат (органическое стекло) – прозрачный полимер, стойкий к действию разбавленных кислот и щелочей, бензо- и маслостоек, обладает оптической прозрачностью до 92%, морозостоек (до -60°С), растворяется в эфирах и кетонах, в органических растворителях, ароматических и хлорированных углеводородах. При температуре -105...+150°С пластичен. Перерабатывается литьем под давлением, экструзией, прессованием. Имеет невысокую твердость. Применяется для изготовления светотехнических изделий, оптических линз, радиодеталей.

Полиамиды [ -NH - (CH2) m - CO - ]n (капрон, нейлон, анид и др.) – полимер, обладающий хорошими механическими свойствами, высокой износостойкостью. Полиамиды не набухают в масле и бензине, не растворяются во многих растворителях, стойки к ударным нагрузкам и вибрациям, устойчивы в тропических условиях. Однако имеют некоторую гигроскопичность, не стойки к растворам минеральных кислот и окислителей, при повышенных температурах растворяются в муравьиной и уксусной кислотах, в фенолах. Полиамиды выпускаются в виде гранул белого и светло-желтого цвета размером 2... 5 мм марок ПА6, ПА12, ПА66, ПА610. Перерабатываются литьем под давлением и экструзией. Используются с наполнителями, в качестве которых применяется стекловолокно до 30% или графит до 10%. Применяются для изготовления зубчатых колес, звездочек цепных передач, колес центробежных насосов, подшипников скольжения, а также нанесения защитных покрытий.

Полиуретаны [ - NH - CO - O - ]n – полимеры, обладающие

высокой эластичностью, морозостойкостью (до -70°С), износостойкостью, устойчивы к действию разбавленных органических и минеральных кислот и масел. Перерабатываются литьем под давлением, экструзией и прессованием. Применяются для изготовления труб, шлангов, уплотнителей, приготовления клеев для склеивания металлов, стекла, керамики.

Поликарбонаты [ - OROCOOR - ]n (дифлон) – полимеры, обладающие высокими механическими свойствами, атмосферои термостойки, диапазон рабочих температур от -135 до +140°С, стойки к воздействию разбавленных кислот, щелочей, растворов солей, масло- и бензостойки. Перерабатываются литьем под давлением и экструзией. Применяются для изготовления шестерен, подшипников, деталей машин и аппаратов, деталей криогенной техники.

Полиарелаты [ - OCRCORO - ]n – полимеры, имеющие высокие механические свойства, термостойки, диапазон температур от -100 до +170°С, устойчивы к действию многих химических реагентов и ультрафиолетового излучения, хорошо растворяются в хлороформе, трикрезоле, метиленхлориде, наполненные твердыми смазками (графитом, дисульфидом молибдена и др.) обладают хорошими антифрикционными свойствами. Выпускаются в виде гранул, перерабатываются литьем под давлением. Применяются полиарилаты для изготовления деталей электротехнического назначения; для нагруженных деталей, работающих в вакууме без смазки; для уплотнительных узлов буровой техники и др.

Полиэтилентерефталат [ - CH2CH2OCOC6H4OCO - ]n (лавсан) – полимер, обладающий высокими прочностными свойствами, устойчивый к действию ультрафиолетовых и рентгеновских излучений, негорюч, диапазон рабочих температур от -70°С до +255°С, легко металлизируется алюминием, цинком, оловом и другими металлами, в 10 раз прочнее полиэтилена, гигроскопичен, хорошо сваривается ультразвуком и склеивается полиэфирным лаком. Полиэтилентерефталат применяется для теплостойкой изоляции обмоток трансформаторов, электродвигателей, кабелей, деталей радиоаппаратуры, конденсаторов, а также в качестве основы магнитофонных лент и кинопленок.

Пентапласт [ - OCH2C (CH2Cl) 2CH2 - ]n – полимер, близкий по прочностным свойствам к поливинилхлориду, обладает высокой водо- и химической стойкостью, удовлетворительными электроизоляционными свойствами, перерабатывается литьем под давлением и экструзией, пневмоформованием, хорошо склеивается и сваривается, применяется для изготовления емкостей, труб деталей насосов и защитных покрытий. Полиамиды, полиимиды – полимеры, обладающие высокими механическими свойствами, химической стойкостью, износостойкостью и усталостной прочностью, хорошие диэлектрики, диапазон рабочих температур от -200 до +300°С. Применяются эти полимеры для изготовления деталей машин, зубчатых колес, подшипников, электротехнических деталей, а также как связующие для получения композиционных материалов.

Полибензимидазолы – полимеры, обладающие высокими механическими и диэлектрическими свойствами, термостойкостью и огнестойкостью, термостойкость может составлять от 300 до 600°С. Полибензимидазолы применяются для получения пленок, волокон, тканей, используемых для изготовления летних и специальных костюмов, привязных авиаремней, при использовании в качестве связующего стеклопластиков, для изготовления теплозащитных материалов и деталей авиа- и ракетной техники.

Термореактивные полимеры

Фенолоформальдегидные смолы представляют собой продукты поликонденсации фенолов с формальдегидом. Выпускаются смолы резольного и новолачного типа. Резольные смолы отверждаются путем нагревания, новолачные – при нагреве с отвердителем (уротропином, 6...14% массы смолы). Фенолоформальдегидные смолы обладают высокими атмосферо- и термостойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами, стойки к действию большинства кислот, за исключением концентрированной серной кислоты и кислот-окислителей (азотной, хромовой). Неотвержденные смолы растворимы в фенолах и растворах едких щелочей, а также в органических растворителях.

Эпоксидные смолы – олигомеры  или мономеры,

содержащие в молекуле не менее  двух эпоксидных –

                                                      или глицедиловых -

групп, способные превращаться в полимеры пространственного строения. Отверждаются смолы посредством отвердителей, в качестве которых могут использоваться мономерные, олигомерные и полимерные соединения различных классов. Для холодного отверждения эпоксидных смол применяют в качестве отвердителей алифатические полиамины (полиэтиленполиамин, гексаметилендиамин, 5...15% массы смолы). Длительность отверждения 24 ч (степень отверждения до 70%). Для повышения степени отверждения желательна термообработка при температуре 60...120°С в течение 12...2 ч. Применяются для отверждения также олигоаминоамиды, но в количестве 50...100% массы смолы. Для горячего отверждения применяют ароматические ди- и полиамины (15...50% массы смолы). Отверждение проводят при температуре 100...180°С в течение 16...4 ч. Прочность, химическая стойкость и теплостойкость эпоксидных компаундов при горячем отверждении выше, чем при холодном. Используют в качестве отвердителей также ангидриды дикарбоновых кислот и синтетические смолы (фенолоформальдегидные, мочевино- и метиламино-формальдегидные и др.). Эпоксидные смолы обладают высокой адгезией к металлам, стеклу, керамике и другим материалам. Отвержденные смолы имеют хорошие диэлектрические свойства, высокую химическую стойкость, исключая органические кислоты, кетоны и углеводороды, стойки к воздействию радиоактивного излучения. Кремнийорганические полимеры отличаются высокой термостойкостью, стойкостью к воздействию агрессивных сред, хорошими диэлектрическими свойствами, однако обладают высокой адгезией. Для повышения адгезионных свойств их модифицируют эпоксидными, фенольными и полиэфирными смолами. Наиболее широкое применение для производства композиционных материалов, лаков, эмалей и клеев из кремнийорганических полимеров получили полиорганосилоксаны. Механические свойства ряда отвержденных термореактивных смол и кремнийорганических полимеров приведены в табл.1.

Таблица 1

Производство  пластмасс

Основными способами  получения деталей (изделий) из пластмасс  являются:

• обычное и литьевое прессование
• литье под давлением
• экструзия
• выдувание
• штамповка
• сварка
• механическая обработка.

Сущность обычного прессования заключается в том, что прессовочный материал засыпают в оформляющую (рабочую) полость прессформы, после чего подвергают давлению и нагреву. Материал, получивший пластичность в результате нагрева в форме, под давлением распределяется по форме, заполняя ее. Деталь выдерживается в форме под давлением в течение некоторого времени, необходимого для отверждения термореактивного материала. Затем открывают прессформу и извлекают деталь. Основным элементом технологической оснастки при прессовании являются прессформы, состоящие из матрицы и пуансона, деталей крепления и направления подвижных частей. По конструктивным признакам прессформы делятся на открытые, полузакрытые и закрытые.

Открытые прессформы не имеют загрузочной камеры, просты и дешевы в изготовлении и эксплуатации. Их недостаток — повышенный расход прессовочного материала и низкая точность деталей по толщине, а также образование заусенца в зазоре между матрицей и пуансоном.

Полузакрытые  прессформы снабжены загрузочной камерой по размеру большей, чем площадь проекции рабочей полости формы. На стыке пуансона и матрицы имеется опорная поверхность, которая дает возможность получать детали более высокой точности по толщине, чем в открытых прессформах.

Закрытые прессформы имеют загрузочную камеру по размерам и конфигурации, аналогичную поперечному сечению рабочей полости формы. Материалом для изготовления прессформы служат инструментальные углеродистые и легированные стали. Внутренние оформляющие поверхности прессформ для повышения износостойкости полируют и хромируют.

Литьевое прессование заключается в том, что прессовочный материал загружают в загрузочную камеру, отделенную от оформляющей полости прессформы. Нагретый до пластичного состояния материал под давлением пуансона через литниковый канал подается из загрузочной камеры в прессформу и заполняет ее. Пуансон, в отличие от обычного прессования, не участвует в оформлении детали. Этим методом можно перерабатывать материалы с повышенной пластичностью. Метод литьевого прессования по сравнению с обычным имеет ряд особенностей: процесс формования деталей происходит быстрее; на деталях практически не образуется грата; пресс-формы для литьевого прессования сложнее и дороже; при прессовании расходуется больше материала из-за заполнения литьевых каналов и остатка в загрузочной камере.