8. Неметаллические материалы (пластические массы и резины)

Ключевые слова: пластические массы, наполнители, красители, пластификаторы, отвердители, катализаторы, смолы, сополимеры, термопласты, газонаполненные пластмассы, резина, каучук

8.1. Общие сведения о пластмассах

В производстве летательных аппаратов широкое применение находят неметаллические материалы – композиционные и гомогенные пластические массы (пластмассы), резины, клеи, силикатные стекла, лакокрасочные покрытия и др. Из неметаллических материалов в современной авиационной технике наиболее широко используют пластмассы и резиновые материалы.

Пластическими массами, или пластмассами, называют высокомолекулярные соединения или их смеси с другими материалами, способные под влиянием внешнего давления приобретать и сохранять определенную форму. Основой пластмасс являются полимеры, которые представляют собой вещества, построенные из макромолекул. Макромолекулы в свою очередь состоят из многочисленных звеньев одинаковой структуры. Молекулярная масса макромолекул составляет от 5 000 до 1 000 000. При таких больших размерах макромолекул свойства вещества определяются не только их химическим составом, но и взаимным расположением и строением. Кроме полимеров в пластмассы могут входить наполнители, пластификаторы, красители, отвердители, катализаторы и другие вещества.

Наполнители вводят для повышения прочности, жесткости, твердости, а также для придания специфических свойств (например, фрикционных, антифрикционных и др.) В качестве наполнителей применяют ткани, порошкообразные и волокнистые вещества.

Пластификаторы используют для повышения пластичности, эластичности и технологичности пластмасс. Пластификаторами являются, например, олеиновая кислота, стеарин, дибутилфталат.

Отвердители и катализаторы процесса отверждения термореактивных связующих также могут входить в состав пластмасс. Эффективными отвердителями являются различные амины, а катализаторами – пероксидные соединения.

В ряде случаев в пластмассы вводят красители, например минеральные пигменты и спиртовые растворы органических красок, а также удешевители – для снижения стоимости пластмасс.

Свойства пластмасс зависят от их количественного состава и способа сочетания отдельных компонентов.

По сравнению с металлическими материалами пластмассы имеют определенные преимущества и недостатки. Преимущества пластмасс:

малая плотность (ρ = 0,05...2,7 г/см³); высокие прочность и удельная прочность (σ_в = 2...2,5 ГПа, для стеклопластиков σ_в/ρ = 100 км); высокая технологичность; малая теплопроводность; наличие специальных свойств (свето- и радиопрозрачность), высокое электросопротивление, высокая коррозионная стойкость, фрикционные и антифрикционные свойства, кислотостойкость и др.

К числу недостатков пластмасс как конструкционных материалов относятся:

малая теплостойкость (до 150...300 °С); низкая ударная вязкость (КС = 10...50 кДж/м²); низкая твердость (НВ 10...40); склонность к деструкции (с течением времени в пластмассах протекают реакции, сопровождающиеся разрывом химических связей в главной цепи макромолекул и образованием продуктов с низкой молекулярной массой); большая дисперсия свойств в пределах одной партии.

Пластмассы классифицируют по следующим признакам:

1) по строению – ненаполненные (однородные блочные) и композиционные наполненные;

2) по отношению к повторным нагревам – термореактивные, способные в исходном состоянии размягчаться при невысоких температурах и терять пластичность после соответствующей тепловой обработки с переходом в термостабильное состояние; термопластичные, способные размягчаться при каждом повторном нагреве и термостабильные, не плавящиеся при нагреве;

3) по типу наполнителя – с твердым и с газообразным наполнителем; в свою очередь твердые наполнители могут быть порошкообразные (гипс, кварц, каолин), волокнистые (асбестовое волокно, хлопковые очесы, стеклянная пряжа), слоистые (бумага, стеклянная, хлопчатобумажная и асбестовая ткани);

4) по применению – конструкционные для силовых деталей летательных аппаратов; то же для несиловых деталей летательных аппаратов; электроизоляционные; радиопрозрачные; химостойкие; прокладочные; облицовочно-декоративные и др.

Нередко одна и та же пластмасса обладает свойствами, характерными для различных групп.