Металловедение

371

применяют главным образом как электроизоляционный материал. Выпускают также декоративный гетинакс для отделочных работ. Из гетинакса готовят фа-

сонные изделия технического и бытовою назначения.

Текстолит-слоистая пластмасса, где в качестве наполнителя используется хлопчатобумажная ткань, в качестве связующею феноло-формальдегидная смола.

Текстолит обладает относительно высокой механической прочностью,

малым удельным весом, высокими антифрикционными свойствами, высокой стойкостью к вибрационным нагрузкам, износоустойчивостью и хорошими ди-

электрическими свойствами. Теплостойкость текстолита 120-125° С. Текстолит нашел широкое применение как заменитель цветных металлов для вкладышей подшипниковпрокатных станов в металлургической промышленности, как кон-

струкционный и поделочный материал в авиа- и машиностроении; для изготов-

ления направляющих роликов в самолетах, шестерен в автомобилях и других технических изделиях, к которым предъявляются высокие механические требо-

вания. Текстолитовые шестерни в отличие от металлических работают бесшум-

но Электротехнический текстолит применяют для изготовления электроизоля-

ционных изделий повышенной прочности - изолирующие ролики, пазовые и изолирующие клинья в генераторах, разные изолирующие детали для работы на воздухе и в трансформаторном масле.

Асботекстолит представляет собой слоистую пластмассу с наполнителем из асбестовой ткани и связующими - феноло-формальдегидной смолой. Он имеет высокую теплостойкость - до 250° С. Асботекстолит применяют пре-

имущественно в качестве теплоизоляционных облицовок и в тормозах для дис-

ков сцепления, так как он обладает большим сопротивлением трению.

Древеснослоистая пластмасса (ДСП) -древесный шпон, пропитанный не-

большим количеством феноло-формальдегидной смолы и спрессованный. ДСП

372

имеет высокую механическую прочность, пониженную влагостойкость и меньшие диэлектрические показатели.

Дельта-древесина, как и другие виды ДСП, применяется как конструкци-

онный, обшивочный и поделочный материал в машиностроении, как замени-

тель цветных металлов для изготовления шкивов, вкладышей подшипников,

втулок, шестерен, опорных рам.

Стеклотекстолит изготовляют прессованием пакета стеклянной ткани,

пропитанной смолой. Выбор связующего определяется назначением стеклотек-

столита и способом изготовления изделия. Так, стеклотекстолит КАСТ полу-

чают при использовании смеси феноло-формальдегидной смолы с поливинил-

ацетатами, стеклотекстолит ВФГ-полисилоксана и полнацеталя, стеклотексто-

лит ЭФ-32-301 - эпоксидной смолы.

Диаметр стекловолокна в стеклоткани составляет 3,5-5 мкм. Связующее в стеклотекстолите выполняет роль клея, и его содержание не превышает 25-30%,

иначе прочность изделия снижается,

Из пакета пропитанной стеклоткани прессуют листы, плиты, трубы.

Стеклотекстолит применяют для изготовления сильно нагруженных конструк-

ционных изделий, работающих в сухих и влажных средах, при температурах до

350° С, стойких к растворам электролитов, маслам и жидким топливам, а также изделий, которые должны обладать высокими диэлектрическими свойствами и радиопрозрачностью. Он нашел также широкое применение для изготовления разнообразных высоконагруженных крупногабаритных изделий (кузовов лег-

ковых автомобилей, автобусов, кабин грузовых автомашин, лодок, катеров, ав-

то- и железнодорожных цистерн, емкостей и аппаратуры химической промыш-

ленности).

§ 10. Листовые пластмассы

Винипласт - листовой материал, представляющий собой пласти-

фицированную на горячих вальцах при температуре 160-165° С смесь поливи-

373

нилхлорида, полученного методом эмульсионной полимеризации, и стабилиза-

тора (углекислые соли свинца). В зависимости от назначения винипласт выпус-

кается трех марок: ВН - непрозрачный, натурального цвета или окрашенный;

ВП - прозрачный, бесцветный или окрашенный; ВНТ - нетоксичный, исполь-

зуемый в пищевой промышленности.

Винипласт химически устойчив к воздействию почти всех кислот, щело-

чей и растворов солей любых концентраций, за исключением азотной кислоты концентрацией выше 50% и олеума. Он имеет 276 хорошие электроизоляцион-

ные свойства. Однако рабочая температура винипласта невелика - для нагру-

женных деталей от 0 +40° С. Винипласт подвержен хладотекучести; при резких и изменениях температуры коробится. Он не горит, но при температуре 120-

140° С начинает размягчаться, что используется для сварки отдельных листов между собой. В пламени обугливается; температура разложения 160-200° С.

Склонен к старению под влиянием атмосферных воздействий и химических реагентов, при этом приобретает повышенную хрупкость и пониженную проч-

ность при разрыве.

Винипласт выпускают главным образом в виде листов, труб, стержней,

уголка, сварочного прутка. Изделия из винипласта изготовляют выдавливани-

ем, штамповкой, гибкой, механической обработкой, сваркой, склейкой. Склеи-

вание осуществляется перхлорвиниловым клеем. Гибку, штамповку, вытяжку можно проводить при нагреве не выше 150° С (обычно 130° С).

Из винипласта изготовляют емкости в химическом машиностроении, ак-

кумуляторные баки и сепараторы для кислотных и щелочных аккумуляторов,

вентили, краны, клапаны, фитинги для трубопроводов, крышки, пробки, бара-

баны, держатели анодов, клише в типографском деле, плитки для полов, для футеровки электролизных и травильных ванн, детали насосов и вентиляторов и другие изделия.

374

Полиметилметакрилат (органическое стекло) - термопластический мате-

риал, обладающий прозрачностью, твердостью, стойкостью к атмосферным воздействиям, водостойкостью, стойкостью ко многим минеральным и органи-

ческим растворителям, высокими электроизоляционными и антикоррозионны-

ми свойствами. Он выпускается в виде прозрачных листов и блоков.

Органические стекла выгодно отличаются от минеральных стекол низким удельным весом, упругостью, отсутствием хрупкости вплоть до -50-60° С, бо-

лее высокой светопрозрачностью, легкой формуемостью в детали сложной кри-

визны, простотой механической обработки, а также свариваемостью и склеи-

ваемостью. Однако по сравнению с минеральными стеклами органические стекла обладают более низкой абразивностью (поверхностной твердостью). По-

этому поверхность органического стекла легко повреждается и его оптические свойства нарушаются. Теплостойкость органического стекла ниже, чем у мине-

рального; кроме того, органическое стекло легко загорается, что не свойственно минеральным стеклам.

Крупные изделия сферической формы изготовляют из разогретых листов методом формования при помощи вакуума. Мелкие изделия получают штам-

повкой заготовок из нагретого листа, вытяжкой и выдуванием горячим возду-

хом. Органическое стекло растворяется в дихлорэтане. Раствор органического стекла в дихлорэтане используют в качестве клея для соединения органическо-

го стекла. Листы из органического стекла надежно сваривают методом кон-

тактной сварки при 140-150° С и давлении 0,5-1 МПа (5-10 кгс/см2).

Органическое стекло применяется для остекления приборов, изготовле-

ния линз и технических изделий, прозрачных моделей для наглядного изучения режимов работы различных агрегатов, а также для других деталей машин, где требуется прозрачность материала. Особенно широкое применение органиче-

ское стекло нашло для остекления самолетов. Для этих целей употребляют ори-

375

ентированное (вытянутое) органическое стекло и органический триплекс - де-

тали остекления из этих материалов при пробитии дают локальное поражение.

Одним из эффективных способов повышения качества органического стекла является многоосное растягивание его листов, предварительно нагретых до стадии высокой эластичности. Листы вытягивают на 50% при температуре на 10-15° С выше точки размягчения. Такой процесс вызывает взаимную ори-

ентацию отдельных отрезков макромолекул полимера в направлении растяги-

вающих усилий. Не снимая напряжения, лист формуют в изделие пневмоили вакуум-вытяжкой. Процесс ориентации приводит к упрочнению материалов и увеличению их вязкости. Применяя метод ориентации к новым теплостойким органическим стеклам, удается существенно снизить их природную хрупкость без изменения теплостойкости.

Детали остекления, выполненные из ориентированного органического стекла, значительно превосходят детали из неориентированного стекла по ста-

тической и длительной прочности, серебростойкости (возникновению мелких трещин под влиянием резких смен температуры и нагрузки), эксплуатационной живучести и, что особенно важно, по поведению по пробитии. Ориентирован-

ные стекла формуются, склеиваются и механически обрабатываются.

Органический триплекс представляет собой композицию из двух листов органического стекла, склеенных бутварной пленкой толщиной 2 мм. Свойства органического триплекса близки к свойствам неориентированного органиче-

ского стекла. Преимущество его заключается в большей локальности пораже-

ния при местном пробитии. По технологическим свойствам триплекс мало от-

личается от органического стекла; формуется так же - методами вакуум-

формования и свободного скольжения в матрицу.

Целлопласты представляют собой термопластические материалы на ос-

нове эфиров целлюлозы. В настоящее время промышленность выпускает нит-

376

роцеллюлозный, этилцеллюлозный и ацетилцеллюлозный этролы и листовые материалы - целлон и целлулоид.

Целлопласты химически не стойки и растворяются в большинстве орга-

нических растворителей. Материалы на основе нитроцеллюлозы (этрол, целлу-

лоид) очень горючи. Целлопласты применяются в машиностроении главным образом для изготовления штурвалов, кнопок, а также декоративных деталей внутренней отделки автомобилей.

§ 11. Пенопласты

Пенопласты - это газонаполненные пластмассы; они отличаются от моно-

литных полимерных материалов своей ячеистой структурой. По структуре они делятся на пенопласты, в которых газообразные включения изолированы друг от друга тонкими стенками полимерного материала, и на поропласты - с сооб-

щающимися ячейками. По свойствам они различаются: пенопласты - водо-, те-

плостойки; поропласты обладают высоким звукопоглощением и легко впиты-

вают влагу (поролон).

По механическим характеристикам пенопласты можно разбить на три группы: жесткие-ПС-1, ПС-2, ПС-4, ПХВ-1, ПХВ-3, ПУ-101, ПУ-101А, ПУ-

101Б, ПУ-101Т, ФК-20; полужесткие - ПУ-101В, ПУ-102В, ФК-40; эластичные -

ПХВЭ и поролон.

Ленополистиролы, относящиеся к жестким пенопластам, применяют пре-

имущественно в производстве твердых изделий, к которым предъявляются осо-

бенно высокие требования в отношении электроизоляционных качеств и ра-

диопрозрачности (например, для изготовления антенных обтекателей).

Пенополихлорвинилы относятся к полужестким пенопластам. Их приме-

няют в качестве материала, придающего жесткость конструкции, но снижаю-

щего его вес, в качестве заменителя пробки в производстве спасательных кру-

гов и поясов, поплавков спасательных шлюпок, в качестве легкого теплоизоля-

377

ционного материала в строительстве самолетов. В производстве эластичных электроизоляционных материалов применяют полиэтиленовый пенопласт.

Эластичные пенополиэфироуретаны, относящиеся к эластичным пено-

пластам, обладают высокой прочностью, сопротивлением истиранию, доста-

точно высокой теплостойкостью. По упругим свойствам пенополиэфироуретап уступает пенорезипам, но превосходит их по масло- и бензостойкостн, стойко-

сти к действию озона и имеют больший диапазон рабочей температуры (от -

190 до + 120о С» и значительно большую прочность на разрыв и надрыв. Эла-

стичный пенополиэфироуретан нашел широкое применение в качестве амор-

тизатора, заменителя металлических пружин, хладостойкого теплоизолятора в производстве теплой одежды, ковров, губки и др.

Пенопласты хорошо обрабатываются как ручным, так и механическим способом на деревообрабатывающем оборудовании. Они соединяются между собой и с другими материалами преимущественно склеиванием. Листовые пе-

нопласты на основе термопластических полимеров (полистирол, поливинил-

хлорид) могут подвергаться при нагревании штамповке и гибке. Изделия слож-

ной конфигурации из пенопластов ПС-Б, ФК-20, ПУ-101 и др. можно получить заполнением формы гранулами пли жидкой композицией с последующим вспе-

ниванием и отвердением.

§12. Покрытия из пластмасс

Впоследние годы успешно применяется нанесение покрытий на металл из термопластичных материалов методами напыления (газопламенным и вих-

ревым) или в виде суспензий.

Газопламенное напыление осуществляется пистолетообразным аппара-

том, в который из питательного бачка подсасывается порошок смолы; чтобы порошок не слипался, бачок снабжают вибратором. Под действием воздушно-

ацетиленового пламени пистолета на выходе из щелевидного сопла порошок

378

плавится и распыляется сжатым воздухом на напыляемой поверхности. После расплавления полимер хорошо растекается по поверхности.

Для улучшения прилипания полимера поверхность металла подвергают пескоили дробеструйной обработке и нагревают пламенем пистолета (при нанесении, например, полиэтилена до температуры 200° С).

Газопламенным напылением получают покрытия из полиэтилена,

полиамидов (капролактам, нейлон), поливинилбутираля, битумов, шеллака и др. Для получения окрашенных покрытий порошок смолы смешивают с пигментами. Для этой цели употребляют пигменты, сохраняющие цвет в процессе напыления - монстраль синий, сажу, желтый и красный кадмий,

хромовую зелень, ультрамарин.

Покрытия полиэтиленом, полученные газопламенным напылением, ис-

пользуют для защиты металлов от коррозии, действия токов высокой частоты и воздействия агрессивных сред. Полиамидные покрытия обладают хорошей ад-

гезией к металлу и отличаются высокой упругостью и большой бензо- и масло-

стойкостью.

Покрытия, получаемые газопламенным напылением из порошка поливи-

нилбутираля, имеют хорошую адгезию к металлу, достаточно водостойки, не разрушаются от действия органических кислот, алифатических углеводородных растворителей и масел. Покрытия поливинилбутиралем хорошо шлифуются и полируются. Поливи-нилбутираль применяют обычно в виде композиций с другими смолами и наполнителями для выравнивания поверхности автомо-

бильных кузовов, декоративных покрытий и т. п.

Покрытия эпоксидными смолами, в частности смолой Э-41 с добавкой в качестве отвердителя полиэтиленполиамина, отличаются блеском, хорошей термостойкостью, химической стойкостью и электроизоляционными свойства-

ми.

379

Вихревое напыление, или напыление в псевдокипящем слое, используют для получения антикоррозионных, электроизо-

ляционных и декоративных покрытий. Для по-

крытий используют порошки полиэтилена, по-

лиамидов и поливинилбутираля. Для придания покрытию цвета в порошок полимера добавля-

ют пигменты: двуокись титана, окись хрома,

желтый и красный кадмий, перекись марганца.

Перед приготовлением смеси для напыления порошки полимера и пигмента доводят до влажности не более 0,3%. После сушки поро-

шок просеивают, его зернистость ~200 мкм.

Просеянные и высушенные порошки взвешивают, и смесь порошков полимера и пигмента перемешивают до получения однородного цвета. Перед началом ра-

боты в ванну для напыления (рис. 179) насыпают смесь порошков из расчета,

что при взвихрении высота слоя порошка увеличивается в 1,5-2 раза. Воздух для взвихрения порошка предварительно пропускается через влагомаслоотде-

литель и сухой, чистый калорифер, нагретый до 50-60° С.

Взвихривание порошка достигается действием сжатого воздуха, который продувается через пористую перегородку, расположенную в нижней части ван-

ны для напыления. Подача воздуха в ванну регулируется таким образом, чтобы поверхность взвихренного слоя порошка напоминала кипящее молоко, без вы-

бросов и фонтанирования. Уровень кипящего слоя ниже верхнего края ванны не менее чем на 20 см. В верхней части ванны имеется устройство для отсоса мелких частиц поднявшегося до верха ванны порошка.

Покрываемые детали для улучшения сцепления покрытия с металлом предварительно подвергают дробеструйной обработке. Подготовленные для покрытия детали нагревают в термопечи до температуры, превышающей тем-

380

пературу размягчения полимера, и затем на несколько секунд полностью по-

гружают в ванну с порошком, находящимся во взвихренном состоянии. Время погружения детали в ванну определяется необходимой толщиной покрытия.

Напыленные детали с частично оплавленным порошком выгружают из ванны и слегка встряхивают, чтобы освободить их от излишков порошка. Слой полиме-

ра получается равномерным и частично оплавленным. Для окончательного оп-

лавления деталь помещают в печь.

Суспензионное покрытие наносят на поверхность металла фторопла-

стами. Суспензию получают измельчением полимера на коллоидной мельнице в среде разбавителя (чаще всего воды или спирта) с добавкой стабилизирующе-

го вещества. Нанесение суспензий на поверхность деталей производят окуна-

нием, распылением или при помощи кисти. Для удаления разбавителя нанесен-

ный слой сушат. Затем деталь нагревают до температуры 260-275° С для рас-

плавления полимера и образования пленки. После оплавления иногда проводят закалку - быстрое охлаждение покрытия водой для уменьшения кристаллично-

сти полимера и приобретения эластичности. Для получения покрытия толщи-

ной 80-120 мкм один за другим наносят до десяти слоев.

Покрытия не набухают в воде, не смачиваются водой, стойки к действию неорганических веществ (за исключением расплавленных щелочных металлов и щелочей), слегка набухают в концентрированной азотной кислоте и в олеуме.

Фторопластовые покрытия используют для защиты металла от действия хими-

чески агрессивных сред, а также в качестве электроизоляционных покрытий.

Напыление стеклопластиков-защитные покрытия. Их получают одновре-

менным напылением на поверхность металла рубленого стекловолокна и поли-

эфирного связующего. Отвердение покрытий производится при комнатной температуре. Напыление производится пистолетообразным аппаратом при по-

мощи сжатого воздуха. Покрытия из стеклопластиков обладают хорошими прочностными свойствами и абразивостойкостью.