Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Выбор материалов и технологий в машиностроении

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Резиновые материалы. Резина — это искусственный материал, который получают вулканизацией каучука с различными добавками. Вулканизация — превращение каучука с добавками серы в резину. При вулканизации макромолекулы синтетических каучуков связываются поперечными связками из серы как мостиками, и поэтому повышается прочность, эластичность и теплостойкость вулканизированного каучука и резины. Резины пластически не деформируются и не растворяются в органических растворителях по сравнению с каучуками. Резины при комнатной температуре — это высокоэластичный материал.

Резиновые материалы имеют: плотность 910—2050 кг/м3; низкую теплопроводность; химически стойки; низкие газо- и водопроницаемость; высокое сопротивление разрыву и износу.

Резиновые материалы классифицируют по виду сырья на: НК — натуральный каучук; СКВ — синтетический каучук бутадиеновый; СКС—бутадиенстирольный каучук; СКИ — синтетический каучук изопреновый; СКН — бутадиеннитрильный каучук; СКФ — синтетический фторосодержащий каучук; СКЭП — сополимер этилена с пропиленом; ХСПЭ — хлорсульфополиэтилен; Б К — бутилкаучук; СКУ — полиуритановые каучуки.

Наполнителями для резиновых материалов могут быть порошки и ткани.

По степени упорядочения макромолекул и пористости различают резины: мягкие, жесткие (эбонитовые), пористые (губчатые) и пастообразные.

Технология переработки резин — выдавливание, прессование и литье. Резины маркируют по ГОСТ 19198-73.

Состав резиновых материалов. Каучук — основной компонент резиновых материалов. При производстве резиновых материалов используют добавки: вулканизирующие вещества, ускорители вулканизации, активаторы ускорителей, наполнители, противостарители, пластификаторы, красители.

Вулканизирующие вещества (вулканизаты) — это основной материал резины, так как они образуют ее пространственно-сетчатую структуру. Чаще всего для вулканизации применяют серу (в количестве от 1 до 40% массы каучука). При этом чем больше серы, тем выше твердость резиновых изделий. Если каучук насыщен серой максимально, то полученный материал будет твердый и жесткий. Его называют эбонит. Он имеет высокую химическую стойкость, хорошие диэлектрические свойства, низкую теплостойкость и легко обрабатывается.

В качестве вулканизатов также используют селен и тиурам. Тиу-рам —это органическое сернистое соединение, которое применяют для вулканизации резиновых материалов в электротехнической промышленности.

Ускорители вулканизации влияют на режим процесса вулканизации. В качестве ускорителей используют: оксиды свинца и магния, полисульфиды (0,5—1,5% от массы каучука).

Активаторами ускорителей являются цинковые белила и магнезия.

Наполнители служат для придания необходимых физико-механических, потребительских свойств и снижения стоимости резины. Наполнители могут быть в виде: порошков (сажа, каолин, мел, тальк); тканей из крученных синтетических нитей для повышения прочности (корд, бельтинг и др.); регенерата (продукт переработки старых резиновых изделий и резиновых отходов). Регенерат снижает стоимость резины и склонность ее к старению.

Противостарители (антиоксиданты) замедляют старение резиновых материалов. Они могут быть химическими — для замедления окисления каучука (альдоль, неозон и др.), и физическими — для создания защитных пленок (парафин, воск и др.).

Пластификаторы (мягчители) служат для улучшения обработки резиновой смеси. Они повышают пластичность, эластичность и морозостойкость резины. В качестве пластификаторов используют канифоль, стеариновую кислоту, парафин (8—30% от массы каучука).

Красители служат для повышения эксплуатационных свойств. Белые, желтые и зеленые красители защищают от светового старения. Красителями являются охра, ультрамарин (до 10% массы каучука). Если светлоокрашенная резина должна работать при повышенных температурах, то в качестве наполнителя используют оксиды кремния (титана).

Классификация резиновых материалов. Резиновые материалы классифицируют на группы общего и специального назначения.

В резинах общего назначения основной компонент — это неполярные каучуки — НК, СКИ, СКС и СКВ. Резины на основе НК имеют высокие эластичность, прочность, водо- и газонепроницаемость, электроизоляционные свойства. Наиболее распространены в промышленности резины на основе СКС (СКС-10, СКС-30, СКС-50), так как они хорошо работают при многократных деформациях, хорошо сопротивляются старению; по газонепроницаемости и диэлектрическим свойствам близки к резинам на основе НК. Из резин общего назначения изготавливают изделия для работы в воде, на воздухе, в слабых растворах кислот и щелочей, при температурах от -35 до + 130 °С (шины, рукава, конвейерные ленты, изоляцию кабелей и др.).

Виды резиновых материалов специального назначения.

Бензино-маслостойкие резины изготавливают на основе наирита, тиокола, СКН и других каучуков. Они устойчивы к действию гидравлических жидкостей (для работы в масле используют резины на основе СКН, а для кремнийорганических — на основе НК и др.); масло-, бензино- и озоностойкие, водонепроницаемые. Бензиномаслостойкие резины на основе СКН работают в среде бензина, топлива, масел при температурах от -30 до +130 °С. Акрилатные резины марки БАК являются теплостойкими, обладают адгезией к полимерам и металлам, имеют низкую морозостойкость. Бензиномаслостойкие резины идут на изготовление шин, варочных камер, диафрагм, а акрилатные применяют в автомобилестроении.

К химически стойким резиновым материалам относятся те, которые изготавливают из бутилкаучука. Они имеют повышенные масло-, бензино-, растворителе- и теплостойкости. Их используют как транспортировочные ленты для подачи горючих материалов.

Коррозионно-стойкие резины изготавливают на основе ХСПЭ. Из них получают изделия для работы в морской воде.

Основой светоозоностойких резин являются насыщенные каучуки — СКФ, СКЭП, ХСПЭ и БК. Особенности этих резин:

  • 1. Резины на основе фторсодержащего каучука СКФ стойки к тепловому старению, действию масел, растворителей в широком интервале температур, негорючи, высокостойки к истиранию, но низкоэластичны и не стойки к действию тормозных жидкостей.
  • 2. Резины на основе этиленпропиленовых каучуков СКЭП имеют высокую стойкость к действию сильных окислителей (азотная кислота) и в атмосферных условиях.
  • 3. Резины на основе ХСПЭ — это конструкционный, противокоррозионный материал; используется для защиты от гамма-излучения.
  • 4. Резины на основе БК — основной материал для изготовления шин, изделий для работы в среде концентрированных кислот.

Из светоозоностойких резин изготавливают гибкие шланги, диафрагмы, уплотнители для масло- и бензинобаков.

Основой теплостойких резин являются каучуки — НК, СКТ, СКС. Их используют для изготовления сверхтеплостойких изделий. Морозостойкие резины на основе НК, СКС-10, СКТ имеют низкие температуры стеклования.

Электротехнические резиновые материалы могут быть: изоляционными — на основе неполярных каучуков НК, СКВ, СКС, СКТ и БК; проводящими — на основе каучуков НК и СКН с добавлением сажи и графита. Их используют для экранирования кабелей.

Износостойкие резины изготавливают на основе полиуретановых каучуков СКУ. Их рабочие температуры от -30 до +130 °С. Виды изделий из них: шины, амортизаторы, буферы, клапаны, обкладки в транспортных устройствах для абразивных материалов.

Композиционные материалы. Общая характеристика и классификация. Композиционные материалы по удельным прочности и жесткости, прочности при высокой температуре, сопротивлению усталостному разрушению и другим свойствам значительно превосходят все известные конструкционные сплавы. Уровень заданного комплекса свойств проектируется заранее и реализуется в процессе изготовления материала. При этом материалу придают по возможности форму, максимально приближающуюся к форме готовых деталей и даже отдельных узлов конструкции.

Композиционными называют сложные материалы, в состав которых входят сильно отличающиеся по свойствам нерастворимые или малорастворимые друг в друге компоненты, разделенные в материале ярко выраженной границей.

Принцип создания композиционных материалов заимствован у природы. Примером естественных композиционных материалов могут служить стволы и стебли растений, кости человека и животных. В дереве волокна целлюлозы соединены пластичным лигнином, в костях тонкие прочные нити фосфатных солей — пластичным коллагеном.

Свойства композиционных материалов в основном зависят от физико-механических свойств компонентов и прочности связи между ними. Отличительной особенностью композиционных материалов является то, что в них проявляются достоинства компонентов, а не их недостатки. Вместе с тем композиционным материалам присущи свойства, которыми не обладают отдельно взятые компоненты, входящие в их состав. Для оптимизации свойств композиций выбирают компоненты с резко отличающимися, но дополняющими друг друга свойствами.

Основой композиционных материалов (матриц) служат металлы или сплавы (композиционные материалы на металлической основе), а также полимеры, углеродные и керамические материалы (композиционные материалы на неметаллической основе).

Матрица связывает композицию, придает ей форму. От свойств матрицы в значительной степени зависят технологические режимы получения композиционных материалов и такие важные эксплуатационные характеристики, как рабочая температура, сопротивление усталостному разрушению, воздействию окружающей среды, плотность и удельная прочность. Созданы композиционные материалы с комбинированными матрицами, состоящими из чередующихся слоев (двух или более) различного химического состава.

Композиционные материалы с комбинированными матрицами называют полиматричными. Для полиматричных материалов характерен более обширный перечень полезных свойств. Например, использование в качестве матрицы наряду с алюминием титана увеличивает прочность материала в направлении, перпендикулярном оси волокон. Алюминиевые слои в матрице способствуют уменьшению плотности материала.

В матрице равномерно распределены остальные компоненты (наполнители). Поскольку главную роль в упрочнении композиционных материалов играют наполнители, их часто называют упрочни-телями. Упрочнители должны обладать высокими прочностью, твердостью и модулем упругости. По этим свойствам они значительно превосходят матрицу. С увеличением модуля упругости и временного сопротивления наполнителя повышаются соответствующие свойства композиционного материала, хотя они и не достигают характеристик наполнителя. Наполнители называют еще армирующими компонентами. Это более широкое понятие, чем упрочнитель. Оно не конкретизирует роль наполнителя и поэтому показывает, что наполнитель вводится в матрицу для изменения не только прочности, но и других свойств.

Свойства композиционного материала зависят также от формы или геометрии, размера, количества и характера распределения наполнителя (схемы армирования).

По форме наполнители разделяют на три основные группы: нульмерные, одномерные, двумерные.

Нульмерными называют наполнители, имеющие в трех измерениях очень малые размеры одного порядка (частицы). Одномерные наполнители имеют малые размеры в двух направлениях и значительно превосходящий их размер в третьем измерении (волокна).

Двумерные наполнители имеют два размера, соизмеримые с размером композиционного материала, значительно превосходящие третий (пластины, ткань).

По форме наполнителя композиционные материалы разделяют на дисперсно-упрочненные и волокнистые. Дисперсно-упрочненными называют композиционные материалы, упрочненные нульмерными наполнителями. К волокнистым относят композиционные материалы, упрочненные одномерными или одномерными и двумерными наполнителями.

По схеме армирования композиционные материалы подразделяют на три группы: с одноосным, двухосным и трехосным армированием.

Для одноосного (линейного) армирования используют нульмерные и одномерные наполнители. Нульмерные располагаются так, что расстояние между ними по одной оси (например, по оси х) значительно меньше, чем по двум другим. В этом случае объемное содержание наполнителя составляет 1—5%. Одномерные наполнители располагаются параллельно друг другу.

При двухосном (плоскостном) армировании используют нуль-, одно- и двухмерные наполнители. Нульмерные и одномерные наполнители располагаются в плоскостях, параллельных друг другу. При этом расстояние между ними в пределах плоскости значительно меньше, чем между плоскостями. При таком расположении нульмерного наполнителя его содержание доходит до 15—16%. Одномерные наполнители расположены также в параллельных плоскостях. При этом в пределах каждой плоскости они расположены параллельно, а по отношению к другим плоскостям под разными углами. Двумерные наполнители расположены параллельно друг другу.

При трехосном (объемном) армировании нет преимущественного направления в распределении наполнителя. Для армирования используют нульмерные и одномерные наполнители. Расстояние между нульмерными наполнителями одного порядка. В этом случае их объемное содержание может превышать 15—16%. Одномерные наполнители помещают в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

Для расширения комплекса свойств или усиления какого-либо свойства при армировании композиционных материалов одновременно используют наполнители различной формы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Прочность по всему сечению необходима для деталей, работающих

в условиях изгиба, среза, растягивающих или ударных нагрузок?

  • 2. Назовите марки самых дешевых конструкционных сталей.
  • 3. Из чего складывается себестоимость детали?
  • 4. Как меняются свойства чугунов с изменением формы графитных включений?
  • 5. Как меняются свойства латуней с изменением содержания в них цинка?
  • 6. Какое влияние оказывает кремний на свойства латуней?
  • 7. Почему применение находят оловянистые бронзы с содержанием олова до 10%?
  • 8. Почему содержание легирующих элементов в алюминиевых литейных сплавах больше, чем в деформируемых?
  • 9. За счет чего возрастает прокаливаемость в сталях при вводе бора в количестве 0,001—0,005%.
  • 10. Назовите признаки, по которым классифицируют пластмассы?
  • 11. Каковы области применения пластмасс?
  • 12. Каковы свойства древесно-слоистого пластика?
  • 13. Дайте характеристику карбоволокнитам.
  • 14. Классификация резиновых материалов.
  • 15. От чего зависит прочность композиционных материалов?
 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 

Популярные страницы