materialovedenie2 (Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Колосанов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин, Н.М. Рыжов, В.И. Силаева, Н.В. Ульянова - Материаловедение), страница 9

Механические свойства термореактивиых пластмасс. Термореакгивные пластмассы (реактопласты) получают на основе эпоксидных, полиэфирных, полиуретановых, фенолоформальдегндных и кремнийорганических полимеров. Пластмассы применяют в отвержденном виде; они имеют сетчатую структуру и поэтому при нагреве не плавятся, устойчивы против старения и не взаимодействуют с ~опливом и смазочными материалами. Термореактивные пластмассы нерастворимы, способны лишь набухать в отдельных растворителях, 228 Магпериалы, прилзенлелзые к мажино- и приборостроении ТАБЛИЦА 12.6 Свих)еквя терменлаегнчных ззляетмиее Мккеимккьикя темиеркзури зкеилуизкиии (без нагрузки), 'С ал кди/мз Мкзериил 10- 18 18 — 32 26- 38 40 — 60 30 — 55 Не ломке 5 — 20 3 — !5 2 8 — 40 300 — 100 100 — 600 700 — 800 3 — 4 !5 - 30 50. 65 10 — 40 20 — 40 37 80 20 — 50 50-350 250-500 160 в !90 5 — Ь 2-4 Не ломая 16 8 — 10 2 60 — 65 90 80- 120 3,5 20 — 3 8 75 — 85 35 — 50 180 100 в 125 60 500 50-130 160-250 3 4 4 2,5 3 — !О >45 12 !8 > 1,8 По ГОСТ 4647 — ХЕ.

Полиэтилен: низкой плотности [е 0,94 т/м') высокой плотности ( > О 94 т/м" ) Полнпропнлен Пол нстнрол АБС (ипетобутнритсг нрол) Полнвиннлхлорнд: жесткий плистнкш Фзороплнсз-4 Фторопласт-3 Органическое стекле Поликарбонат: без наполннтеля е 30% волокна Клерон: сухой насыщенный водой сухой -1- 30",', волокна насыщенный водой -1- 30% волокна Эпокснлный плиезик +65 ".,' сгеклянной ткани (лля сравнения) водостойки и поглощают не более 0,1 0,5% Н О.

Все полимеры при отверждении дают усадку; она минимальна у эпоксидных полимеров (0,5 — 2%) и особенно велика у полиэфиров (- 10%). Для уменьшения усадки и повышения прочности используют наполнители и регулируют условия отверждения. Отверждение эпоксидных и полиэфирных пластмасс не свнзано с выделением побочных веществ, поэтому при изготовлении изделий нет надобности в больших давлениях. Эти пластмассы пригоднь! для изделий больших размеров. Если при отверждеиии выделяются низкомолекулярные вещества (например, у фенопласгов), то изделия получают под давлением во избежание образования вредной порнстости и других дефектов. При переработке фенолоформальдсгнпных и некоторых дру~их пластмасс необхо- димые давления велики — в пределах 10 — !00 МПа, поэтому размеры изделий ограничены техническими возможностями прессового оборудования.

Все термореактивные полимеры после отверждения имеют низкую ударную вязкость и поэтому используются с наполнителями. Преимуществом наполненных термо. реактивных пластмасс является большая стабильность механических свойств и относительно малая зависимость ет температуры, скорости доформирования и длительности действия нагрузки. Онн более надежны, чем термопласты. Прв нспьпаниях на растяжение материалы разрушаются без пластического течения и образования шейки (см. рис. 12.14) Верхняя граница рабочих температур реактопластов определяется термической устойчивостью полимера или наполннтеля (меныпей из двух).

Несмотря ТАБЛИЦА !2.7. Свойства термореаатппнмх пластмасс Максимальная температура эксплуатации !бт нагрузки). л* кдн)мэ о., мл л,',С Материал 15 — 35 42-70 28 — 70 22-42 30 — 60 30 — 90 60 — 70 65-100 200 — 600 0,5 — 2,5 Менее 1 200 95 — ! 20 150- 175 350 100-200 120- 140 125 90 — 105 200 — 400 1 — 3 1-3 0,5 — 5 1О-20 4 — 5 20 — 35 50 — 200 Около 1 1 — 3 1 — 3 ь По ГОСТ 4647-80.

яа понижение прочности и жесткости прн нагреве, термореактивные пластмассы имеют лучшую несушую способность в рабочем интервале температур, н допустимые напряжения (15 — 40 МПа) для них выше, чем для термопластов. Важными преимушествами термореактявных пластмасс являются высокие удельная жесткость Е/(ря) и удельная прочность сг„/(ря). По этим показателям механических свойств реактопласты со стеклянным волокном илн тканями превосходят многие стали, сплавы титана и сплавы алюминия.

Термореактивные порошковые пластмассы наиболее одноролны па свойствам. Такие пластмассы хорошо прессуются и применяются для наиболее сложных по форме изделий. Недостаток порошковых пластмасс- пояяженнаа уларная вязкость (табл. 12.7). Волокппты — это пластмассы, в которых наполнителем являются волокна. Они отличаются повышенной прочностыа, а главное — ударной вязкостью. Благодаря волокнам ударная вязкость превьппает 10 кДж/м', а при использовании стеклянного волокна достигает 20-30 кДж/м'. Валакниты, наполненные асбестовым волокном, сочетают тепло- стойкость (до 200'С) с высоким козффи- Термореактивные полимеры без наполннгелей: фенолоформальлегилпые полиэфирные зпокеплпые кремппйоргапнческне Порошковые пластмассы йолокппты Гетпнаксы Тексголпты Стеклотекстолнты Пористые пластмассы Материалы с милой плотностью 229 циентом трения в паре со сталью и поэтому применяются в тормозных устройствах для обкладок и колодок.

Изделия из волокнитов прессуют при повышенных давлениях. Из-за низкой текучести материала применение волокнитов ограничено изделиями простой формы. Особую группу валокнитов образуют материалы с параллельно расположенными волокнами наполннтеля. Такую структуру имеют изделия, полученные намотхой стеклянного волокна. Ориентация волокон служит причиной аннзотропии. Вдоль волокон прочность максимальна, а в поперечном направлении — минимальна. Слопспгме пластики представляют собой группу самых прочных и универсальных по применению конструкционных пластмасс. Листовые наполнители, уложенные слоями, придают материалам анизотропность.

Свойства слоистых пластиков зависят от вида полимера, наполннтеля, способа укладки листов и объемнога соотношения между полимером и наполнителем. По виду наполннтеля слоистые пластики разделяются на следуюшие виды: текстолиты — материалы с хлопчатобу- 230 йсансерисыы, нрименнемые в миисинв- и нрийороонрвении мажными тканями; гетинаксы-с бумагой; древеснослоистые пластики — с древесным шпоном; сгеклотекстолиты-с тканями из стеклянного волокна. Наименее прочными являются гетинаксы, максимальную прочность имеют стеклотексголиты. Из всех слоистых пластиков текстолиты отличаются самым прочным сцеплением между полимером и наполнителем и лучше поглощают вибрацию.

Обычно слоистый пластик содержи~ около 50ве', полимера; при меньшем его содержании материал более экономичен, но зато менее прочен и неводостоек. Способ укналки листов в слоистой пластмассе особенно важен, ко~да сами листы наполнителя неоднородны по структуре я свойствам. Для древесного шпона различие в прочности влоль и поперек волокон общеизвестно. В тканях наибольшую однородность свойсгв обеспечивает полотняное переплетение. Здесьнити основы и нити утка равномерно переплетены друг с другом. В кордной ткани, напротив, прочность максимальна вдоль нитей основы, а нити утка расположены редко и предназначены только для сплетения основы. Стеклянное волокно не так эластично, как полимерное или хлопчатобумажное.

Стеклоткань полотняного переплетения в стеклотекстолитах обеспечивает минимальную прочность, так как при частых перегибах волокна получается больше обрывов. Наивысшая прочность (правда, в одном направлении) получается при укладке слоев стеклянного волокна в соотношении 10: 1, т. е. в 10 слоях волокна имеют одинаковое направление, а в одиннадцатом — направление волокон изменяется на 90'. Предел прочности такого материала 850-950 МПа Прн укладке такого же наполнителя в соотношении 1:1, т. е. направления волокон в соселннх слоях перекрещиваются под углом 90', прочность уменьшается вдвое.

При любом способе укладки волокна или ткани материалы анизотропны и степень анизотропии со. ставляет 2 — 10. Гетинаксы в зависимости от свойсш составляющих применяются как злектроизоляционные нли строительно-декоративные материалы для облицовки производственных помещений, салонов самолетов и т. п. Текстолит используется для разнообразных средненагруженных трущихся деталей, включая зубчатые колеса н кулачки. Среди достоинств текстолита— сопротивление износу, отсутствие схватывания со стальными деталями. Стеклотексголиты сочетают малую плотность (1,б — 1,9 т/ма) с высокой прочностью н жесткостью.

Наивысшую прочность обеспечивает эпоксидная связка, а мннимальную-кремннйорганические полимеры. Сгеклотекстолиты по способности поглощать вибрации превосходят стали, сплавы титана н сплавы алюминия и поэтому имеют хорошую выносливость при переменных нагрузках. По тепловому расширению эти материалы близки к сталям. Нужно отметить, что минимальные значения прочности н жесткости проявляются в направлениях под у~лом 45' к волокнам. При нагреве полимерная связка раэупрочняется быстрее волокна, поэтому прочность на сжатие н на сдвиг снижается быстрее прочности на растяжение. Слоистые пластики со стеклянным или полимерным волокном в течение десятков секунд выдерживают температуру свыше 3000'С. В поверхностных слоях разрушается полимер, оплавяяется наполнитель и образуется тугоплавкий кокс, который защищает более юсубокие слои материала.