123220 (Использование композиционных пластмасс в народном хозяйстве), страница 2

Фирма «Локхид» предложила использовать вертикальные стабилизаторы, элероны и интерцепторы (органы управления), изготовленные из углеэпоксидного композита, для пассажирского самолета L-1011. Общее снижение массы этого самолета в результате замены металлических сплавов на композиционные материалы достигает 230 кг. При создании стабилизатора на самолете L-1011 решена проблема гальванической коррозии, которая наблюдалась при соединении композита с деталями из алюминиевого сплава. Для предотвращения коррозии в местах контакта этих разнородных материалов помещают ткань из полиамидного волокна кевлар. Фирма «Боинг» (США) широко применяет углеэпоксидпые композиты, в частности в пассажирском самолете «Боинг-747».

Углеэпоксидные композиционные материалы нашли применение и в космической технике. Из них изготовлены жесткие конструкции американского спутника ATS-F, запущенного на орбиту с расстоянием 35000 км от Земли. Высокая удельная прочность этих материалов и малое значение коэффициента термического расширения использованы в системе ориентации спутника; они обеспечивают ее работу в интервале температур от — 160 до -1120 °С.

Из сказанного видно, сколь широко и плодотворно оказалось применение композитов с эпоксидным связующим в самолето- и ракетостроении.

Использование композиционных пластиков в автомобилестроении

Зарубежные специалисты подсчитали, что около 53% стоимости автомобиля приходятся на материалы. Поэтому их правильный выбор играет существенную роль. Если сопоставлять по стоимости автомобильные кузова из различных материалов, то стальной кузов окажется значительно дешевле пластмассового. Однако, по подсчетам экономистов, это соотношение со временем должно изменяться в пользу последнего.

Первый шаг в применении пластмасс для кузовов был весьма примитивным: несущий стальной каркас покрывался методом вакуум-формования сополимером акрило-нитрила, бутадиена и стирола. Разумеется, эта конструкция еще не отвечала требованиям качества и комфорта. Более совершенный метод был разработан применительно к экспериментальной модели «Авто-2000» автомобиля «Фольсваген» (ФРГ). Кузов этой машины состоит из днища и передка, боковых стенок и крыши; все они формуются из листовой стали и свариваются, образуя несущий каркас. На конвейере на них навешиваются различные пластмассовые детали. Основная часть передка кузова — пластмассовая рама, на которую крепятся бампер, шарниры капота, фары и радиатор. Сверху располагаются полимерная оболочка, реберная конструкция и лицевое покрытие бампера. Такой бампер выдерживает без остаточной деформации удар при движении автомобиля со скоростью 4 км/ч.

Стеклопластики, более чем какие-либо другие ПКМ, нашли применение в автомобильной промышленности. Например, в США в 1987 г. на каждую легковую машину устанавливали в среднем около 7 кг стеклопластиковых деталей: передние и задние панели кузова, панели управления, оконные рамы и т.д. Около 40% таких деталей изготовлены из стеклонаполненных термопластов и 60% — из полиэфирных смол.

В качестве связующих для стеклонаполненных ПКМ фирма «Байер» (ФРГ) предложила использовать полиэфируретановые каучуки. Полученные на их основе материалы прекрасно подошли для изготовления деталей, испытывающих ударные нагрузки, например спойлеров, крыльев и бамперов автомобилей. Помимо требуемой жесткости и достаточной теплостойкости, наполненные полиэфируретаны отличаются хорошей гидролитической и микробостойкостью, а также сравнительно низкой стоимостью. Замена части стекловолокна в полиэфирных ПКМ на более легкие наполнители позволяет получать облегченные композиты. Таким путем одна из американских фирм организовала производство материала MFS-110 с плотностью 1,10 кг/м³, который нашел применение в автомобиле марки «Форд» модели 1982 г.: из него изготавливают корпуса для задних фар. Корпус выполнен как одна деталь, масса которой вследствие замены металла на ПКМ снижена с 6,8 до 4,5 кг. Особенно широко стеклопластики используются в производстве спортивных и гоночных автомобилей. Так, английская компания «Рилайант Мотор» наладила выпуск корпусов небольших трех- и четырехколесных автомобилей, фургонов и спортивных седанов из полиэфирных стеклопластиков. Применение этих материалов обеспечивает высокие эксплуатационные показатели и значительно упрощает процесс производства корпусов.

Другой пример — спортивный автомобиль с корпусом из стеклопластика американской фирмы TVR. Он успешно прошел испытания на столкновение с барьером без разрушения салона для пассажиров. Модифицированием полиэфирных стеклопластиков, используемых в этой машине, удалось придать им, помимо высоких прочностных свойств, устойчивость к горению. Цельнопластиковые кузова автомобилей пока еще не получили широкого распространения. На пути такого применения стеклопластиков стоит ряд трудностей, в том числе проблемы механизации сборки, сокращения времени отверждения связующего, устранения дефектов на наружной поверхности (включений пузырьков воздуха, коробления в виде продольных волн) и т.д. Со временем эти проблемы решаются. Процесс изготовления автомобильных деталей из стеклопластика пока сравнительно дорог. Соотношение между стоимостью процесса и стоимостью материала в настоящее время составляет около 5 : 3. Созданные недавно машины для инжекционного формования, которые за час производят по 40—50 крупногабаритных конструкций из стеклопластика, пока еще малодоступны. Более распространенным является метод ручной выкладки. Для изготовления деталей из стеклопластиков по этому методу разработаны специальные полиэфирные связующие, обладающие тиксотропными свойствами, которые препятствуют их стеканию с вертикальных частей конструкции. Полученные таким образом стеклопластики в виде отдельных панелей используются в производстве комфортабельных автобусов, обеспечивая высокие эксплуатационные качества элементов конструкции и легкость их замены при повреждении. Другая область применения таких ПКМ — оборудование корпусов пожарных машин и противопожарных устройств.

Заканчивая рассказ об использовании полиэфирных стеклопластиков в автомобилестроении, следует назвать и такие области применения, как производство щитков управления грузовых машин, корпусов нагревателей и крышек для двигателей, а также производство крыш автофургонов, колясок мотоциклов и прицепных автомобильных домиков.

Вторым по объему потребления в автомобильной индустрии связующим для стеклопластиков являются термопласты. Так, полипропилен, армированный стекловолокном, в виде листового материала широко используется для формования сидений. Операция их изготовления на гидравлическом прессе с усилием 800 т занимает всего лишь 40—45 с. По этой же технологии производятся топливные баки для автомобилей. Достоинствами ПКМ из термопластов являются простота и высокая производительность изготовления и сборки различными способами сварки (ультразвуком, вибрацией, нагревательным зеркалом, оплавлением при вращении), а также возможность вторичного применения.

Выбор наполнителей для термопластов не ограничивается стекловолокном. Так, из наполненного древесной мукой полипропилена удалось получить высококачественный материал для внутренней облицовки дверей автомобиля. При применении этого материала за счет более эффективного использования пространства между корпусом дверцы и облицовкой, где расположен механизм подъема стекол, салон автомобиля расширен на 4 см. Придав термопластам некоторую эластичность, например, приготовив композицию полипропилена с тройным сополимером этилена, пропилена и бутадиена, можно получить прекрасный, материал для производства автомобильных бамперов. С каждым годом расширяется круг полимеров, используемых в автомобилестроении. Здесь и полиэфиры, и термопласты, о которых шла речь, и литьевые полиуретаны для производства бамперов, и вспененный поликарбонат. Так, американская фирма «Фаррел» сообщила, что сможет оснастить легковые машины капотами, дверями и крышками багажника, изготовленными из ударопрочного пенополикарбоната. Этот материал имеет рекордно малую плотность за счет того, что он состоит из сплошной оболочки и пористого внутреннего слоя. Одно временно такая структура ведет к повышенной жесткости, особенно необходимой при конструировании столь ответственных деталей автомобиля. Не прекращается поиск и новых армирующих материалов. Вслед за конструкторами летательных аппаратов автомобилестроители обратили свое внимание на углепластики. Именно из ПКМ такого типа был изготовлен корпус гоночного автомобиля фирмы «Тексако Малборо Макларен». В автомобилях будущего этим особо прочным, жестким и легким материалам, по-видимому, будет отводиться особое место. По прогнозам, широкое внедрение углепластиков позволит снизить расход бензина до 4—6 л на 100 км.

Литература

1. Филатов В. И., Корсаков В. Д. Технологическая подготовка процессов формования изделий из пластмасс. — Л.: Политехника, 1991—352 с.

2. Копылов В. В. Штурм теплового барьера. М.: Наука, 1983. 167

3. Воробьев В. А. Технология строительных материалов и изделий на основе пластмасс. М.: Высш. шк., 1974. 472 с.