» » » Неметалеві матеріали, що застосовуються в машинобудуванні

Неметалеві матеріали, що застосовуються в машинобудуванні

Неметалеві матеріали широко використовуються в машино- і приладобудуванні; вони поділяються на дві основні групи: матеріали неорганічного походження (керамічні матеріали, мінеральне скло і силікати, матеріали на основі азбесту, слюди, каоліну) і матеріали органічного походження. Останні мають найбільш широке поширення як конструкційні матеріали. До них відносяться деревні матеріали, вугілля, кокс, графіт (непластіческіе матеріали); пластичні матеріали - пластмаси, волокна, лаки на основі по-лімерізаціонних і конденсаційних смол, а також асфальто-бітум-ні матеріали; матеріали на основі каучуку (гума і ебоніт); лаки і фарби; мастила. Деякі неметалеві матеріали являють композиції з речовин неорганічного й органічного походження (наприклад, склотекстоліт, асбовініл і ін.), Тому не всі матеріали можна завжди строго розділити за цією ознакою.

Різні неметалеві матеріали використовуються як конструкційні для виготовлення з них повністю деталей і виробів (причому в ряді випадків з успіхом можуть замінювати як чорні, так і кольорові метали), в поєднанні з металевими деталями (наприклад, в автомобільних покришках), або як засіб захисту від корозії.

Нижче розглянуті найбільш поширені в машинобудуванні неметалеві матеріали.

Матеріали на основі деревини

Натуральна деревина. Деревина різних порід (сосна, ялина, кедр, ялиця, береза, вільха, липа, дуб, бук, клен, самшит та ін.) В машинобудуванні застосовується в натуральному вигляді (після сушіння) для виготовлення модельних комплектів в ливарному виробництві, кузовів автомобілів, багатьох деталей вагонів і суден, різних сільськогосподарських, текстильних, хімічних та інших машин, апаратів і приладів.

Широке використання деревина знаходить в зв'язку з її дешевизною, достатніми для ряду деталей механічними, фізичними і хімічними властивостями Деревина має порівняно високу твердість, міцність, пружність, малий об'ємна вага (035-075 рідше 10-1 , 25), вона стійка до органічних кислот, їх солей, спиртів, багатьом рослинним і мінеральних масел. Крім того, деякі технологічні властивості деревини забезпечують отримання з неї потрібних виробів: вона легко обробляється всіма видами ріжучих інструментів, добре згинається (особливо в нагрітому стані), піддається обробці і досить міцно утримує покриття (лаки, фарби).

До недоліків деревини відноситься її анизотропность від волокнистої будови, гігроскопічність (що викликає зміна її властивостей і форми вироби), різке погіршення властивостей при температурах вище 120-130 °.

Матеріали на основі деревини. Властивості деревини можуть бути значно поліпшені при спеціальній обробці її. В результаті такої обробки, що складається з механічного, хімічного або термічного впливу на деревину виходять нові деревні матеріали, що володіють кращими властивостями.

Лігностон - цілісна пластифицированная деревина. Відрізняється значним поліпшенням фізико-механічних властивостей і стабільністю форми в порівнянні з вихідною деревиною. Лігностон виготовляють гарячим пресуванням чистої деревини або попередньо просоченої (наприклад, 20% розчином глюкози) під тиском 150-300 кг /см2 і температурі 130-140 °. Під впливом цього впливу деревина пластифицируется (набуває пластичність). Лігностон використовують для виготовлення човників в текстильній промисловості, деяких видів підшипників (для заміни більш дорогих бронзи і текстоліту) та ін.

Шпон - тонкі дерев'яні листи, одержувані шляхом стругання (товщина 06-15 мм), пиляння (товщина 1-2 мм) або лущення (зняття безперервної стрічки товщиною 05-2 мм з обертового кряжа). Шляхом склеювання декількох шарів лущеного шпону отримують клеєну фанеру; при склеюванні листи шпону (в кількості зазвичай від 3 до 9) накладають один на одного, розташовуючи їх волокна пластікі- виготовляють пресуванням (при тиску 110-250 кг /см2 і температурі 110-160 °) березового шпону, просоченого розчином феноло- або крезолоформальдегідной смоли. Ці матеріали випускаються у вигляді листів, плит, круглих болванок, що піддаються обробці різанням, а також у вигляді цельнопрессованних виробів. Лігніт-біт і дельта-деревина застосовуються в електромашинобудуванні, як силовий і електроізоляційний матеріал, для вкладишів підшипників замість кольорових металів, в літакобудуванні тощо.

Пластичні маси

Використання пластичних мас в машино- і приладобудуванні має найважливіше народногосподарське значення. За семирічному плану на 1959-65 рр. обсяг випуску хімічної продукції збільшується в три рази, а застосування синтетичних матеріалів у машинобудуванні - в п'ять разів при загальному збільшенні продукції машинобудування в два рази.

Пластичними масами (пластмасами) називають велику групу конструкційних матеріалів, основу яких складають сполучні - штучні (синтетичні) або природні високомолекулярні з'єднання. До штучних відносяться продукти полімеризації (Вініпласти, Стіропласт, акріпласти) і поліконденсації (фенопласти, амінопласти, сіліпласти). До природних-відноситься продукти обробки природних полімерів (целлопласти, наприклад целулоїд), а також асфальти і печи (Бітумопласти). Переважне застосування мають штучні полімери.

Синтетичними речовинами називають речовини, одержувані шляхом синтезу (з'єднання) простих органічних речовин. Метод поліконденсації характерний виділенням деяких простих побічних продуктів (наприклад, води, аміаку); реакціїполімеризації низькомолекулярних речовин не супроводжуються виділенням будь-яких побічних продуктів. Продукти полімеризації і поліконденсації, використовувані для виготовлення пластмас, називають синтетичними смолами. Полімеризації смоли отримують при реакції полімеризації етилену, стиролу, ефірів а до р і-нової і метакріновой кислот і ін .; вони мають, відповідно, назви, назви поліетилен, полістирол, поліакріл і т. п. поліконденсаційного смоли отримують при реакції поліконденсації деяких речовин, наприклад фенолів (феноли, крезоли, ксиленоли і ін.) з альдегідами (формальдегід, ацетальдегід, бензальдегід і ін. ), - фенолоформальдегідні, крезолофор-мальдегідние, і т.п .; гліцерину з фталіевий кислотою - гліфталю; сечовини з мурашиних альдегідів - мочевіноформальдегідние і ін.

Стосовно нагріванню штучні смоли поділяють на термореактивні і термопластичні. Термореактивні смоли при деяких температурах перетворюються в неплавкі і нерозчинні (в органічних розчинниках) продукти; такі ж властивості мають і вироби з них; типовими представниками смол цієї групи є фенолоальдегідние і мочевіноаль-дегідние. Термопластичні смоли (більшість полімеризаційного-них смол - поліетилен, полістирол, полівінілацетат і ін.) Не втрачають здатності розм'якшуватися і розчинятися після багаторазового нагрівання.

Виробництво виробів із пластмас засноване на високій пластичності вихідних смол.

Крім смол, до складу пластмас можуть входити наповнювачі, а також барвники, пластифікатори та інші речовини; такі пластмаси називають складними або композиційними.

Багато пластмаси виготовляють зі смоли без наповнювача, такі пластмаси називають простими.

Неметалеві матеріали, що застосовуються в машинобудуванні

Мал. 1. Схема отримання виробів з пластмас методом гарячого пресування: положення прес-форми перед робочим ходом (а) і становище в кінці робочого ходу (б)

Неметалеві матеріали, що застосовуються в машинобудуванні

Мал. 2. Схема отримання виробів з пластмас методом лиття під тиском: положення робочої зони литтєвий машини перед робочим ходом (а) і в кінці робочого ходу (б)

У готовому вигляді вироби з пластмас досить міцні при малій питомій вазі (зазвичай 115-145 г /см3) і мають високі діелектричні, фрикційні або антифрикційні властивості, хімічну стійкість, прозорість; тому вироби з пластмас широко застосовуються в різних галузях машинобудування.

Способи виробництва виробів з пластмас. Головними способами отримання виробів з пластмас в машинобудуванні є гаряче пресування і лиття під тиском.

При гарячому пресуванні підготовлений прес-матеріал у вигляді сипучого порошку (Або волокна) подається в порожнину нагрітої матриці і під тиском пуансона заповнює порожнину прес-форми і перетворюється в виріб.

При лиття під тиском (рис. 2) вихідний матеріал засипають в бункер, звідки він плунжером подається в гільзу на обігрів і через сопло під тиском надходить у прес-форму. Температура прес-форм завжди нижча за температуру надходить пластичного матеріалу (що особливо важливо для термопластичних смол) - тоді виріб швидко охолоджується і зберігає надану форму. Температура формування і тиск залежать від застосовуваного матеріалу, конструкції і розмірів прес-форми. Як приклад можна

вказати, що для полістиролу температура на виході з сопла литтєвий машини становить 150-215 °, питомий тиск в циліндрі литтєвий машини 800-1500 кг /см, 2; для поліетилену, відповідно, 175-260 ° і 70-200 кг /см2.

 Вироби з деяких видів пластмас виготовляються методом лиття без тиску.

Фізико-механічні властивості пластмас і приклади їх застосування. Композиційні пластмаси містять волокнисті, листові або порошкоподібні наповнювачі. Застосування як наповнювачі волокнистих матеріалів (бавовняні пачоси, азбестове і скляне волокно), а також листових матеріалів (паперу, бавовняної і азбестового тканини або дерев'яного шпону) дозволяє отримати вироби з механічною міцністю і ударною в'язкістю, не поступаються в окремих випадках міцності бронзи, чавуну та інших металів. Волокнисті і листові наповнювачі застосовують найчастіше в поєднанні з фенолоформальдегідних смол.

Пластмаси з волокнистими наповнювачами (Волокніту) знаходять широке застосування у виробництві деталей, що вимагають високої міцності (наприклад, для сильно навантажених корпусів приладів) і стійкості на удар, деталей з фрикційними властивостями (наприклад, гальмівних колодок) при азбестовому наповнювачі.

Пластмаси з листовими наповнювачами (шаруваті пластмаси), що містять папір, називають гетинаксе, з тканиною - текстолітів, з деревним шпоном - лігнофолем і дельта-деревиною.

Гетінакс поряд з високою міцністю має хороші діелектричні властивості, він застосовується для виготовлення електроізоляційних деталей (панелей, Токорозподілюючі пристроїв, кріплення струмоведучих частин і т. п.).

Текстоліт використовують для вкладишів підшипників, зубчастих-коліс, втулок, кілець, амортизаційних і ущільнюючих прокладок, рамок, стійок та ін..

Асботекстоліт (з пресованої азбестової тканиною) має високу теплостійкість і фрикційними властивостями, застосовується для фрикційних деталей зчеплення і гальмівних пристроїв.

Порошкоподібні наповнювачі (деревне борошно, целюлоза, слюда, кварцова борошно, маршалит і ін.) В поєднанні з різними смолами становлять велику групу пластмас з різними властивостями. Фенолоформальдегідні смоли використовують в поєднанні з деревної борошном (наприклад, фенопласти К-17-2 К-18-2 К-19-2 та ін.), З азбестом і слюдою (наприклад, К-18-23); мочевінофор-мальдегідную смолу змішують з целюлозою і барвниками (аміно-пласт); сплав фенолоформальдегидной і аніліноформальдегідной смол, змішують з кварцовою борошном і слюдою (К-211-4) та ін. Фенопласти володіють задовільною механічною міцністю і застосовуються для виготовлення деталей з металевою арматурою і без неї; з фенопластов виготовляють корпусні деталі електроапаратури, освітлювальну арматуру, рукоятки електро- і радіоприладів, деталі телефонних апаратів тощо. Матеріал К-18-23 володіє підвищеною кислото і водостійкість і застосовується для деталей приладів, що працюють в тропічних умовах. Амінопласт застосовується для тонкостінних деталей нескладної форми (таблички, шкали, кнопки, посуд та ін.). Прес-порошки К-211-4 теплостойки і працюють при підвищеній частоті струму, застосовуються для цоколів радіоламп, конденсаторів і т. П..

Поряд з композиційними пластмасами широке застосування мають прості пластмаси, що не містять наповнювачів.

поліетилен відрізняється рядом цінних властивостей: відмінною гнучкістю, високою стійкістю до дії концентрованих кислот і лугів, високою електричною міцністю. Застосовується для деталей апаратів в хімічній промисловості у вигляді пресованих і литих труб, вентилів, кранів; для ізоляції електропроводів і кабелів, для деталей високочастотних пристроїв радіоапаратури.

Полістирол має високу водостійкість, стійкість до слабких кислот і лугів, хороші високочастотні характеристики. Застосовується для медичної та хімічної посуду, деталей холодильників, електроізоляційних деталей (каркаси котушок, деталі конденсаторів, панелі).

Вініпласт (поліхлорвінілова смола з добавками) має гарну хімічну стійкість, водостійкість, високою ударною в'язкістю і міцністю, приклеюється до дерева і до металу. Використовується для деталей кислотних насосів, трубопроводів та інших деталей в апаратурі, де є агресивні середовища.

Органічне скло (полімер метилового ефіру ме-такріновой кислоти) відрізняється від мінерального скла меншою -хрупкостью, кращими оптичними якостями; застосовується для скління літаків, суднових ілюмінаторів, приладів.

Целулоїд технічний (нитроцеллюлоза з добавками) відрізняється прозорістю, зниженими діелектричними властивостями; легко горить. застосовується для виготовлення креслярських інструментів, скління деяких приладів і планшетів. Целулоїд галантерейний містить мінеральні наповнювачі.

Пінопласт - пористий пластичний матеріал з малим об'ємним вагою. Змінюючи розміри і кількість осередків, отримують пінопласту з об'ємною вагою від 005 до 08 г! См3. Для освіти пористих матеріалів використовують два основних компоненти: смолу і газо-освітню (профоріен) - речовина, що розкладається при нагріванні з виділенням великої кількості газів. Пінопласту виготовляють на основі термореактивних і термопластичних смол і використовують для теплоізоляції (в холодильниках, ізотермічних вагонах) і звукоізоляції (наприклад, при будівництві радіостудій).

Гума та гумові вироби

Різні сорти гуми і ебоніту володіють особливими порівняно з іншими матеріалами фізико-хімічними і механічними експлуатаційними властивостями. Застосування гуми і ебоніту в різних галузях машинобудування досить поширене.

Найважливішими технічними характеристиками гуми є висока еластичність (подовження при розтягуванні досягає 700- 800%); хороша вибростойкость (поглинання коливань); підвищена хімічна стійкість проти лугів, кислот та ін .; достатня механічна міцність (опір розриву 200-250 кг /см2).

Гумові вироби в машинобудуванні широко застосовуються для оснащення рухомих пристроїв (шини, ремені, стрічки), передавальних пристроїв (напірні і усмоктувальні рукави, з'єднувальні шланги), в якості виробів, що несуть навантаження (підвіски, опори, буфера, гумові підшипники), в якості ущільнювачів (сальники, манжети, прокладочні пластини і кільця), для електроізоляції та ін.

ебоніт застосовується для виготовлення банок акумуляторів, ізоляційних трубок, деталей апаратури зв'язку та ін.

Вихідні матеріали для гумових виробів. Гумові вироби отримують шляхом вулканізації каучуку (еластична основа) з сіркою та іншими речовинами-наповнювачами (сажа, крейда, каолін), м'якше-никами (смоли, вуглеводні) і ін..

Розрізняють натуральний і синтетичний каучук. Натуральний каучук отримують з молочного соку каучуконосних рослин. Синтетичний каучук, речовина за властивостями близький до натурального, отримують шляхом синтезу простих органічних речовин. Промислові види синтетичного каучуку, яких налічується кілька десятків, відрізняються між собою як по вихідній сировині і методам виробництва, так і за складом і фізико-механічними властивостями. Виробництво синтетичного каучуку складається з двох основних процесів: отримання каучукогенов (бутадієн, стирол, хлоропрен, акрилонитрил, ізобутилен і ін.) І полімеризації останніх в каучукоподібний продукт. Сировиною для отримання каучукогенов є нафтопродукти, природний газ, ацетилен, деревина та ін. При полімеризації каучукогени з низькомолекулярних речовин перетворюються в високомолекулярні сполуки з типовими для каучуку фізико-хімічними і технологічними властивостями. Виробництво синтетичного каучуку вперше в світі розроблено російським хіміком С. В. Лебедєвим в 1910 р

Виготовлення гумових виробів. Процес виробництва гумових виробів складається з приготування гумових сумішей (сирої гуми), виготовлення заморожених напівфабрикатів з сирої гуми, вулканізації і обробки виробів.

Для приготування сирої гуми каучук розрізають на шматки і разом з іншими складовими пропускають через спеціальні змішувачі. Отримана сира гума являє однорідну пластичну масу, якою легко надається бажана форма шляхом видавлювання в черв'ячному пресі, пресування у формах, лиття під тиском та ін. Для вулканізації напівфабрикати нагрівають до температури близько 140 °, в результаті чого сірка вступає в з'єднання з каучуком і напівфабрикат втрачає пластичність і набуває еластичність. Для виготовлення м'якої гуми (автомобільні камери, м'ячі та ін.) В каучук вводиться 1-3% сірки; при більшому вмісті сірки виходить тверда гума. Для отримання ебоніту сірку вводять з кількості близько 45%.

Мастила, лаки і фарби

Мастила є продуктами рослинного, мінерального або тваринного походження, а також сумішами різних масел. Вони мають здатність створювати між поверхнями, що труться деталей міцну плівку, що витримує без розриву великі навантаження; застосовуються для змащення вузлів машин і механізмів з метою зменшення тертя. Найбільшого поширення мають мінеральні масла, одержувані шляхом перегонки мазуту, після чого проводиться їх очищення з метою видалення шкідливих для мастил домішок.

Розрізняють масла компресорні, турбінні, циліндрові і ін..

Основною характеристикою масел є в'язкість (або внутрішнє тертя) - властивість чинити опір при переміщенні однієї частини масла щодо іншої.

Лаки і фарби - найбільш поширені матеріали для захисних і декоративних покриттів. Лаки складаються з нелетких речовин - плівкоутворювачів - і з летючого розчинника; вони виготовляються на основі природних або синтетичних смол. Як розчинники застосовують ефірні масла, спирти, бензин, жирні олії, скипидар та ін..

Плівки лаків забарвлюють поверхню, зберігаючи прозорість. Лаки наносяться або на пофарбовану поверхню, або без попереднього фарбування шляхом пульверизації, занурення, обливом або пензлем.

Суміші лаків з сухими нерозчинними фарбами - пігментами - називаються емалевими фарбами, які більш стійкі, ніж лаки. Пігментами є руди металів, глини та інші гірські породи. Забарвлення пігментів визначають оксиди заліза, марганцю та інших металів, а також органічні речовини. Залежно від характеру лаку емалеві фарби поділяються на масляні емалі, терті на масляних лаках, нітроемалі - на лаках з ефірів целюлози, спиртові емалі - на спиртових лаках.

Олійні фарби виготовляються шляхом розтирання пігментів в оліях або оліфу. Отримані густотертие пастоподібні фарби для створення робочої консистенції розбавляють оліфою.

Крім лаків і фарб, в техніці покриттів застосовують допоміжні матеріали: шпаклівки для вирівнювання поверхні, грунтовки для покриття поверхні першим шаром, змивки для видалення фарби та ін..



Схожі публікації по темі: