Колесник П.А., Кланица В.С. Материаловедение на автомобильном транспорте
Подождите немного. Документ загружается.
там. Спиртокасторовые жидкости обладают запахом касторового
масла и бутилового спирта.
12.3. Амортизаторные жидкости
Кроме гидравлического тормозного привода на автомобиле
имеются другие механизмы, в которых необходимо использовать
жидкости для гидравлических систем. Это амортизаторы, подъем
ные механизмы автомобилей-самосвалов, механизмы привода
навесного оборудования у специализированных автомобилей и др.
Согласно общим требованиям к жидкостям для гидравлических
систем, жидкости не должны разрушать материал уплотнителей,
должны иметь хорошие вязкостно-температурные, смазочные и
антикоррозионные свойства, а также обладать другими качества
ми, предъявляемыми к смазочным маслам для механизмов транс
миссии. Они должны иметь определенную вязкость (как правило,
небольшую) и по возможности более низкую температуру засты
вания. В ряде случаев одним из основных требований является не-
вспениваемость жидкости при работе механизма.
Чаще всего в качестве жидкости для заполнения гидравличес
ких систем используются маловязкие нефтяные масла или их сме
си, иногда с добавкой присадок, и в том числе вязкостных, про
тивоизносных, антиокислительных. Так, жидкость для амортиза
торов должна иметь вязкость при 50°С примерно 10... 15 мм2/с и
при 0 °С — не более 200...250 мм2/с и температуру застывания не
выше -40 °С. Высокая вязкость жидкости вызывает жесткость
амортизатора, он перестает работать, а слишком низкая вязкость
жидкости приводит также к бездействию амортизатора вслед
ствие чрезмерной мягкой работы и служит причиной утечки жид
кости через уплотнители.
Для амортизаторов грузовых автомобилей и автобусов чаще всего
используют веретенное масло АУ, а также амортизаторную жид
кость АЖ-12Т и смесь турбинного масла с трансформаторным.
Веретенное масло применяют и для амортизаторов легковых авто
мобилей ГАЗ-24 и ГАЗ-ЗЮ2.
Для амортизаторов автомобилей ВАЗ и «Москвич» используют
масло МГП-10, представляющее собой высокоочищенное масло
с присадками.
Характеристики основных марок отечественных амортизатор-
ных жидкостей приведены в табл. 12.3.
Летом для подъемных механизмов автомобилей-самосвалов
используется индустриальное масло 20, имеющее температуру за
стывания не выше -20 °С, а зимой рекомендуется индустриальное
масло 12 (веретенное-2), имеющее температуру застывания не
выше -30 °С.
210
Таблица 12.3
Характеристики основных марок отечественных амортизаторных
жидкостей
Показатель
МГП-10
(ОСТ
38-1-54
-74)
Аж-12т
(ТУ
38.101432
-75)
МГП-12
(ТУ
38.201465
-88)
Плотность при 20 °С, г/см3 930
— 920
Вязкость кинематическая,
мм2/с (или сСт):
при -40 °С, не более
—
6500
—
при -20 °С, не более 1000
— 800
при +50 °С, не менее 10
12
12
при +100 °С, не менее
—
3,6
3,9
Температура застывания, °С,
не выше
-40
-52 -43
Температура вспышки
в закрытом тигле, °С, не ниже
145 165 140
Для стеклоомывателя лобовых стекол автомобилей используют
жидкость НИИСС-4, разбавленную водой в соотношении, зави
сящем от температуры окружающего воздуха, например, при
■температуре -5...-10°С на 1 объем жидкости расходуют 5 объе
мов воды, а при температуре -10...-20 °С — 2 объема воды. В чи
стом виде жидкость разрушает краску автомобиля, она огнеопас
на и ядовита. В ее состав входят изопропиловый спирт (примерно
80%), а также моющие, смачивающие и другие присадки.
12.4. Электролит для кислотных аккумуляторных
батарей
Электролит для кислотных аккумуляторных батарей представ
ляет собой раствор аккумуляторной серной кислоты в дистилли
рованной воде. Аккумуляторная серная кислота имеет плотность
1,83 г/см3, а плотность электролита в зависимости от климатичес
кой зоны и типа аккумуляторной батареи колеблется от 1,24 до
1,31 г/см3.
В северных районах содержание кислоты в электролите, а сле
довательно, и его плотность должны быть более высокими, чем в
южных, чтобы не допустить замерзания электролита. Электролит
211
плотностью 1,31 г/см3 не замерзает даже при температуре -60 "С,
а при плотности 1,15 г/см3 замерзает уже при -14 °С.
Плотность электролита замеряется ареометром с резиновой
грушей. Плотность изменяется в зависимости от температуры,
поэтому ее необходимо корректировать с учетом сезонной темпе
ратуры.
Для приготовления электролита нужной плотности в целях боль
шей безопасности рекомендуется вначале серную кислоту разба
вить дистиллированной водой до плотности 1,40 г/см3, а затем
приготовлять из нее электролит.
При приготовлении электролита нужно вливать кислоту (в том
числе и разбавленную) в воду, но не наоборот, чтобы избежать
вскипания воды и разбрызгивания капель горячей кислоты. По
павшая на кожу серная кислота вызывает сильные ожоги. При ра
боте с кислотой необходимо надевать очки, резиновые перчатки,
резиновый передник и резиновые сапоги.
12.5. Пусковые жидкости
Пусковые жидкости должны иметь хорошую испаряемость при
низкой температуре, быструю воспламеняемость от искры или
самовоспламеняемость от сжатия, высокие антикоррозионные и
противоизносные свойства, низкую температуру застывания, ста
бильность при длительном хранении.
Испытания показали, что применение пусковых жидкостей не
увеличивает износ двигателей, но сокращает длительность пуска
и повышает надежность работы двигателя.
Для пуска карбюраторных двигателей и дизелей при низких
температурах используются пусковые жидкости «Холод» марки
Д-40 и «Арктика», основой состава которых является этиловый
эфир наряду с разными присадками.
Пусковая жидкость «Холод» марки Д-40 содержит до 60 % эти
лового эфира и 10... 12% масла, застывающего при температуре
ниже -60 °С. В состав пусковой жидкости «Арктика» для карбю
раторных двигателей входит не более 2 % смазочного масла, что
обусловлено недопустимостью попадания его на электроды свечей
зажигания.
Пусковые жидкости выпускаются в запаянных ампулах одно
разового использования объемом 20 и 50 мл.
ПЛАСТМАССЫ, ЛАКОКРАСОЧНЫЕ И ДРУГИЕ
АВТОЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ЧАСТЬ III
Глава 13
ПЛАСТМАССЫ
13.1. Технико-экономическая эффективность
применения пластмасс
Одним из направлений улучшения конструкций автомобилей
и усовершенствования технологии их ремонта является примене
ние материалов, более соответствующих данным требованиям. В ряде
случаев все возрастающим и разнообразным требованиям уже не
удовлетворяют металлы и другие материалы, и здесь незаменимы
ми оказываются пластмассы — материалы на основе полимеров.
Детали из последних получают с более высокими техническими
показателями, они легче, проще в изготовлении и дешевле. Ис
пользование пластмасс при ремонте позволяет применять новые,
эффективные технологические процессы для восстановления дета
лей и агрегатов автомобиля. Применение пластмасс при изготовле
нии и ремонте автомобилей позволяет также заменять дефицитные
и дорогостоящие материалы без снижения качества изделий.
В целом применение пластмасс способствует совершенствова
нию конструкций машин и оборудования, повышению качества
и снижению себестоимости продукции, обеспечивает рост произ
водительности труда. Без пластмасс в настоящее время не обхо
дится ни одна хозяйственная отрасль, в том числе транспорт,
строительство, сельское хозяйство и др. Там, где это экономически
целесообразно и технически возможно, пластмассы вытесняют
щветные и легированные металлы. Этому способствуют имеющие
ся огромные сырьевые ресурсы для производства пластмасс: нефть,
природные и промышленные газы, целлюлоза, а также продукты
коксобензольной промышленности.
Отечественная химическая промышленность в настоящее вре
мя производит продукцию из всех известных видов полимеров,
составляющих многие сотни наименований марок1. Однако ведутся
1 Первая пластмасса — целлулоид — получена в 1869 г., почти три десятиле
тия была единственным материалом этого класса.
213
постоянные работы по созданию и освоению производства новых
видов пластмасс более высокого качества. На химических пред
приятиях теперь изготовляются пластические материалы, которые
по удельной прочности не уступают металлу, по прозрачности —
стеклу, по эластичности — резине, по электроизоляционным ка
чествам — фарфору. Некоторые пластмассы обладают легкостью
пробки и химической стойкостью платины. Эти материалы можно
сваривать, прессовать и прокатывать, как металл. Из них можно
отливать детали самой сложной формы.
Масштабы применения пластмасс при изготовлении и ремонте
автомобилей растут из года в год. Так, если 20 — 25 лет назад на
создание одного легкового автомобиля расходовалось не более
2... 5 кг пластмасс, то у современного легкового автомобиля масса
деталей из пластмассы составляет 50... 100 кг (у ВАЗ-2108 — 80 кг),
а их ассортимент достигает 400—500 шт., улучшая при этом экс
плуатационные, технические и коммерческие характеристики ав
томобилей.
До недавнего времени пластмассы использовались для изго
товления преимущественно мелких деталей, не несущих больших
нагрузок, например, декоративных, электротехнических деталей,
деталей системы питания и отопления, тепло- и звукоизоляцион
ных, фрикционных, прокладочных и др.
Однако уже теперь пластмассы применяют для изготовления
облицовки радиатора, капота, багажника, крыльев, надколесных
кожухов, бампера, панели приборов, цельноформованных потол
ков кузова, подушек и спинок сидений, обивки, топливных ба
ков, бачков омывателя и системы охлаждения, кожуха и лопастей
вентилятора легковых автомобилей. У грузовых автомобилей из
пластмасс изготовляют облицовку радиатора, оперение, детали
кабины, брызговики колес, крыши фургонов, панели приборов,
подушки и спинки сидений и др.
Известна практика производства легковых автомобилей с пласт
массовыми кузовами.
В настоящее время более 80 % современных бамперов сложной
формы выполняют из полимерных материалов. При этом бамперы
встраиваются в конструкцию кузова, образуя с ней единое целое
(концепция «нулевого зазора»).
Каждый 1 кг современных пластмасс заменяет 2,5 кг металла.
Пластмассовые детали не только легче металлических, они не
подвержены коррозии и не требуют окраски, обеспечивают луч
шую термоизоляцию. Автомобиль с кузовом из стеклопластика на
20...30 % легче металлического.
При замене черных металлов литьевыми пластмассами трудо
емкость изготовления деталей уменьшается в среднем в 5—6 раз.
При замене цветных металлов пластмассами себестоимость дета
лей снижается в 4 —10 раз.
214
Перспективно применение пластмассовых покрытий, так как
они надежно защищают металл от коррозии. Кроме того, пласт
массовые покрытия придают изделиям красивый внешний вид.
Полимеры находят все более широкое применение для склеи
вания неметаллических деталей между собой и с металлическими.
Динамику роста использования пластмасс в автомобильной
промышленности США и Европы наглядно демонстрируют сле
дующие данные:
Расход пластмасс, тыс. т, 1980 г. 1990 г. 2000 г.
в автомобильной
промышленности:
США....................... 660 1800 2200
Европа
....................
600 1600 2000
По прогнозам на более отдаленную перспективу, через 20 — 30 лет
большинство автомобилей массового производства планируется
целиком изготовлять из разных пластмасс: кузов из композитов,
колеса из полиуретана, детали салона из термопластов нового
поколения, двигатель из керамического композиционного мате
риала, а эластичные элементы подвески из стеклопластика. Многие
из нас смогут стать свидетелями такой «пластиковой революции»
в автомобилестроении.
В настоящее время расход пластмасс на один автомобиль по
зарубежным технологиям увеличился с 30...35 до 70... 100 кг и к
2005 г. достигнет 120... 130 кг.
Разработаны упрочняющие твердосплавные полимерные по
крытия, способные противостоять износу деталей в разных ус
ловиях.
Проблема увеличения ресурса работы узлов трения непо
средственно связана с необходимостью обеспечить гарантирован
ный смазочный слой и улучшить условия смазки на поверхностях
трения. Эту задачу можно решить путем нанесения на трущиеся
поверхности специального полимерного покрытия, имеющего по
вышенную смачиваемость по сравнению с металлическими по
крытиями благодаря созданию специального реакционного слоя.
Внедрение в практику автомобилестроения прогрессивных по
лимерных покрытий дает следующие преимущества:
• снижение в 1,5 раза и более коэффициента трения при нане
сении покрытия толщиной 0,1...2,0 мкм;
• уменьшение содержания механических частиц в маслах, смаз
ках в процессе эксплуатации, что обеспечивает чистоту и сохран
ность исходных свойств смазочных материалов;
• возможность замены дефицитных дорогих смазок с сохране
нием долговечности подшипников и узлов трения;
• снижение шума при работе подшипников и узлов трения;
• увеличение в 2 раза ресурса работы узлов трения.
215
13.2. Виды пластмасс и их состав
Пластмассы, как и синтетические каучуки и волокна, отно
сятся к высокомолекулярным синтетическим материалам (поли
мерам).
Пластмассами называют такие материалы, которые содержат в
качестве основного компонента (связующего) полимер. На опреде
ленной стадии получения пластмасс они обладают пластичностью,
т. е. способностью под воздействием теплоты и давления прини
мать требуемую форму.
В наиболее полном по составу виде пластмассы состоят из по
лимера (связующего), наполнителя, пластификатора, красителя,
стабилизатора, отвердителя, катализатора, смазывающего веще
ства. В отдельных случаях они состоят только из одного полимера,
а в большинстве других — из полимера и некоторых перечислен
ных компонентов.
Полимер является основой любой пластмассы, он связывает
компоненты пластмассы в монолитное целое, придает ей главные
свойства.
Полимерами называют высокомолекулярные вещества, состо
ящие из огромных молекул (макромолекул), образующихся из
многократно повторяющихся звеньев (цепей) мономера (рис. 13.1).
Молекулярная масса полимеров составляет от нескольких тысяч
до нескольких миллионов единиц.
Если макромолекулы высокомолекулярных соединений состо
ят из нескольких видов повторяющихся звеньев, то их называют
сополимерами. Полимер, у которого макромолекулы состоят из
разнородных относительно крупных звеньев (осколков макромо
лекул), называется блоксополимером. Значительный интерес пред
ставляют так называемые привитые сополимеры, к макромолеку
лам которых «прививаются» боковые отростки молекул другого
■А—а—А—А—А —А—В—В—А—А—в но полУчать материалы с новы-
вещества. Благодаря этому мож-
а
б
ми, заранее заданными свой
ствами.
-А -А -А -В -В -А -А -А -В -В -
В зависимости от химическо
го состава полимеры делятся на
органические, элементооргани
ческие и неорганические, а в за
висимости от происхождения
или способа получения — на
природные, искусственные
и син
тетические.
в
-А -А -А -А -А
В В
г
Рис. 13.1. Схемы строения полиме
ров:
а — обычный полимер; б — сополи
мер; в — блоксополимер; г — приви
тый сополимер; А и В — разные звенья
В настоящее время при про
изводстве пластмасс наиболее
часто используются синтетиче-
макромолекул
216
ские полимеры (смолы) и значительно реже искусственные (эфи
ры, целлюлозы) и природные полимеры (каучук, асфальты и ка
нифоль).
Все синтетические полимеры получают реакцией полимериза
ции или поликонденсации. Исходные для этого низкомолекуляр
ные вещества, называемые мономерами, обычно либо содержат в
молекулах реакционно способные двойные или тройные связи, либо
являются циклическими структурами, способными к разрыву своих
химических связей. При создании определенных условий (темпе
ратура, давление, катализатор) часть связей у них разрывается и
происходит соединение полимера в длинные цепочки.
При полимеризации определенное количество и молекул А мо
номера соединяется в одну молекулу полимера без выделения ка
ких-либо побочных продуктов.
В реакции может участвовать не один, а несколько мономеров
(А и В). Такой процесс называется сополимеризацией.
В общем виде реакция полимеризации протекает по схеме
яА -> (—А—)и,
а реакция сополимеризации — по схеме
иА + лВ -> (—А—В—)и.
В результате полимеризации получают полимеры с линейной
(Структурой.
При поликонденсации образование полимера из мономера про
исходит с выделением побочных продуктов (воды, спирта, амми
ака и др.). Процесс поликонденсации можно представить в виде
следующей схемы:
п (X—А—У) -► (-А -)л + иХУ.
Полимеры, полученные поликонденсацией, имеют в основ
ном пространственную структуру, где помимо межмолекулярных
сил сцепления между молекулами действуют химические связи.
Пространственная структура образуется под действием теплоты,
катализатора или же при добавке к полимеру специального веще
ства — отвердителя.
От числа межмолекулярных связей у полимера зависит его способ
ность растворяться и размягчаться при нагреве. При достижении
определенного их числа полимер теряет способность растворяться
и размягчаться (плавиться). Таким образом, физико-химические
свойства полимерных материалов зависят не только от химиче
ской природы полимера, но и от характера сочетания молекул
между собой в те или иные структуры.
Высокая прочность полимеров объясняется резким возраста
вшем сил межмолекулярного притяжения, так как большие моле
кулы полимеров взаимодействуют между собой огромным числом
звеньев, и разделить такие молекулы очень трудно.
217
В зависимости от поведения при повышенных температурах все
синтетические полимеры делятся на термореактивные и термо
пластичные. Соответственно и пластмассы делятся на термореак
тивные (неплавкие и нерастворимые) и термопластичные. В неко
торые пластмассы входят одновременно термореактивные и тер
мопластичные смолы, термореактивные смолы и каучук.
Термореактивные пластмассы (реактопласты) при повторном
нагревании вследствие протекания необратимых химических ре
акций превращаются в твердые труднорастворимые и неразмягча-
ющиеся (неплавкие) вещества. Поэтому формование деталей из
термореактивных пластмасс должно опережать процесс образова
ния самой пластмассы, так как в противном случае оно будет
затруднено или невозможно. Термореактивные пластмассы полу
чают поликонденсацией низкомолекулярных веществ при повы
шенной температуре.
Из числа термореактивных смол наиболее часто применяют в
качестве связующих фенолформальдегидные, полиэфирные, эпок
сидные, кремнийорганические (полисилоксановые), меламино-
формальдегидные и др.
В отвержденном состоянии большинство термореактивных смол
по сравнению с термопластичными меньше изменяют свои физи
ческие и механические свойства при нагреве и обладают малой
хладотекучестью, т. е. медленно деформируются в процессе экс
плуатации под влиянием постоянно действующей нагрузки. В то
же время у них, как правило, более низкая вязкость.
Термопластичные пластмассы (термопласты) при повторном
нагревании размягчаются и поддаются формованию, а при охлаж
дении снова застывают, сохраняя прежние свойства, поэтому их
можно многократно перерабатывать. Термопластичные пластмас
сы получают полимеризацией низкомолекулярных органических
веществ.
Чаще всего для производства термопластичных пластмасс исполь
зуются следующие термопластичные смолы: полиметилметакри-
лат, полистирол, поливинилхлорид, полиэтилен, политетра
фторэтилен, полиамиды, полиуретаны. Все они имеют линейную,
а не пространственную структуру молекул.
Большинство термопластичных смол обладает высокой удар
ной вязкостью, водостойкостью и хорошими диэлектрическими
свойствами и в то же время низкой теплостойкостью и значи
тельной хладотекучестью. Многие из термопластичных пластмасс
могут быть использованы при температуре не выше 60...80°С
(рис. 13.2). Для некоторых из этих пластмасс температура исполь
зования может достигать 150... 160 и даже 250 °С (например, для
фторопласта).
Термопластичные пластмассы (особенно фторопласты) под
вержены значительному изменению линейных размеров и объема
218
Рис. 13.2. Зависимость прочности пластмассы
от температуры:
1 — термопласты; 2 — реактопласты
Температура, “С
с изменением температуры. Детали, из
готовленные из термопластичных масс,
поддаются сварке.
Пластификаторы вводят в состав пласт
масс для понижения хрупкости, прида
ния пластическим массам мягкости, те
кучести, пластичности, для повышения
гибкости и растяжимости. Они повыша
ют стойкость пластмасс к теплу и холоду.
С течением времени пластификаторы
могут выделяться из материала и испа
ряться, вследствие чего увеличиваются жесткость и хрупкость де
талей.
Пластификаторы — это своеобразные растворители замедлен
ного действия. Сравнительно небольшие молекулы пластифика
тора, проникая между цепочками полимера, разобщают их, силы
взаимодействия между атомами соседних цепочек ослабевают, и
цепочки получают достаточно большую свободу перемещения. Это
и приводит к приобретению полимером новых свойств. Так, на
пример, он может быть превращен из твердого материала в мяг
кий и эластичный.
В качестве пластификаторов применяют различные низкомо
лекулярные высококипящие малолетучие жидкости (сложные
эфиры фталевой, фосфорной, себациновой и других кислот) и
твердые низкомолекулярные каучукоподобные или воскоподобные
смолы. Лучший пластификатор обладает меньшей летучестью.
Наполнители служат для частичной замены связующих, сни
жения стоимости пластических масс и придания им определен
ных свойств. Так, наполнители могут повышать прочность, тепло
стойкость, диэлектрические свойства или электропроводность,
теплопроводность, уменьшать хрупкость и усадку. Иногда напол
нитель, улучшая один показатель, ухудшает другие. Наполнители
разделяются на органические (древесная мука, измельченная суль
фитная и натронная целлюлоза, ткань, бумага и ДР-) и минераль
ные (каолин, тальк, мел, металлические порошки, кварцевая мука,
цемент, асбест, асбестовое волокно, слюда, стеклянные нити и
ткани и др.).
По структуре органические и минеральные наполнители делят
ся на порошкообразные, волокнистые и листовые. В зависимости
от этого и пластмассы подразделяются на порошкообразные (пресс-
порошки и литьевые массы), волокнистые и слоистые. Некоторые
219