Колесник П.А., Кланица В.С. Материаловедение на автомобильном транспорте

Подождите немного. Документ загружается.

пластмассы (органическое стекло, винипласт, целлулоид и др.)

изготовляются без наполнителей.

У пенопластов вторым основным компонентом кроме смол

может быть газообразователь, т.е. добавка, разрушающаяся при

размягчении смолы с образованием газообразного вещества (чаще

всего азота).

Красители вводятся для придания пластической массе опреде

ленной окраски. Они представляют собой минеральные пигменты

в тонкоизмельченном виде или органические красители. Красите

ли могут также увеличивать долговечность пластмасс, повышать

химическую и термическую стойкость и другие качества.

Смазки, или смазывающие вещества, вводятся в пластмассы для

лучшей пластификации и предотвращения прилипания изделий

к пресс-формам. Наиболее часто используют для этого парафин,

стеарин.

Стабилизаторы (ингибиторы) способствуют сохранению пер

воначальных свойств пластмасс.

Отдельные виды пластмасс содержат отвердители (гексамети-

лендиамин, малеиновый ангидрид и др.), под действием которых

жидкий состав превращается в твердую пластмассу, а также

ка

тализаторы для ускорения процесса отверждения.

13.3. Основные свойства пластмасс

К общим положительным свойствам пластмасс относятся сле

дующие:

• более низкая стоимость пластмассовых изделий по сравне

нию со стоимостью изделий из металлов или других материалов;

• малая плотность, как правило, не превышающая 1500 кг/м3,

что примерно в 5—8 раз ниже, чем у стали;

• высокое отношение прочности к плотности, т.е. значитель

ная удельная объемная прочность;

• хорошие электро-, тепло- и звукоизоляционные свойства;

• хорошая технологичность (легко перерабатывается в изделия);

• высокая стойкость в различных агрессивных средах;

• хорошие антифрикционные или, наоборот, фрикционные

свойства;

• хорошая прозрачность и высокая способность окрашиваться;

• устойчивость к вибрациям.

Характерной особенностью пластмасс является то, что в зави

симости от используемых для их производства компонентов, со

отношения этих компонентов и технологического режима можно

получать материалы с ярко выраженными свойствами.

Кремнийорганические полимеры отличаются большой тепло

стойкостью. Некоторые из них хорошо выполняют роль жаростой-

220

Физико-химические свойства некоторых пластмасс

Таблица 13.1

Материал

Плотность,

кг/м3

Разрушающее

напряжение при

растяжении а ,

МПа

Относительное

удлинение при

разрыве

Удельная

вязкость, кДж/м2

Твердость НВ,

МПа

Полиэтилен низкого

давления 19003-002

951 ...956 22,5

500

— —

Полистирол ПСМ-115

1050... 1080 38,0 ...41,5

1...3

18,0

140 ...160

Фторопласт-50

2100...2200 24,0...32,0 320...340 —

39 ...49

Полиметилметакрилат

дакрил-6

— 63,0

2,5

1,6

120

Фенопласт Э5-101-30 2000

40,0 ...45,0

2...3 6,0

500...650

Гетинакс ГРТ

1300 ...1400

95,0

— 18,0

—

Текстолит ПТР-1

1300... 1400 98,0... 100,0

— 26,0...27,0 —

Асботекстолит-А

1500... 1700 58,0

—

29,0...34,0 295 ...300

Полиамид ПА610-1-109

1340... 1350 90,0... 120,0 6...9

20,0 —

Стеклопластик полиамидный

однонаправленный

1670... 1750 900,0... 1000,0

. 2,5

350,0

—

ких антикоррозионных покрытий металла в условиях нагрева до

550 °С, а некоторые (этилсиликат) выдерживают контакт с рас

плавленным металлом.

Известны так называемые антифрикционные самосмазываю-

щиеся пластмассы (АСП), состоящие из полимера и твердых сма

зок в качестве наполнителя. Их можно применять в узлах трения

при температуре -Ю0...-300°С.

Поропласты и пенопласты исключительно легки — объемная

масса 1 м3 составляет всего 10... 12 кг. Они имеют прекрасные теп

ло-, звуко- и электроизоляционные свойства.

По химической стойкости с фторопластами не может срав

ниться ни одно другое вещество, даже золото и платина. Они мо

гут быть непрозрачными и совершенно прозрачными, как стекло.

Известны фторопласты, выдерживающие самое интенсивное и

длительное ультрафиолетовое облучение без малейшего вреда для

себя. Фторсодержащий полимер — политетрафторэтилен (фторо

пласт-4) является одним из лучших диэлектриков из всех извест

ных природных и синтетических веществ. Одновременно он обла

дает низким коэффициентом трения, что позволяет создавать узлы,

не требующие смазывания, как, например, втулки из металло

фторопластовой ленты.

Высокими показателями отдельных свойств характеризуются и

другие разновидности пластмасс (табл. 13.1).

К наиболее часто встречающимся недостаткам пластических

масс относятся:

• невысокая температуро- и огнестойкость;

• понижение прочности после длительного действия постоян

ной нагрузки;

• невысокая поверхностная прочность;

• недостаточные жесткость и упругость;

• снижение удельной прочности пластмасс с увеличением пло

щади рабочего сечения пластмассовой детали.

Долговечность пластмассовых деталей зависит от интенсивности

протекания процесса старения под воздействием света, теплоты,

влаги и кислорода. Под влиянием указанных факторов ухудшают

ся механические свойства пластмасс. Внешне это проявляется в

появлении трещин, потере блеска, изменении окраски. Однако,

как отмечалось ранее, можно получать пластмассы с очень высо

кими показателями и по этим параметрам.

13.4. Пластмассы, применяемые

в автомобилестроении для изготовления деталей

Для изготовления автомобильных деталей применяются пласт

массы, полученные на основе как термопластичных, так и термо

222

реактивных смол или же их смесей. Далее приводятся основные

полимеры этого направления.

Полиамиды при обычных температурах твердые и эластичные,

а при температуре 160...240 °С переходят в жидкое состояние. Об

ладают высокой ударной прочностью, высокими антифрикцион

ными свойствами (могут работать без смазки), химической стой

костью к нефтепродуктам и некоторым агрессивным жидкостям

и газам, в нагретом состоянии легко заполняют формы.

Из полиамидов, в том числе из капрона (поликапролактама),

можно изготовлять большое количество разнообразных автомо

бильных деталей: втулки (педалей, дверных петель, рессор и др.),

вкладыши, корпусы сальников, шестерни (привода спидометра

й др.), манжеты, стеклодержатели, патроны ламп, выключатели,

корпусы и крышки карбюратора, детали сливного краника (пробка,

корпус), корпусы габаритных фонарей, оконные рамы автобусов

и др.

Недостатком деталей из полиамидных смол является некото

рая нестабильность относительно первоначальных размеров и

физико-механических свойств, а также склонность к влагопо-

глощению и влагоотдаче. Полиамиды используются также в каче

стве сырья для получения пленок и волокон.

Акрилопласты широкое применение находят в виде листов орга

нического стекла (плексиглас). Из этих пластмасс изготовляют

Пылезащитные линзы, внутренние плафоны, стекла габаритных

фонарей, стекла верхних окон автобусов и задних окон кабин и

Другие детали.

Поливинилхлориды — это пластмассы, среди которых видное

место занимает винипласт (непластифицированный поливинил

хлорид). Для винипласта характерны большая ударная прочность,

высокая химическая стойкость (в частности, к кислотами и щело

чам, бензину, смазочным маслам и спирту), хорошие электро

изолирующие свойства, он негорюч. Из-за невысокой теплостой

кости температура изделий из винипластов не должна превышать

60 'С. При низкой температуре появляется хрупкость.

Винипласт применяют для изготовления банок аккумулятор

ных батарей, прокладок, уплотнителей, внутренней обшивки ку

зова. Пластифицированный поливинилхлорид используется для

получения обивочных материалов (текстовинита и павинола) пу

тем нанесения пленки на хлопчатобумажную ткань, изготовления

трубок масло- и топливопроводов, профилей и других деталей.

Фторопласты используют для деталей, работающих в хими

ческих средах и при повышенной температуре. Исключительно

высокие антифрикционные свойства фторопластов, к сожалению,

не всегда могут быть использованы, так как этот пластический

Материал неработоспособен при значительных удельных давлени

ях и линейных скоростях в подшипнике.

223

Полиэтилены относятся к числу пластмасс из наиболее легких

смол, имеющих плотность 950... 965 кг/м3. В зависимости от спосо

ба производства различают полиэтилен высокого (ВД), низкого

(НД) и среднего (СД) давления. Полиэтилен обладает хорошей

химической стойкостью и электроизоляционными свойствами,

эластичностью (в том числе при низких температурах), повышен

ной разрывной прочностью, хорошо окрашивается в любой цвет.

К недостаткам относятся значительная термическая усадка (поли

этилен ВД), малая текучесть (полиэтилен НД), горючесть, повы

шенное старение.

Из полиэтилена ВД изготовляют крышки, кнопки, осветитель

ные плафоны, трубки, прокладки и другие детали, а также плен

ку, на основе которой получают драпировочные и обивочные ткани

для сидений и спинок. Полиэтилен НД в порошкообразном виде

используют для газопламенного напыления.

Полистиролы обладают высокими диэлектрическими свойства

ми, плотностью, равной 1050... 1080 кг/м3, абсолютной водостой

костью, стойкостью к растворам кислот, щелочей, атмосферо-

стойкостыо, сохраняют прочность при низких температурах, легко

окрашиваются в любой цвет.

В то же время полистиролы недостаточно теплостойки (при

температуре около 80 °С детали из него начинают деформировать

ся, а при обычной температуре обладают хрупкостью), горючи,

недостаточно химически стойки к действию бензина.

Из полистиролов изготовляют стекла приборов освещения,

сигнальные стекла, кнопки, детали электроарматуры и др.

Этролы хорошо формуются (этилцеллюлозные изделия), но с

повышением температуры их прочность заметно снижается. Они

растворяются в активных растворителях (ацетоне и спирте), но не

подвержены химическому воздействию нефтепродуктов.

Из этролов изготовляют рулевые колеса, ручки, кнопки при

боров, щитки и др.

Среди пластмасс на основе термореактивных смол наиболь

шее распространение при изготовлении автомобильных деталей

получили фенопласты, основой которых являются фенолформаль-

дегидные смолы. Фенопласты имеют хорошие механические и

диэлектрические свойства, высокую водостойкость, химическую

стойкость к нефтепродуктам и кислотам, достаточную твердость.

Фенопласты классифицируются по наполнителю.

При изготовлении автомобильных деталей из фенопластов наи

более часто применяют так называемые слоистые пластики — асбо

текстолит, текстолит, гетинакс.

Асботекстолит получают горячим прессованием асбестовой

ткани, пропитанной резольной смолой. Иногда асбестовая ткань

армируется медной проволокой для повышения прочности и теп

лопроводности. Асботекстолит обладает высокой теплостойкостью

224

и хорошими фрикционными качествами. Он используется для из

готовления тормозных накладок и накладок дисков сцепления.

Асботекстолит не следует подвергать действию температуры свыше

370 °С во избежание разрушения асбеста из-за потери им гигро

скопической воды, а также следует избегать контакта его с водой

и маслом, так как при этом снижается коэффициент трения. Если

коэффициент трения сухого асботекстолита составляет 0,30... 0,38,

то при попадании масла он снижается до 0,05 ...0,07. Замасленные

асботекстолитовые накладки промывают бензином.

Текстолит изготовляют, используя в качестве наполнителя

хлопчатобумажную ткань, которая пропитывается резольной смо

лой и опрессовывается в горячем состоянии. Он помимо хороших

диэлектрических свойств обладает высокими стойкостью к исти

ранию и механической прочностью, последняя, однако, несколько

снижается при повышении температуры (рис. 13.3). Поэтому из

текстолита кроме изоляционных деталей приборов электрообору

дования изготовляют шестерни и упорные шайбы распределитель

ного вала. Текстолитовые шестерни надежно работают в условиях

Постоянной циркуляции масла, исключающей их перегрев и раз

рушение вследствие низкой теплопроводности текстолита.

Гетинакс готовят горячей прессовкой листов бумаги, пропи

танных резольной смолой. Гетинакс обладает высокими диэлект

рическими свойствами, но меньшей, чем текстолит, механиче

ской прочностью.

Применяется для изготовления изоляционных деталей элект

рооборудования.

Стеклопластики изготовляют из синтетических смол (связую

щих) и стеклянного волокна (армирующий и усиливающий на

полнитель). В качестве связующих чаще всего используются эпок

сидные, фенолформальдегидные, полиэфирные и кремнийорга-

нические смолы. Наполнитель — стеклянное волокно, состоящее

%Из тончайших нитей толщиной

003...0,011 мм (чаще всего тол

щиной 0,007...0,009 мм), ко

торые тысячами пронизывают

Каждый квадратный миллиметр

Пластмассы. Например, при тол

щине нити 0,007 мм на площа

ди 1 мм2 размещаются 10 тыс. ни

тей. Нить такой толщины длиной

До 150 км получают из стеклян

ного шарика диаметром всего

Лишь около 2 см.

Стеклопластики обладают вы

сокой механической прочнос

тью, сравнительно небольшой

t, °с

Рис. 13.3. Зависимость предела проч

ности текстолита при статическом

изгибе стст и от температуры t

225

плотностью, хорошими электро

изоляционными свойствами и

стойкостью против воздействия

воды, масел, топлив, разбавлен

ных кислот и щелочей и многих

органических растворителей. Та

ким высоким качеством они обя

заны наполнителю — стеклово

локну. В настоящее время получа

ют стеклопластики с пределом

прочности до 650 МПа, т. е. выше,

чем у стали марки 40 (580 МПа).

Стеклопластиковая нить выдер

живает на разрыв нагрузки, в 5—

6 раз большие, чем нейлоновая, сохраняет свои свойства при

нагреве до 500...600°С. Высокую механическую прочность и

эластичность стеклопластиковая нить приобретает при указан

ной ранее толщине. С увеличением толщины ее показатели сни

жаются (рис. 13.4).

Для получения прочных стеклопластиков используется стекло

ткань из так называемого «непрерывного волокна».

Штапельное стекловолокно имеет длину нитей 3...5 см и тол

щину 0,5...2 мкм. Его получают более производительными мето

дами, оно дешевле, чем стеклопластиковое волокно, и широко

используется для изготовления тепло- и звукоизоляционных про

кладок; плотность такого материала 25 кг/м3.

Особенно большой интерес в последнее время специалисты-

автомобилестроители проявляют к полимерным композиционным

материалам, обладающим малой плотностью, высокими физико

механическим свойствами и химической стабильностью. Детали,

полученные из одного из таких новых материалов — стеклоарми

рованного модифицированного полипропилена методом штампов

ки, имеют небольшую технологическую усадку после формовки

(0,2 %), не подвержены короблению. Длительное воздействие воды

и агрессивных жидкостей, циклически меняющихся температур и

солнечной радиации существенного влияния на свойства выпол

ненных из него деталей не оказывают. Он также стоек в условиях

знакопеременных нагрузок (табл. 13.2).

Интересным направлением исследований является создание

облегченных конструкций на базе термопластов, армированных

органическими волокнами. Применение получаемых при этом ор

ганопластов в автомобильной промышленности в настоящее вре

мя сдерживается достаточно высокой стоимостью органических

термостойких волокон. Однако можно надеяться, что благодаря

успехам в области производства химических волокон ситуация

изменится.

d, мкм

Рис. 13.4. Зависимость прочности ств

стекловолокна от его диаметра d

226

Таблица 13.2

Физико-механические свойства стеклоармированного

модифицированного полипропилена и полиэфирного стеклопластика

Показатель

Стеклоармированный

модифицированный

полипропилен

Полиэфирный

стеклопластик

Плотность, кг/м3

1240 1800

Разрушающее напряжение,

МПа:

при растяжении

180... 190 80. ..90

при статическом изгибе

Не разрушается

120... 180

Максимальное напряжение

—

при статическом изгибе, МПа

Ударная вязкость, кДж/м2 Не разрушается

70... 100

Модуль упругости при

9000 8500

растяжении, МПа

Поглощение за 24 ч, %:

воды 0,3

0,5

бензина

0,9

0,02

* масла

0,1

0,2

Пенопласты и поропласты изготовляют на основе термоплас

тичных (полистирол, полиуретан, поливинилхлорид и др.) и тер

мореактивных (фенольных, эпоксидных) смол. Они относятся к

Газонаполненным пластмассам, т.е. к пластмассам с высоким (до

15 об. %) содержанием газовых или воздушных включений. Благо

даря этому они отличаются малой плотностью, часто не превы

шающей 30...40 кг/м3, высокими тепло- и звукоизоляционными

свойствами. У пенопластов (ячеистых газонаполненных пластмасс)

воздушные макро- и микроскопические ячейки не соединяются

Между собой, а у поропластов (пористых газонаполненных пласт-

•масс) заполненные воздухом полости сообщаются между собой.

Пенопласты (например, пенополиуретан, обладающий высокой

эластичностью) в настоящее время используют для изготовления

автомобильных подушек и спинок, противоударных прокладок,

Подлокотников и подголовников. Жесткие пенопласты и поропла

сты используют для тепло- и звукоизоляции.

13.5. Применение пластмасс при ремонте

автомобилей

Пластмассы в качестве авторемонтных материалов используют

Для выравнивания неровностей поверхностей кузовов, заделки

227

трещин, раковин, выщербин, склейки деталей, наращивания из

ношенных поверхностей, нанесения защитных и декоративных

покрытий, антифрикционных слоев, а также для изготовления

некоторых деталей взамен отказавших в работе металлических или

пластмассовых. Для выравнивания поверхности автомобильных

кузовов применяют пластмассы в виде паст и порошков.

Эпоксидные пасты применяют для выравнивания поверхности

вместо свинцово-оловянистых припоев. Пасты обладают высокой

адгезией (слипанием) с металлами, значительной механической

прочностью, эластичностью, малой усадкой, высокой химической

стойкостью к нефтепродуктам, воде, растворам солей, щелочей,

кислотам, некоторым растворителям. В большинстве случаев пасты

состоят из эпоксидной смолы, т. е. связующего пластификатора,

наполнителя и отвердителя.

Эпоксидные пасты используются также взамен сварки при ре

монте кузовов, ограниченного размера трещин на рубашке охлаж

дения (до 200 мм), в клапанной коробке блока цилиндров (до

60 мм), пробоин (до 25 мм) стенок рубашки охлаждения блока

цилиндров, наружных трещин головки цилиндров, обломов в го

ловке цилиндров в месте крепления датчика указателя температу

ры охлаждающей жидкости, пробоин до 70 мм в поддоне картера

двигателя, трещин картера сцепления, картера коробки передач

и др.

Отремонтированные детали надежно работают при температу

ре, не превышающей 100... 120°С.

Кроме эпоксидных паст для указанных целей используют поли

акриловые пластмассы.

Пластмассовые порошки применяют для выравнивания поверх

ности кузовов и кабин путем газопламенного напыления при

"температуре 210...220°С. Порошки в распыленном состоянии об

ладают высокой адгезией с металлом, легко принимают любую

форму, стойки к воздействию органических кислот, жирных уг

леводородов и масел. При затвердевании их предел прочности на

разрыв достигает 42... 50 МПа.

Пластмассу наносят пистолетом установки газопламенного

напыления отдельными слоями, которые прокатывают металличе

скими гладилками, последний слой шлифуют. Применение порошка

безвредно для человека, операции нанесения менее трудоемки и

экономичнее по сравнению с эпоксидными пастами.

Полиамидные (капроновые) порошки используют для получения

антифрикционных слоев подшипников скольжения. При этом чем

тоньше слой, тем лучше он работает, так как в меньшей степени

проявляется отрицательное действие низкой теплопроводности

капрона (в 200—400 раз меньше, чем у металлов) и высокого тем

пературного коэффициента линейного расширения (в 8—11 раз

больше, чем у металлов).

228

Капрон, особенно в сочетании с закаленной сталью, обладает

исключительной износостойкостью и практически исключает из

нос сопряженной детали. Так как капрон имеет незначительный

коэффициент трения, возможна частичная работа без смазки.

Капроновое покрытие защищает металл от коррозии и действия

щелочей, слабых кислот, бензина и ацетона. Однако из-за низкой

температурной стойкости капрона температура в узле трения с

ним должна быть в пределах от -30 до +80 °С. Более жестко огра

ничиваются удельное давление и скорость скольжения.

Полиамидные порошки наносят на подготовленную металличе

скую поверхность методом газопламенного напыления или методом

вихревого напыления. Последний метод обеспечивает получение

тонкой ровной пленки толщиной 0,04...0,8 мм, имеющей проч

ность сцепления с металлом до 30 МПа. Кроме того, в методе

вихревого напыления не происходит сгорания части порошка в

ч процессе напыления.

При вихревом напылении подготовленную деталь (зашерохо-

ванную, обезжиренную и подогретую до 260...270°С) опускают

на 1... 5 с в бак установки, в котором находится мелко измельчен

ный порошкообразный капрон. Взвихренный сжатым воздухом до

туманообразного состояния порошок при оседании на горячую

поверхность детали расплавляется на ней. Если требуется большая

толщина слоя (до 3 мм), то деталь подвергают повторному напы

лению. После создания слоя деталь погружают в горячее масло

(температура 140 °С) для медленного охлаждения. Капроновый слой

легко поддается механической обработке.

Кроме капронового слоя способом вихревого напыления на

носят полиэтилен, полистирол, полиуретан и твердые эпоксид

ные смолы.

Изготовляют пластмассовые детали на авторемонтных предпри

ятиях чаще всего из так называемого вторичного капрона, т. е. от

ходов производства промышленных предприятий.

Полиамидную массу (капрон) используют при ремонте авто

мобилей для изготовления методом литья под давлением декора

тивных и конструкционных деталей. Номенклатура изготовляемых

деталей исчисляется десятками, в их числе втулки рессор, крес

товины кардана, шкворни поворотной цапфы, а также шестерни

привода спидометра, масленки подшипника выключения сцеп

ления, сливные краники, кнопки сигнала, рукоятки рычага пе

реключения передач и др. Относительно себестоимости изготов

ления капроновых деталей следует заметить, что она в несколько

раз ниже по сравнению с отпускной ценой металлических дета

лей, изготовленных в условиях массового производства.

В авторемонтных организациях пластмассовые детали изготов

ляют также прессованием на гидравлических прессах, формова

нием и продавливанием через фасонные отверстия.

229