Скачать реферат

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 2 1. СОСТАВ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПЛАСТМАСС 4 1.1 Пластмассы и их свойства 4 1.2 Термопласты и их классификация 5 1.3 Реактопласты и их свойства 10 1.4 Методы обработки пластмасс 12 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ФТОРОПЛАСТОВ И КАПРОЛОНА 15 2.1 Фторопласты и их свойства 15 2.2 Капролон (полиамид 6 блочный) 18 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 24 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 25 ПРИЛОЖЕНИЯ 26 ВВЕДЕНИЕ Объективные потребности развития различных отраслей техники обусловили создание новых конструкционных материалов с высокой прочностью и большими значениями модуля упругости на металлической, керамической и полимерной основах. Неумолимые законы природы диктуют необходимость резкого увеличения прочностных характеристик изделий про минимизации их массы. Это стало возможным при изготовлении композиционных материалов на полимерной основе (композитов) Понятие неметаллические материалы включает большой ассортимент материалов таких, как пластические массы, композиционные материалы, резиновые материалы, клеи, лакокрасочные покрытия, древесина, а также силикатные стекла, керамика и др. Неметаллические материалы являются не только заменителями металлов, но и применяются как самостоятельные, иногда даже незаменимые материалы. Отдельные материалы обладают высокой механической прочностью, легкостью, термической и химической стойкостью, высокими электроизоляционными характеристиками, оптической прозрачностью и т. п. Особо следует отметить технологичность неметаллических материалов. Основой неметаллических материалов являются полимеры, главным об¬разом синтетические. Создателем структурной теории химического строе¬ния органических соединений является великий русский химик А. М. Бут¬леров. Промышленное производство первых синтетических пластмасс (фено¬пластов) явилось результатом глубоких исследований, проведенных Г. С. Пет¬ровым (1907—1914 гг.). Блестящие исследования позволили С. В. Лебе¬деву впервые в мире осуществить промышленный синтез каучука (1932 г.). Н. Н. Семеновым разработана теория цепных реакций (1930—1940 гг.) и распространена на механизм цепной полимеризации. Успешное развитие химии и физики полимеров связано с именами видных ученых: П. П.. Кобеко, В. А. Каргина, А. П. Александрова, С. С. Медведева, С. Н. Ушакова, В. В. Коршака и др. Важный вклад внесен К. А. Андриановым в развитие химии кремнийорганических полимеров, широко применяемых в качестве термостойких материалов. Применение неметаллических материалов обеспечивает значительную экономическую эффективность. Все вышеперечисленные факторы и обусловили актуальность нашего исследования. Целью работы является анализ применения неметаллических материалов в машиностроении В соответствии с поставленной целью решались следующие основные задачи: -изучить свойства пластмасс; -рассмотреть термопласты и их классификацию; - определить свойства реактопластов; - изучить методы обработки пластмасс; - определить свойства фторопластов; - рассмотреть характеристики капролона. Методы исследования: - обработка, анализ научных источников; - анализ научной литературы, учебников и пособий по исследуемой проблеме. Объект исследования – неметаллические материалы Предмет исследования – применение неметаллических материалов в машиностроении 1. СОСТАВ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПЛАСТМАСС 1.1 Пластмассы и их свойства Пластмассы различных видов нашли широкое применение в машиностроении благодаря своим высоким антикоррозионным и механическим свойствам. Детали, изготовленные из пластмасс, имеют хороший внешний вид, блестящую гладкую поверхность различных цветов. Пластмассы это ма¬териалы способны при нагревании размягчаться, становиться пластичны¬ми, и тогда под давлением им можно придать заданную форму, которая затем сохраняется. В зависимости от природы связующего переход отфор¬мованной массы в твердое состояние совершается или при дальнейшем ее нагревании, или при последующем охлаждении. Пластмассы состоят из связующего вещества и наполнителя. Связующими служат смолы, а наполнителем различные вещества: древесная мука, волокнистые материалы, обрезки или листы бумаги, ткани и т.п. Другим важным компонентом пластмасс является наполнитель (порош¬кообразные, волокнистые и другие вещества как органического, так и неор¬ганического происхождения). После пропитки наполнителя связующим по¬лучают полуфабрикат, который спрессовывается в монолитную массу. Наполнители повышают механическую прочность, снижают усадку при. прессовании и. придают материалу те или иные специфические свойства (фрикционные, антифрикционные и т. д.). Для повышения пластичности в полуфабрикат добавляют пластификаторы (органические вещества с вы¬сокой температурой кипения и низкой температурой замерзания, например олеиновую кислоту, стеарин, дибутилфталат и др.). Пластификатор сооб¬щает пластмассе эластичность, облегчает ее обработку. Наконец, исходная композиция может содержать отвердители (различные амины) или катализаторы (перекисные соединения) процесса отверждения термореактивных связующих, ингибиторы, предохраняющие полуфабрикаты от их само¬произвольного отверждения, а также красители (минеральные пигменты и спиртовые растворы органических красок, служащие для декоративных целей) [1]. Различают два основных вида пластмасс: термопластичные и термореактивные. К термопластичным материалам или термопластам (thermoplast) относятся полимеры, которые при нагревании в процессе переработки переходят из твердого агрегатного состояния в жидкое: высокоэластическое или вязкотекучее (литьевые термопласты переходят в вязкотекучее состояние). При охлаждении материала происходит обратный переход в твердое состояние. Поведение при нагревании отличает термопласты от термореактивных материалов или реактопластов (thermoset), которые отверждаются при переработке и не способны далее переходить в жидкое агрегатное состояние. 1.2 Термопласты и их классификация В зависимости от принимаемых фазовых состояний термопластичные материалы делятся на аморфные и кристаллические (точнее кристаллизующиеся). В кристаллизующихся литьевых термопластах всегда сохраняется какая-то доля незакристаллизованного (аморфного) материала, поэтому эти материалы иногда называют частично-кристаллическими. Некоторые материалы (PC), в принципе способные к кристаллизации, не кристаллизуются при литье под давлением, оставаясь аморфными. Есть материалы, которые могут быть аморфными или кристаллизоваться в зависимости от условий литья. Другие- очень сильно меняют степень кристалличности и свойства при изменении технологического режима. Способность к кристаллизации - очень важное свойство материалов, определяющее их поведение при переработке, и которое обязательно должно учитываться при конструировании изделий и пресс-форм и выборе технологического режима литья. Кристаллизующиеся материалы имеют высокий уровень усадки и анизотропии усадки (разница продольной и поперечной усадки). Пигменты и другие добавки, действуя как нуклеаторы (зародышеобразователи кристаллизации), могут значительно изменять структуру и свойства кристаллизующихся материалов. В зависимости от температуры аморфные термопласты имеют 3 физических состояния: стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекучее. Для стеклообразного состояния характерны небольшие упругие деформации. Переход из высокоэластического состояния в стеклобразное происходит в некотором диапазоне температур, центр которого называют температурой стеклования Tc (glass transition temperature, Tg). В зависимости от метода определения температура стеклования может значительно изменяться. При повышении температуры стекловании повышается температура эксплуатации аморфного материала [10]. Полимер в высокоэластическом состоянии способен к большим обратимым деформациям, достигающим сотен и более %. При повышении температуры литьевой термопластичный материал переходит из высокоэластического состяния в вязкотекучее. Температура такого перехода называется температурой текучести Тт. Выше температуры текучести в полимере проявляются необратимые деформация вязкого течения. При нагревании амофного материала обычно визуально наблюдается нефазовый переход, напоминающий процесс плавления для кристаллизующихся термопластов. Температуру такого перехода условно называют температурой плавления (melting temperature, Tm) аморфного материала. В кристаллизующихся термопластах аморфная фаза может приобретать описанные выше физические состояния. При нагревании кристаллическая фаза плавится. Температура этого фазового перехода называется температурой плавления Тпл (melting temperature, Tm). Свойства кристаллизующихся полимеров зависят от содержания кристаллической фазы и от того, в каком физическом состоянии (стеклообразном или высокоэластическом) находится при температуре эксплуатации аморфная фаза. Классификация термопластов по эксплуатационным свойствам Литьевые термопластичные материалы делят на несколько групп в зависимости от уровня эксплуатационных свойств. К таким свойствам прежде всего относится температура долговременной эксплуатации. Пластмассы достаточно условно делят на группы (в различных изданиях приводятся разные критерии классификации): - Материалы общего назначения или общетехнического назначения (general purpose plastics); - Конструкционные пластмассы или пластмассы инженерно-технического назначения (engineering plastics); - Суперконструкционные (super-engineering plastics) или высокотермостойкие полимеры (high temperature plastics). Среди термопластов выделяют особую группу термопластичных эластомеров или термоэластопластов (TPE), которые по технологическим свойствам являются обычными термопластами, а по эксплуатационным подобны каучукам и резинам, т.е. способны к большим обратимым деформациям. В зависимости от температуры долговременной эксплуатации термоэластопласты также подразделяют на материалы общего назначения (general purpose TPE) и инженерно-технического назначения (engineering TPE). Классификация термопластов по химической структуре По химическому строению многочисленные литьевые термопластичные материалы обычно подразделяют на несколько групп (классов). Современная промышленность выпускает большое количество типов полиолефинов (PO), важнейшими из которых являются группы полиэтиленов (PE) и полипропиленов (PP). Многочисленные типы материалов представлены в группах стирольных пластиков (PS), полиамидов (PA), сложных полиэфиров (polyester)[6]. Традиционно выделяют группы полимеров на основе целлюлозы (cellulosic plastics), фторполимеров или фторопластов (fluoro plastics). Изготовители акриловых полимеров или акрилатов (acrylic) часто указывают только принадлежность материала к данной группе и не приводят тип материала. Гомополимеры. Сополимеры. Стереоизомеры Полимеры, построенные одинаковых мономеров называют гомополимерами (homopolymer), из разных - сополимерами (copolymer). Для некоторых типов материалов (полипропилен, полистирол и др.) помимо химической формулы большое значение имеет стереоизомерия - тип пространственной конфигурации боковых групп атомов относительно полимерной цепи. Наиболее важные типы стереоизомеров: - изотактический (isotactic) - боковые группы расположены по одну сторону полимерной цепи; - синдиотактический (syndiotactic) - боковые группы последовательно чередуются по одну и другую сторону полимерной цепи; - атактическиий (atactic) - беспорядочное расположение боковых групп по одну и другую сторону полимерной цепи. Развитие технологи синтеза полимеров с использованием металлоценовых катализаторов, позволило наладить в последние годы промышленный выпуск различных стереоизомеров. В качестве примера влияния стереоизомерии на эксплуатационные свойства материала можно привести синдиотактический полистирол (SPS), являющийся кристаллизующимся материалом в отличие от обычного аморфного атактического полистирола. По структуре сополимеры делят на несколько типов: - блок-сополимер (block-copolymer) - регулярное чередование последовательностей (блоков) звеньев в основной цепи; - статистический сополимер (random copolymer) - нерегулярное чередование последовательностей звеньев; - привитой сополимер (graft copolymer) - имеет основную цепь в виде гомополимера или сополимера, к которой присоединены боковые цепи; - чередующийся или альтернатный сополимер (alternating copolymer) - регулярное чередование звеньев в основной цепи. В последнее время большое развитие получили интерполимеры - сополимеры, образующие гомогенную структуру (компоненты не выделяются в отдельные фазы). Помимо двойных сополимеров, построенных из двух типов мономерных звеньев, выпускаются тройные сополимеры (terpolymer), состоящие из трех типов звеньев, а также сополимеры с четырьмя и большим количеством типов звеньев. Тройными сополимерами являются АБС-пластики (ABS), ACA-сополимер (ASA) и др. [4]. Классификация термопластов по типу наполнителя Наполнители могут значительно изменять эксплуатационные и технологические свойства термопластов. Термопласты, содержащие стекловолокно и др. виды стеклянных наполнителей, традиционно называют стеклопластиками (glass filled). В последние годы большое распространение получили материалы, наполненные длинным стекловолокном, требующие особых условий переработки. Углепластиками (carbon filled) называют материалы, содержащие углеродное волокно. Иногда выделяют группу «специальных» термопластов. К ним относят материалы, содержащие антипирены (материалы с повышенной стойкостью к горению), электропроводящие добавки (антистатические, электропроводящие, ЭМИ-экранирующие материалы), антифрикционные добавки (материалы с пониженным коэффициентом трения), добавки, придающие износостойкость и др. 1.3 Реактопласты и их свойства Термореактивные пластмассы (текстолоит, карболит пресс-материал Ж3-010-62, АК-4, АГ-17 и др.) при повторном нагреве не переходят в пластическое состояние. Пример реактопластов - это стеклотекстолит. Стеклотекстолиты бывают КАСТ и ВФТ-С. Таблица 1.1 Технические характеристики стеклотекстолит КАСТ-В, ГОСТ 10292-74Е. Изгибающее напряжение при разрушении по основе, МПа Flexural Strengh, break, on warp, MPa 127-132 Прочность при разрыве по основе, МПа Tensile Strength on warp,MPa 211-284 Разрушающее напряжение при сжатии параллельно слоям, МПа Compression Strendth in parallel to layers, MPa 54-64 Ударная вязкость по Шарпи по основе, КДж/м 2 Charpy Impact Strength on warp, KJ/m2 88-113 Модуль упругости при растяжении по основе, МПа Tensile Modulus on warp, MPa 2,1*10 4 Модуль упругости при растяжении по основе, МПа Tensile Modulus on warp, MPa 2,1*10 4 Коэффициент теплопроводности, Вт/м град Coefficient of Thermal Conductivity, W/m*grad . при 20ОС At 20О C 0,29 при 150ОС At 150 ОC 0,33 Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом см, не менее Volume Resistvity, Ohm*cm,min 3*10 12 Электрическая прочность, КВ/мм, не менее Electric Strength, KV/mm, min 23 Технические характеристики стеклотекстолит ВФТ-С, ГОСТ 10292-74Е. Стеклотекстолит ВФТ-С - листовой слоистый материал на основе конструкционной стеклоткани и модифицированного термореактивного связующего. Материал трудно горюч, нетоксичен. Изделия из стеклотекстолита ВФТ-С влагостойки, прочны, могут длительно работать при температурах до 350OС, кратковременно - до 1000'С. Таблица 1.2 Технические характеристики Стеклотекстолит ВФТ-С Изгибающее напряжение при разрушении, МПа, не менее Flexural Strengh, break, on warp. MPa 245 Прочность при разрыве по основе, МПа Tensile Strength on warp,MPa 314-392 Ударная вязкость по Шарпи по основе, КДж/м2 Charpy Impact Strength on warp, KJ/m2 88-123 Модуль упругости при растяжении, МПа Tensile Modulus on warp, MPa 2,1*10 4 Стеклотекстолит ВФТ-С поставляется листами толщиной 0, 8-35 мм размером до 1000х2450 мм. 1.4 Методы обработки пластмасс В настоящее время известны следующие направления и конкретные методы по переработке пластмасс: - прессование на прессах при высоком давлении; - прессование на прессах при низком давлении; - вакуум- и пневмоформование; - формование вспрыскиванием; - формование выдавливанием или протяжкой; - формование без давления; - формование намоткой; -формование каландрированием и прокаткой; - механическая обработка, сварка, склеивание. Прессование на прессах при высоком давлении.(более 50*105 Па). Прессование происходит на ротационных пресс-автоматах, а также на роторных линиях непрерывного прессования. Для массового производства термореактивных мочевино-меламиновых слоистых декоративных пластиков, листов и плит на базе фенопластов и других смол используют горячее прессование на этажных прессах. Прессование на прессах при низком давлении (менее 40*105 Па). Прессование деталей больших габаритных размеров из слоистых пластиков на основе фенольноальдегидных и других смол и хлопчато-бумажной, стеклянной, асбестовой ткани, бумажной пленки производят на легких однопозиционных и много этажных прессах при небольшом усилии прессования [11]. Литье при низком давлении применяется для изготовления крупногабаритных изделий (столешницы, двери, различные панели, подставки и пр.), а также изделий с декоративной поверхностью, получаемых методом литья на подложку (ткань, кожу, пленку). В зарубежной литературе для последнего процесса обычно используют термины «In-mold decoration» (IMD) или «In-mold lamination». Методом литья на подложку изготавливают мебель (сиделья стульев и кресел), чемоданы и дипломаты, крупногабаритные детали салона автомобилей и т.д. Особенностью литья на подложку является невозможность применения высоких скоростей впрыска, характерных для обычного литья под давлением, т.к. при высокой скорости впрыска происходит смещение и смятие подложки. При малых скоростях впрыска резко уменьшаются потери давления: давление впрыска в этом процессе обычно не превышает 10 МПа. Хотя время впрыска в данном процессе удлиняется в 3-4 раза по сравнению с обычным литьем, общее время цикла остается на том же уровне из-за того, что практически отсутствует стадия выдержки под давлением и уменьшается время выдержки на охлаждение. Изделие можно извлекать из пресс-формы при более высокой температуре. Изделия, полученные литьем при низком давлении, отличаются низким уровнем остаточных напряжений и малым короблением /1-2/. Малая скорость впрыска и низкое давление выдвигают особые требования к материалу и конструкции изделия, пресс-форме и литьевому оборудованию. Требования к материалу изделия Для литья на подложку обычно используют материалы с невысокой температурой переработки, такие как полипропилен, АБС-пластики и смеси на их основе Процесс требует применения материалов с высокой текучестью. Хотя подложка является хорошим изолятором и изделие охлаждается только с одной стороны, при низкой скорости впрыска диссипативное тепловыделение крайне мало - расплав быстро охлаждается. Выбор материала и определение толщины изделия, необходимой для 100% заполнения, может быть выполнен с высокой точностью в программном продукте Flow. Для учета влияния подложки на процесс литья необходимо также использовать анализ охлаждения пресс-формы Cool (в этом программном продукте предусмотрен специальный анализ литья на подложку) [13]. Требования к пресс-форме Использование низких давлений и малых скоростей резко уменьшает требования к механической прочности деталей пресс-формы, что позволяет существенно уменьшить толщину плит и вес пресс-формы по сравнению с обычным литьем. Пресс-форма может изготавливаться из недорогих, легко обрабатываемых материалов. В то же время в данном процессе используется горячеканальная литниковая система. Одной из особенностей литья при низком давлении является малая прочность и низкое качество линий спая. В области спаев наблюдаются дефекты на декоративной подложке. Поэтому для предотвращения появления линий спая в литье при низком давлении применяется особая технология «последовательных впусков» (sequential gating, cascade control). В этой технологии используются запирающиеся горячеканальные сопла. Начальное состояние всех сопел, кроме одного - закрытое. Сопло открывается только в тот момент, когда до него доходит фронт расплава. 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ФТОРОПЛАСТОВ И КАПРОЛОНА 2.1 Фторопласты и их свойства Уникальные свойства фторопласта делают изделия из него незаменимыми в химической, электротехнической промышленности, приборостроении, машиностроении, пищевой, легкой и медицинской промышленности, пользуется огромным спросом у нефтеперерабатывающей отрасли. Из фторопласта изготавливают детали, химическую аппаратуру, мембраны, клапаны, прокладки, трубы, отводы, колонны и подшипники, транспортерные ленты и многое др. В зависимости от условий применения используются изделия из смеси фторопласта-4 с различными компонентами: коксом, дисульфидом молибдена, стеклопорошком и углеродным волокном. При введении добавок повышается стойкость к истиранию, жесткость, прочность при сжатии, уменьшается деформация при нагрузке, при этом большинство ценных качеств фторопласта-4 не изменяются. Применение изделий из фторопластов дает быструю окупаемость всех затрат за счет расширения функциональных возможностей и увеличивает срока службы оборудования, экономит потребление энергии и расходов на обслуживание и ремонт, повышает надежность работы оборудования. Композиционные материалы на основе фторопласта применяют для изготовления подшипников скольжения, манжет, уплотнительных колец, прокладок гидравлических систем (станков, автомобилей), механических устройств, уплотнений поршневых и плунжерных компрессоров, направляющих сборочных конвейеров и загрузочных автоматов, оборудования для переработки продуктов, направляющих тросов автомобилей, промышленных и строительных машин, скользящих опор конструкций мостов, железных дорог, машин, дисков сцепления для точных механизмов, деталей системы управления самолетом, системы нейтрализации газа, системы реверсивного устройства двигателя [1]. Фторопласт -4 - кристаллический полимер, температурой плавления кристаллитов 327°С и температурой стеклования аморфных участков от -100 до -120°С. Даже при температуре выше температуры разложения (415°С) фторопласт -4 не переходит в вязкотекучее состояние (при 370°С вязкость его расплава равна ?1011 П, т.е. в 1000000 раз больше вязкости, (необходимой для литья под давлением), поэтому переработка его возможна только методом спекания отпрессованных таблеток. В зависимости от скорости охлаждения (до температуры ниже 250°С) после спекания можно получить закаленные изделия со степенью кристалличности ?50% и плотностью ?2,15 г/см3 или незакаленные со степенью кристалличности более 65% плотностью выше 2,20 г/см3. При температуре эксплуатации и от -269°С до +260°С степень кристалличности, достигнутая при данном режиме охлаждения, не меняется, при температуре выше 260°С степень кристалличности постепенно увеличивается, особенно быстро она вырастает при 310 - 315°С. Таблица 2.1 Степень кристаллизации фторопластов Степень кристалличности, % Плотность при 23°С, г/см3 Степень кристалличности, % Плотность при 23°С, г/см3 40.0 2.12 69.4 2.21 43.2 2.13 72.8 2.22 46.5 2.14 75.2 2.23 49.7 2.15 78.0 2.24 53.0 2.16 80.7 2.25 56.3 2.17 82.6 2.26 59.7 2.18 85.2 2.27 63.1 2.19 89.0 2.28 66.5 2.20 - - Об отсутствии же пористости свидетельствует полная прозрачность образца во время спекания при 370-390°С. Даже незначительная пористость вызывает мутность образца. Пористость, равная примерно 0,1-0,2%, заметно влияет на точность определения плотности. Данные о зависимости удельного объема и плотности от температуры для образца со степенью кристалличности 68% (плотность медленно охлажденного изделия) приведены в таблице 2.2: Таблица 2.2 Зависимость удельного объема и плотности от температуры Температура, °С Удельный объем, см3/г Плотность, г/см3 Температура, °С Удельный объем, cм3/г Плотность, г/см3 -50 0.440 2.27 175 0.4769 2.10 -25 0.443 2.26 200 0.482 2.08 0 0.447 2.24 225 0.488 2.05 +25 0.453 2.21 250 0.495 2.02 +50 0.456 2.19 275 0.503 1.99 +75 0.459 2.18 300 0.514 1.95 +100 0.463 2.16 325 0.534 1.88 +125 0.467 2.14 327 0.640 1.57 +150 0.471 2.12 350 0.655 1.53 Основные показатели физико-механических свойств фторопласта -4 приведены в приложении 1. Антифрикционные свойства фторопласта Данные о зависимости коэффициента трения от нагрузки (статической и динамической (при малых скоростях) коэффициенты трения фторопласта-4 по стали без смазки одинаковы) приведены ниже: Таблица 2.3 Зависимость коэффициента трения от нагрузки Нагрузка, кгс/см2 1 3 10 20 Коэффициент трения 0,4 0,1 0,06 0,05 При наличии смазки он примерно в 2 раза меньше. Динамический коэффициент трения фторопласта -4 по стали без смазки при нагрузке ~ 20 кгс/см2 зависит от скорости скольжения: Таблица 2.4 Динамический коэффициент трения фторопласта - 4 Скорость скольжения, см/c 4 8 20 40 80 160 Динамический коэффициент трения 0,05 0,1 0,15 0,23 0,24 0,27 В присутствии наполнителя при малых скоростях скольжения коэффициент трения несколько выше, а при больших скоростях - ниже, чем коэффициент трения чистого фторопласта -4 по стали. При 327°С (на поверхности трения) коэффициент трения фторопласта -4 по стали резко возрастает (в несколько раз), что приводит к катастрофически быстрому износу и разрушению подшипника. 2.2 Капролон (полиамид 6 блочный) Капролон – материал конструкционного и антифрикционного назначения. Применяется в различных отраслях промышленности для изготовления деталей широкой номенклатуры: 1) Подшипников скольжения, втулок, облицовок, направляющих и вкладышей узлов трения, работающих при нагрузке до 20 МПа при смазке маслом, водой или всухую; снижают потери на трение 2) Шкивов, блоков, колес и роликов грузоподъемных механизмов с тяговым усилием до 30 тонн, гидравлических тележек, кран-балок, транспортеров, конвейеров 3) Корпусов, кронштейнов для различных приборов и автоматов, ступиц колес тележек, вагонеток, вакуумных и карусельных фильтров к которым предъявляются повышенные требования по ударостойкости 4) Шестерен, звездочек и червячных колес для автоматов мойки бутылок, разлива и укупорки жидкостей, нанесения этикеток, комбайнов, приводов редукторов; снижают уровень шума и вибрации (до 15 ДБ) 5) Деталей уплотнения (взамен фторопласта) для дозаторов, сепараторов, арматуры, оборудования для РТИ и манжет для систем высокого давления (до 500 атм) 6) Досок из капролона для обвалочных и разделочных столов для пищевой промышленности 7) деталей конвейерных линий рыбо- и мясоперерабатывающей промышленности, линий для производства напитков. Капролон имеет низкий коэффициент трения в паре с любыми металлами, хорошо и быстро прирабатывается, в 6 – 7 раз легче бронзы и стали, взамен которых он устанавливается. Изделия из капролона в 2 раза снижают износ пар трения, повышая их ресурс. Не подвержен коррозии, допускается к контакту с пищевыми продуктами и питьевой водой, экологически чист. Рис.2.1 Эффективность капролона по сравнению с металлом 1 – Масса 2 – Материалоемкость 3 - Трудоемкость изготовления 4 – Стоимость 5 - Износ вала 6 - Срок службы изделия Физико-механические и эксплуатационные свойства капролона представлены в приложении 2. В мировом производстве и потреблении конструкционных материалов доля пластмасс продолжает увеличиваться. Высокая степень роста темпов потребления особенно характерна для полиамидов. По таким характеристикам, как прочность, коррозионная стойкость, легкость, они успешно конкурируют с металлами и стеклом в автомобилестроении. В отраслях, связанных с электричеством и электроникой, огнестойкий полиамид продолжает вытеснять дорогостоящий полипропиленсульфид и полибутилентерефталат[20]. Многофункциональный материал конструкционного и антифрикционного назначения - полиамид 6 блочный (капролон) обладает высокими прочностными и эксплуатационными свойствами, имеет низкий коэффициент трения в паре с любыми металлами, хорошо обрабатывается фрезерованием, точением, сверлением и шлифованием. Полиамид 6 блочный (капролон) в 6-7 раз легче бронзы и стали, взамен которых он успешно применяется. Изделия из капролона обеспечивают надежную и бесшумную работу устройств и механизмов, как правило, в 1,5-2 раза снижают износ пар трения, повышая их ресурс. Полиамид 6 блочный (капролон) не подвержен коррозии, экологически чист, имеет санитарно--эпидемиологическое заключение на контакт с пищевыми продуктами. Полиамид 6 блочный (капролон) устойчив к воздействиям углеводов, масел, спиртов, кетонов, эфиров, щелочей и слабых кислот. Растворяется в крезолах, фенолах, концентрированных минеральных кислотах, муравьиной и уксусной кислотах. Применение Полиамид 6 блочный (капролон) широко применяют взамен цветных металлов (бронзы, латуни, баббита) и различных антифрикционных материалов (резины, бакаута, текстолита, лигнофоля, ДСП и т.д.), а также в качестве электроизоляционного и конструкционного материала в различных отраслях народного хозяйства: В судостроении и судоремонте. Полиамид 6 блочный (капролон) применяется для изготовления подшипников гребных и дейдвудных валов, рулевых и других устройств, веерных роликов, деталей судовых механизмов и арматуры - клапанов, поршней, слабо нагруженных шестерен, крыльчаток насосов, корпусов и крышек клапанов, букс, пробок, крышек, уплотнительных колец. В энергетике - идет на изготовление подшипников насосов, шнеков золоудаления и питания, пылевых шнеков, шаровых мельниц Ш-10,12, турбинных вкладышей и др. для ТЭЦ, ГЭС, ГРЭС, АЭС. Горнорудная и золотодобывающая промышленность использует полиамид 6 блочный (капролон) в качестве сферических подшипников, конических и цилиндрических подшипников в камнедробилках КМД 1750.КМД2200. В угледобывающей промышленности из полиамида 6 блочного (капролона) изготавливают втулки центральной цапфы, опорного, натяжного и ведущего колеса, разгрузочного блока, механизма качения, резального барабана, блока наводки, вкладыши седлового подшипника и др. Нефтедобывающая промышленность использует полиамид в качестве протекторных переводчиков на буровых стенках как приспособление против протирания колонны в процессе бурения скважин, подшипников различных насосов, скребков-центраторов насосных штанг, решеток для вакуум-фильтров. Водоканализационное хозяйство - подшипники насосов подкачки воды, крылатки, детали различных устройств. В металлургической промышленности полиамид 6 блочный (капролон) используется для изготовления деталей прокатных станов. Пищевая промышленность. Спектр применения полиамида 6 блочного (капролона) в этой отрасли народного хозяйства необычайно широк. Из него делают шаровые клапаны в системах подачи, подшипники, ролики, шестерни в системах разлива. Например: Разливочно-укупорочные аппараты - роликовые опоры штока, шнеки, звездочки 7-и,12-ти и 14-лучевые, шестерни 12-лучевые, колокольчики, подшипники скольжения, втулки. Этикеточные машины-шестерни, звездочки, плита отбойная, ребра, пробка (направление), пробка (шнек). Транспортеры, рольганги - ролики, подшипники скольжения. Автоматы для производства макарон, мороженого, мясного фарша, кондитерских изделий, пельменей - фильеры, шнеки, выталкивающие барабаны, штампы, зубчатые и червячные колеса, втулки. Оборудование для переработки мяса - разделочные (обвалочные) доски, ролики, подшипники. Закаточные машины - валики [22]. Сепараторы, насосы - уплотнительные кольца, манжетодержатели, подшипники скольжения. Тележки, вагонетки - вкладыши упорных и направляющих колес, колеса и ступицы колес, ролики. Кран-балки, краны - колеса кран-балок, вкладыши упорных и направляющих колес тяговых тросов, ролики, колеса с шарикоподшипниками, обоймы. Капролон успешно применяется взамен шарикоподшипников, работающих в агрессивных средах ( в условиях пара, с повышенным содержанием кислот, щелочей). Керамика Керамика - поликристаллический материал, получаемый спеканием природных глин и их смесей с минеральными добавками, а также оксидов металлов и других тугоплавких соединений. Ситаллы - неорганические материалы, получаемые путем направленной кристаллизацией стекла. Благодаря высоким диэлектрическим свойствам, стойкости в химически активных средах, высоким механическим свойствам эти материалы нашли широкое применение в электронной, радиотехнической электротехнической промышленности, в химической промышленности для футеровки емкостей, в металлообработке для изготовления металлорежущего инструмента, деталей, работающих на истирание с одновременным нагревом – фильер для протяжки проволоки, сопл пескоструйных аппаратов и др. Окисная керамика, состоящая из чистых оксидов Al3O3, ZrO2, сохраняет высокие механические свойства до высоких температур и обладает высокими диэлектрическими свойствами. Керамику и ситаллы шлифуют инструментом из синтетических и природных алмазов, а также полируют алмазными порошками и пастами. Таким образом, на изделиях из этих материалов получают параметры шероховатости до Ra=0.008 мкм. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таким образом, к неметаллическим материалам относятся полимерные материалы органические и неорганические: различные виды пластических масс, композиционные материалы на неметаллической основе, каучуки и резины, клеи, герметики, лакокрасочные покрытия, а также графит, стекло, керамика. Неметаллические материалы являются не только заменителями металлов, но и применяются как самостоятельные, иногда даже незаменимые материалы. Отдельные материалы обладают высокой механической прочностью, легкостью, термической и химической стойкостью, высокими электроизоляционными характеристиками, оптической прозрачностью и т. п. Особо следует отметить технологичность неметаллических материалов. Применение неметаллических материалов обеспечивает значительную экономическую эффективность. Основой неметаллических материалов являются полимеры, главным образом синтетические. Знание строения и закономерностей в изменении свойств неметаллических материалов помогает специалистам рационально использовать их в технических конструкциях. Одной из основных особенностей в строении неметаллических материалов является преобладание ионной либо ковалентной связи между частицами. Отсутствие свободных электронов в виде электронного газа, как это имеет место у металлов, в значительной степени определяет отличие их физических, химических и механических свойств от свойств металлов. Такие их свойства, как достаточная прочность, жесткость и эластичность при малой плотности, светопрозрачность, химическая стойкость, диэлектрические свойства, делают эти материалы часто незаменимыми. Они находят все большее применение в различных отраслях машиностроения. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1 Волчок И.П. Современные технологии производств. 1-4 часть. - Запорожье, 1996. 2 Гидравлические прессы для неметаллических материалов, М., Машиностроение, 1969, c.33-90. 3 Замятин В.К. Технология и оснащение сборочного производства машиноприборостроения: Справочник. -М.Машиностроение, 1995. - 608 с. 4 Кузьмин Б.А. Технология металлов и конструкционные материалы, М., Машиностроение, 1981. 5 Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П.. Материаловедение. М.:?Машиностроение?, 1990 6 Мартынов Э.З Технологии отрасли, часть 2, Конспект лекций, Новосибирск, 2002 г., 75 с. 7 Мартынов Э.З., Никитин Ю.В. Технологии отрасли, часть 1, Конспект лекций, Новосибирск, 2000 г., 48 с.; изд 2-е 2005 г., 64 с. 8 Махаринский Е.И., Горохов В. А. Основы технологии машиностроения: Учебник. -Мн.: Высш. шк., 1997.-432с. 9 Применение неметаллических материалов в конструкциях центробежных насосов / В. В. Буренин, М. ЦИНТИхимнефтемаш 1988 с. ил. 10 Стерин И.С. Машиностроительные материалы. Основы металловедения и термической обработки. СПб, Политехника, 2003, 344с 11 Технологические процессы машиностроительного производства. Оренбург, Под редакцией С.И. Богодухова, В.А Бондаренко. ОГУ, 1996 12 Технологические процессы отрасли. Методические указания к проведению практических работ, Новосибирск, 1998, - 60с. 13 Технология конструкционных материалов. Учебник для вузов (Дальский А.М. и др.), М, 1993 г., 447 с. ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение 1 Основные показатели физико-механических свойств фторопласта -4 Разрушающее напряжение, кгс/см2 Значения при растяжении: - - незакаленный образец (кристалличность 05-08%) 140-350 - закаленный образец (кристалличность 50%) 160-315 при сжатии: - - при 1%-ной деформации 100 - 10%-ной деформации 185 Сопротивлению изгибу (стрела прогиба 6 мм) 185 Относительное удлинение при разрыт, % 250-500 Остаточное удлинение, % 250-350 Напряжение при 10%-ном удлинении, кгс/см2 110-120 Модуль упругости, кгс/см2 - - при изгибе при 20°С 4700-8500 - сдвиге 2700 2700 Ударное растяжение, кгс•см/см2 (DIN 53448) - - при 20°С 650 - 23°С 680 (удлинение при 20°С - 20%, при 23°С - 30%) - Твердость: - по Бринеллю, кгс/мм2 3-4 по Шору при 20°С - - шкала С 85-87 - шкала D 55-59 Твердость по Роквеллу - - шкала I 80-95 Приложение 2 Физико-механические и эксплуатационные свойства капролона Плотность, г/см3 1,15-1,16 Модуль упругости при растяжении, МПа 2000-2300 Модуль упругости при сжатии, МПа 3500-4000 Предел прочности при сжатии, Мпа не менее 90 Предел прочности при изгибе, МПа не менее 80 Твердость по Бринелю, кг•с/см2 130-140 Напряженность работы РхV, МПа•м/с 15 Морозостойкость, °С минус 50 Допускаемая рабочая температура, °С 90°С (постоянная) 150°С (кратковременная) Оптимальная рабочая температура, °С -40°С... + 80°С Теплостойкость по Мартенсу, °С 75 Коэффициент теплопроводности при 20° С, Вт/мoград 0,29 Температура плавления, °С 220...225 Электрическая прочность, кВ/мм 30..35 Средний коэффициент линейного теплового расширения на 1°С в интервале от 0°С до 50°С 9,8х10-5 от -50°С до 0°С 6,6х10-5 Коэффициент трения по стали, бронзе: с водяной смазкой 0,006 в масле 0,008 без смазки 0,1-0,2