Плотность и прочность ряда армированных фенопластов

Материал (в скобках – армирующий наполнитель)	Плотность, кг/м3	Прочность при растяжении, МПа	Удельная ударная вязкость, кДж/м2
Текстолит (ткань из органического волокна)	1300 – 1400	50 – 120
Асботекстолит (асбестовая ткань)		100 – 120
Стеклотекстолит (стеклянная ткань)	1800 – 1900	270 – 280 (по основе)	75 – 115 (по основе)
Древесно-слоистый пластик (листы древесного шпона)		130 – 260*	30 – 80*
Стеклопластик СВАМ (слои стеклянного шпона)	1900 – 2000	800 – 900 (вдоль волокон)

*Зависит от способа укладки листов шпона в ДСП

Улучшение эксплуатационных параметров различных машин и механизмов, в конструкции которых входят детали из пластмасс инженерно-технического назначения, достигается в результате использования целого ряда технических достоинств пластмассовых деталей.

К этим достоинствам относятся:

· большая удельная прочность;

· малая масса и связанная с нею малая инерционность;

· возможность работы в узле трения без смазки или при смазке водой (!); большая износостойкость при трении;

· способность к гашению вибраций;

· высокая коррозионная стойкость;

· бесшумность работы.

3.2.2. Применение пластмасс и синтетических смол в качестве
электротехнических и радиотехнических материалов

Будучи химическими соединениями с ковалентными связями, органические полимеры обладают хорошими диэлектрическими свойствами и служат основой современных электроизоляционных материалов (диэлектриков). Напомним, что при помещении диэлектрического материала в электрическое силовое поле происходит процесс перестройки структуры материала, называемый поляризацией диэлектрика. В ходе процесса поляризации осуществляется ориентация (поворот) постоянных или/и наведенных молекулярных диполей преимущественно в направлении электрического поля, и в результате в объёме диэлектрика возникает электрический момент определённой величины (равный векторной сумме дипольных моментов молекул, входящих в рассматриваемый объём). При помещении полярного диэлектрика (частицы которого имеют свойства постоянных диполей) в переменное электрическое поле скорость процесса ориентации диполей может оказаться меньше скорости изменения электрического поля (при определенной частоте поля и температуре диэлектрика). В этом случае возникают диэлектрические потери.

Диэлектрические потери – это часть энергии электрического поля, которая необратимо рассеивается в диэлектрике в форме теплоты (происходит диссипация энергии). В результате материал греется, и его диэлектрического свойства ухудшаются (соответственно сокращается срок службы диэлектрика).

Величина диэлектрических потерь W в единице объёма полярного диэлектрика выражается формулой:

W = w ·Е²· ε'·ε_в·tgδ / 8p,

где w- частота приложенного электрического поля;

E -напряженность электрического поля;

ε' - диэлектрическая проницаемость материала;

ε_в - диэлектрическая проницаемость в вакууме, Ф/м;

tgδ - тангенс угла диэлектрических потерь.

Угол диэлектрических потерь d – это угол (сдвиг по фазе), на который вектор электрического момента (J_ор) отстает в своих изменениях от изменений вектора напряжённости электрического поля (Е).

Из приведенной формулы следует, что величины ε' и tgδ и характер их зависимости от частоты и температуры имеют важное значение для практики, особенно при выборе диэлектриков для работы при высоких частотах. Диэлектрические свойства ряда полимеров приведены в табл. 8.

Таблица 8

Важнейшие электрические характеристики неполярных и
полярных полимерных диэлектриков

Полимерный материал	tg δ макс при ω=106Гц	ε' при ω=106 Гц	Удельное объемное сопротивление, ρ V, Ом·м	Электрическая прочность, Εпр, МВ/м
Полиэтилен (ПЭВД)	0,0002 – 0,0003	2,2 – 2,3	1018 – 1019
Полистирол (блочный)	0,0002 – 0,0003	2,5 – 2,6	1017 – 1018
Политетрафтор-этилен	0,0002 – 0,00025	1,9 – 2,2	1018 – 1019
Поливинилхлорид (жёсткий)	0,015 – 0,018	3,1 – 3,4	1016 – 1018
Полиамиды (алифатические)	0,03 – 0,09	3,0 – 3,5	1013 – 1015	15 – 20
Резины электроизоляционные	0,01 – 0,003	2,5 – 15,0	1013 – 1015	20 – 45

Полимерные диэлектрики отличаются сочетанием хороших диэлектрических свойств и достаточно большой механической прочности (при меньшей, чем силикатные материалы, плотности), и поэтому они являются в настоящее время незаменимыми материалами в производстве электротехнических и радиотехнических устройств (приборов, аппаратов, машин).

3.2.3. Применение пластмасс в качестве
антифрикционных материалов

На основе некоторых пластмасс (термопластов и реактопластов) изготавливают довольно широкий ассортимент антифрикционных материалов (АФМ), применяемых при изготовлении деталей, работающих в условиях трения скольжения. (См. также раздел о металлических антифрикционных материалах).

К числу термопластов с малым коэффициентом трения (по чёрным металлам) относятся политетрафторэтилен (фторлон-4, тефлон), полиамиды (анид, капрон и др.) и полиформальдегид.

К достоинствам АФМ на основе термопластов относятся:

· малый коэффициент трения даже при отсутствии смазки или при смазке водой;

· большая износостойкость;

· антикоррозионные свойства;

· небольшая масса и высокая технологичность изготовления антифрикционных деталей.

К недостаткам АФМ из термопластов (особенно из фторлона) относятся подверженность ползучести при нагрузке и низкая теплопроводность, поэтому широкое применение находят комбинированные полимерно-металлические подшипники. К стальной подложке припекают пористый слой из бронзового порошка, а в поры бронзового слоя впрессовывается фторлон (тефлон). Полоса материала разрезается на мерные куски, из которых изготовляют антифрикционные втулки.

Большое распространение получили вкладыши в виде тонких стальных втулок, внутри которых помещены разрезные втулки из полиамидов. Подшипники такой конструкции имеют высокую прочность и хорошую охлаждаемость. Антифрикционные свойства полиамидов улучшаются путем введения в них антифрикционных добавок в количестве нескольких процентов (графита, талька, дисульфида молибдена). В узлах трения при весьма тяжёлых условиях работы используются слоистые фенопласты: текстолиты и ДСП. Вкладыши из указанных материалов устанавливают в корпуса подшипников, работающих в прокатных станах, пилорамах, дробилках, подъёмных кранах. Антифрикционные свойства текстолита также усиливаются в результате введения в материал графита.

3.2.4. Применение пластмасс в качестве
фрикционных материалов (ФМ)

Фрикционные материалы, применяемые в тормозных устройствах и узлах сцепления, должны иметь высокий коэффициент трения скольжения (не менее 0,3) и высокую тепло- и термостойкость, поэтому полимерные ФМ очень часто производятся на термореактивных связующих с применением в качестве наполнителя асбестовых волокон и тканей. Разработано и применяется несколько марок фенопластов с хорошими фрикционными свойствами.

Помимо асбеста в эти материалы в качестве наполнителей вводят барит, электрокорунд, латунную стружку с целью достижения высокого и стабильного коэффициента трения. К числу известных фрикционных фенопластов относится ретинакс (марок А и Б).

Другой тип полимерных ФМ производится промышленностью асбестовых технических изделий (АТИ) на основе вулканизованных каучуковых смесей (смотри раздел о применении эластомеров).

3.2.5. Применение пластмасс в качестве
антикоррозионных материалов

Многие пластмассы, основу которых составляют карбоцепные полимеры, обладают высокой стойкостью к воде и к водным растворам солей, кислот и щелочей, поэтому целый ряд термопластов и реактопластов применяется в качестве материалов с высокой коррозионной стойкостью.

Из числа термопластов промышленное применение в указанном качестве находят: поливинилхлорид (ПВХ), полиэтилен (ПЭ), политетрафторэтилен (ПТФЭ), пентапласт (ППт), перхлорвинил (ПерХВ).

Из числа реактопластов, обладающих стойкостью ко многим минеральным средам (кроме щелочей), в качестве коррозионно-стойких материалов применяются фенопласты (ФП): фаолит, текстолит, антегмит, арзамит и другие.

Ниже дается краткая характеристика перечисленных материалов.

Жесткий ПВХ (винипласт)

Формула полимера

σ_р=40 – 50 МПа; ρ = 1400 кг/м³.

Выпускается в виде листов, труб, плёнки, сварочного прутка.

Стоек: к водным растворам кислот, солей, разбавленным щелочам.

Не стоек: к концентрированным щелочам и ароматическим углеводородам.

Применение: для изготовления баков, мерников, вентиляционных газоходов, трубопроводов, деталей аппаратов, запорной арматуры, а также в качестве защитных покрытий.

Полиэтилен

Формула полимера

σ_р=12 – 16 МПа; ρ =920 кг/м³.

Производится полиэтилен высокого, среднего и низкого давления (соответственно ПЭВД, ПЭСД и ПЭНД). Самым крупнотоннажным является и наиболее часто применяется ПЭВД.

Стоек: к кислотам (кроме азотной кислоты), щелочам, растворам солей.

Не стоек: к ароматическим углеводородам, кислороду, хлору.

Применение: ёмкостная аппаратура, трубы, защитные покрытия чёрных металлов, материалы электроизоляции.