16
тельно, позволяют воплотить любые дизайнерские идеи. Благодаря этому можно получать детали самых хитроумных форм и цветов без дополнительных операций по механической обработке и окраске.
3.Применение пластиков помогает не только отказаться от дорогостоящих цветных металлов и нержавеющих сталей, но и сократить энерго- и трудозатраты в процессе производства, а значит, снизить стоимость автомобиля.
4.Повышение долговечности и эксплуатационных характеристик автомо-
биля.
Основным направлением расширения применения пластмасс в конструкции автомобиля является внедрение крупногабаритных наружных деталей кузова из композиционных полимерных материалов, обеспечивающих снижение массы и повышение долговечности за счёт коррозионной стойкости. Разработка высокопрочных композиционных материалов с полимерной матрицей и стеклянными, углеродными и другими волокнами позволила перейти к использованию их в нагруженных силовых деталях, таких как карданные валы, рессоры, обода колёс.
Недостатками пластмасс являются невысокая теплостойкость, низкие модуль упругости и ударная вязкость по сравнению с металлами и сплавами, а для некоторых пластмасс склонность к старению.
Резиной называется продукт специальной обработки (вулканизации) смеси каучука и серы с различными добавками. Она как технический материал отличается от других материалов высокими эластическими свойствами, которые присущи каучуку – главному исходному компоненту резины, способна к очень большим деформациям (относительное удлинение достигает 1000 %), которые почти полностью обратимы. При комнатной температуре резина находится в высокоэластическом состоянии и ее эластические свойства сохраняются в широком диапазоне температур.
Основой всякой резины служит каучук натуральный (НК) или синтетический (СК), который и определяет основные свойства резинового материала. Для улучшения физико-механических свойств каучуков вводятся различные добавки (ингредиенты). Таким образом, резина состоит из каучука и ингредиентов.
Противостарители (антиоксиданты) замедляют процесс старения резины, который ведет к ухудшению ее эксплуатационных свойств. Существуют противостарители химического и физического действия. Действие первых заключается в том, что они задерживают окисление каучука в результате окисления их самих или за счет разрушения образующихся перекисей каучука (применяются
17
альдольнеозон Д и др.). Физические противостарители (парафин, воск) образуют поверхностные защитные пленки, они применяются реже. По назначению резины подразделяют на резины общего назначения и резины специального назначения (специальные).
Вопросы для самоконтроля
1.Когда появились первые синтетические полимеры?
2.Что такое полимер?
3.Что представляет собой пластмасса?
4.Какие положительные эффекты возникают при применении неметаллических материалов?
5.Что такое резина?
6.Каков состав современных резин?
18
4. ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ КАК ЗАМЕНИТЕЛЕЙ ТРАДИЦИОННЫХ МЕТАЛЛОВ
Композиционные материалы получили широкое применение благодаря своим особым свойствам и отличным эксплуатационным характеристикам. В отличие от классических материалов, композиты более долговечны, имеют прочную структуру и малый вес, а с развитием технологий производства становятся более дешевыми, при этом не теряя своего качества.
На основе композитов разработано большое количество материалов и конструкций, которые широко применяются как в тяжелой, так и в легкой промышленности. Благодаря своим уникальным свойствам композиты обеспечивают изделию и конструкции высокую прочность, износостойкость, жесткость и в то же время легкость и малый вес.
Композиционные материалы – материалы будущего. После того как современная физика металлов подробно разъяснила нам причины их пластичности, прочности и ее увеличения, началась интенсивная систематическая разработка новых материалов. Это приведет, вероятно, уже в вообразимом будущем к созданию материалов с прочностью, во много раз превышающей ее значения у обычных сегодня сплавов. При этом большое внимание будет уделяться уже известным механизмам закалки стали и старения алюминиевых сплавов, комбинациям этих известных механизмов с процессами формирования и многочисленными возможностями создания комбинированных материалов.
Два перспективных пути открывают комбинированные материалы, усиленные либо волокнами, либо диспергированными твердыми частицами. У первых в неорганическую металлическую или органическую полимерную матрицу введены тончайшие высокопрочные волокна из стекла, углерода, бора, бериллия, стали или нитевидные монокристаллы. В результате такого комбинирования максимальная прочность сочетается с высоким модулем упругости и небольшой плотностью. Именно такими материалами будущего являются композиционные материалы. Композиционный материал – конструкционный (металлический или неметаллический) материал, в котором имеются усиливающие его элементы в виде нитей, волокон или хлопьев более прочного материала.
Примеры композиционных материалов: пластик, армированный борными, углеродными, стеклянными волокнами, жгутами или тканями на их основе; алюминий, армированный нитями стали, бериллия. Комбинируя объемное содержание компонентов, можно получать композиционные материалы с требуе-
19
мыми значениями прочности, жаропрочности, модуля упругости, абразивной стойкости, а также создавать композиции с необходимыми магнитными, диэлектрическими, радиопоглощающими и другими специальными свойствами.
Области применения композиционных материалов не ограничены. Они применяются в авиации для высоконагруженных деталей самолетов (обшивки, лонжеронов, нервюр, панелей и т. д.) и двигателей (лопаток компрессора и турбины и т. д.), в космической технике для узлов силовых конструкций аппаратов, подвергающихся нагреву, для элементов жесткости, панелей, в автомобилестроении для облегчения кузовов, рессор, рам, панелей кузовов, бамперов и т. д., в горной промышленности (буровой инструмент, детали комбайнов и т. д.), в гражданском строительстве (пролеты мостов, элементы сборных конструкций высотных сооружений и т. д.) и в других областях народного хозяйства.
Применение композиционных материалов обеспечивает новый качественный скачок в увеличении мощности двигателей, энергетических и транспортных установок, уменьшении массы машин и приборов.
Технология получения полуфабрикатов и изделий из композиционных материалов достаточно хорошо отработана.
Композиционные материалы с неметаллической матрицей, а именно полимерные карбоволокниты используют в судах и в автомобилестроении (кузова гоночных машин, шасси, гребные винты); из них изготовляют подшипники, панели отопления, спортивный инвентарь, части ЭВМ. Высокомодульные карбоволокниты применяют для изготовления деталей авиационной техники, аппаратуры для химической промышленности, в рентгеновском оборудовании и другом.
Карбоволокниты с углеродной матрицей заменяют различные типы графитов. Они применяются для тепловой защиты, дисков авиационных тормозов, химически стойкой аппаратуры.
Изделия из бороволокнитов применяют в авиационной и космической технике (профили, панели, роторы и лопатки компрессоров, лопасти винтов и трансмиссионные валы вертолетов и т. д.).
Органоволокниты применяют в качестве изоляционного и конструкционного материала в электрорадиопромышленности, авиационной технике, автостроении; из них изготовляют трубы, емкости для реактивов, покрытия корпусов судов и другое.
Спектр применения композитов в повседневном окружении современного человека настолько велик, что одно только перечисление групп потребитель-
20
ских товаров займет не одну страницу. Композиты делают повседневную жизнь безопасней, мобильней, здоровее, удобней, да и просто красивей.
Товары народного потребления – громадный рынок с множеством тенденций и закономерностей. Одним из актуальнейших трендов на этом рынке становятся товары, в производстве которых применяются композиционные материалы. Этот процесс не случаен и во многом закономерен, поскольку конкурентная борьба технологий – это, прежде всего, функциональные и потребительские параметры:
–высочайшая пластичность и легкость в промышленной обработке;
–высокая прочность композитов при всех основных видах нагрузок;
–отличная термостойкость и пожарная безопасность в быту;
–малый вес изделий из полимерных композитов;
–сравнительно низкая цена товаров;
–абсолютная открытость к новаторскому и экспериментальному современному дизайну.
Композиционные материалы прочно вошли в привычный мир человека, и области их применения со временем только расширяются: от элементов интерьера и большинства бытовых приборов до товаров для здоровья и медицинских приборов. Спектр применения композитов в повседневном окружении современного человека настолько велик, что одно только перечисление групп потребительских товаров и смежных сфер займет не одну страницу. Окружающая среда, особенно в крупных городах, формируется при самом активном влиянии полимерных композитных материалов – начиная с рекламных стендов, плоскостей, прилавков, продолжая одеждой, экипировкой, посудой, мебелью, заканчивая современной электроникой во всем многообразии ее форм и применения.
Товары народного потребления являются самым ярким и очевидным примером, как наукоемкие технологии и решения для «серьезных» отраслей экономики могут воплощаться в простых обиходных вещах. Композиты делают повседневную жизнь безопасней, мобильней, здоровее, удобней, да и просто красивей.
Внедрение композиционных материалов в железнодорожную сферу происходит во все возрастающих масштабах. Так, они применяются для изготовления подвижного состава, частей вагонов, для отделки и производства кресел пассажирских вагонов и др.
Главным достоинством композитных материалов для железнодорожного транспорта является высочайшая удельная прочность в сравнении с традицион-