Неметаллические материалы

Пластмассы. Большую группу конструкционных материалов со сложной химической структурой называют пластмассами. Они состоят из связующих веществ и наполнителей. Связующими веществами могут быть искусственные (синтетические) смолы, а наполнителями — дерево, хлопчатобумажные ткани, очесы, асбестовое и стеклянное волокно и т. д. Искусственные смолы делятся на термореактивные, которые при определенных температурах превращаются в неплавкие и нерастворимые, и термопластические, не теряющие способности размягчаться и растворяться после многократного нагревания.

В состав пластмасс могут также входить красители, пластификаторы и другие вещества. Такие пластмассы называют сложными, или композиционными.

Изделия из пластмасс получают горячим прессованием, литьем под давлением или механической обработкой.

Слоистые пластмассы. К ним относятся текстолит, гетинакс, стеклотекстолит и т. д.

Текстолит представляет собой спрессованную хлопчатобумажную ткань (бязь, шифон и др.), пропитанную смолой. Он обладает высокими фрикционными свойствами и механической прочностью. Текстолит выпускается в виде листов, плит, труб и фасонных изделий. Из него изготовляют более 200 различных деталей, например бесшумные зубчатые колеса, втулки, вкладыши подшипников и т. д.

Гетинакс — это спрессованные и пропитанные смолой бумажные листы. Он обладает высокой прочностью, низкой электропроводностью и применяется для изготовления электроизолирующих деталей (панелей и токораспределительных устройств).

Фибра представляет собой материал, получаемый пропиткой тряпичной бумажной массы раствором хлористого цинка с последующим прессованием. Из нее изготовляют прокладочные и электроизоляционные изделия, чемоданы и т. п. Фибра хорошо впитывает влагу и бензин, что вызывает ее набухание, а при высыхании — коробление.

К слоистым пластмассам относятся также древесные пластики, которые получают из березового шпона (однослойной фанеры), пропитанного смолами. Изделия из древесных пластиков недороги, обладают высокими механическими свойствами и применяются для изготовления вкладышей подшипников, втулок, зубчатых колес и т. п.

Пластмассы на основе синтетических смол. К ним относятся плексиглас (органическое стекло), целлулоид и т. д.

Плексиглас представляет собой продукт полимеризации метилового эфира метакриловой кислоты с небольшими добавками пластификатора. Он выпускается в виде прозрачных листов, из которых штампуют изделия любой формы. Плексиглас хорошо обрабатывается режущим инструментом и применяется в самолетостроении, оптической промышленности, приборо- и судостроении.

Целлулоид представляет собой твердый раствор нитроцеллюлозы в камфоре. Он изготовляется в виде полированных листов путем вальцовки на горячих вальцах пастообразной массы, состоящей из целлюлозы, камфоры, спирта и других компонентов.

При использовании различных красителей можно получать целлулоид любого цвета. Из-за легкой воспламеняемости целлулоид в основном применяют для изготовления счетных линеек, чертежного инструмента и в галантерейном производстве.

За последнее время в промышленности получили большое распространение такие материалы, как полиэтилен, фторопласты и полиамиды.

Полиэтилен имеет высокие химическую стойкость и электроизоляционные свойства. Из него изготовляют изоляцию проводов, кабели и радиоаппаратуру.

Фторопласты по химической стойкости превосходят даже золото и платину. Например, фторопласт-4 не растворяется, не набухает и не окисляется ни в каких растворителях, кислотах и щелочах.

Полиамиды обладают высокой механической прочностью и эластичностью и применяются в виде искусственных волокон.

Абразивные материалы. Абразивы — это твердые кристаллические зернистые или порошкообразные материалы, применяемые для заточки инструмента, шлифования деталей и т. д.

Различают естественные и искусственные абразивные материалы. К естественным относятся алмаз, песчаник, корунд, наж­дак и т. д., а к искусственным — электрокорунд, карборунд, карбид бора и т. д.

Алмаз — самый твердый природный материал. Он применяется в промышленности для правки абразивных кругов.

Песчаник представляет собой зерна кварца, связанные глинисто-известковым материалом. Его твердость составляет около 60% от твердости алмаза. Из него изготовляют точильные круги, бруски, оселки и т. д.

Корунд — это кристаллическая окись алюминия (92%) с примесью окисей кремния и железа. Твердость корунда составляет 90% от твердости алмаза. Из него в основном изготовляют шлифовальные круги.

Наждак содержит только 65% окиси алюминия. Его твердость составляет около 75-80% от твердости алмаза. Из наждака изготовляют круги и бруски для точки инструмента, наждачную бумагу, пасту для притирки деталей и т. д.

Электрокорунд — искусственный корунд, содержащий 97-99% окиси алюминия. Он применяется для точильных работ, внутреннего шлифования очень твердых сталей, калибров и т. п.

Карборунд — это карбид кремния, получаемый в электрических печах спеканием смеси кварцевого песка с углем при температуре 2200°С. Твердость его составляет 95% от твердости алмаза. Карборундовые круги используют для заточки инструмента с пластинками из твердых сплавов.

Карбид бора получается сплавлением борной кислоты и нефтяного кокса в электрических печах. Твердость его составляет 96% от твердости алмаза. Из него изготовляют шлифовальные круги.

Шлифовальные круги могут быть мягкими, средней твердости и твердыми. Мягкие используют для чистовой обработки закаленных сталей и сплавов, твердые — для обдирочных работ. В зависимости от назначения они изготовляются различных форм и размеров.

Для скрепления абразивных зерен в шлифовальных кругах употребляют связку — керамическую, бакелитовую или вулканитовую. Качество связки зависит от твердости шлифовального круга. Под твердостью круга понимают не твердость зерна, а прочность связки, ее способность удерживать шлифующие зерна при эксплуатации.

Шлифовальная шкурка — это бумага или ткань с наклеенными на нее зернами абразивов. Она применяется для зачистки и отделки изделий. Шкурки разделяют по номерам в зависимости от размеров зерна.

Абразивная паста состоит из окиси хрома, стеарина, керосина и других компонентов. Наиболее распространенными аб­разивными пастами являются пасты ГОИ. Существует три вида паст: тонкие (для точных лекальных работ), средние (для получения блестящей поверхности) и грубые (для устранения неровностей после шлифования).

Пасты различаются по величине зерен окиси хрома и по составу.

Огнеупорные материалы (огнеупоры). Они применяются в термических, литейных и кузнечных цехах заводов для футеровки (кладки) нагревательных печей, горнов, вагранок и т. п. Из огнеупорных материалов изготовляют кирпичи различной формы и размеров, порошки, набивную массу и т. д. Кирпичи особой формы, например радиальные кирпичи, идут для кладки сводов печей. Для заполнения швов при кладке печей используют растворы, изготовленные из тех же материалов, что и огнеупорные кирпичи.

Огнеупорные материалы обладают следующими физико-химическими свойствами: термической стойкостью — способностью выдерживать резкие колебания температуры, не растрескиваясь и не разрушаясь; огнеупорностью — способностью выдерживать воздействие высоких температур, а также механической прочностью. Огнеупорные материалы являются плохими проводниками тепла.

В зависимости от химического состава огнеупорные материалы подразделяются на кислые (динас), основные (доломит) и нейтральные (шамот).

Динас — это огнеупорный кирпич, изготовляемый путем обжига сырца из размолотых кварцитов, песчаников и других кварцитовых пород, содержащих около 94-95% окиси кремния. Связкой служит огнеупорная глина. Динас сохраняет температурную стойкость при 1720°С.

Доломит содержит 52-58% окиси кальция; 35-38% окиси магния и примеси окиси алюминия, окиси кремния и др. В качестве связующего материала при изготовлении кирпича применяют каменноугольную смолу. Огнеупорность доломита 1800-1950° С.

Шамот — огнеупорный кирпич, содержащий окись алюминия и окись титана. Шамотные кирпичи получают из смеси, состоящей из молотых старых, бывших в употреблении, кирпичей или предварительно обожженного шамотного порошка и глины. Шамотный кирпич сохраняет температурную стойкость при 1580-1730°С. Шамот — самый дешевый и распространенный огнеупорный материал. Его применяют для кладки нагревательных печей, вагранок и т. п.

Углеродосодержащие огнеупорные материалы (до 90% углерода) находят широкое применение. Из таких огнеупоров изготовляют графитовые тигли, угольные и графитовые электроды для электрических плавильных печей и т. д.

Асбестовые материалы. Группу волокнистых материалов естественного происхождения называют асбестом.

Асбест — это огнестойкий материал. Даже при температуре 1000-1200°С он не горит, а обугливается. Теплопроводность асбеста небольшая. Асбест способен противостоять разрушающему действию кислот и щелочей. Он применяется как теплоизоляционный и электроизоляционный материал.

Для технических целей используют асбестовые волокна, шнуры, бумагу и картон (для фрикционных колец).