книги / Сопротивление материалов деформированию и разрушению. Ч. 1

Рис. 2.62. Зависимость механических свойств органического стекла от температуры:

в — неориентированного, 6 ~ ориентированного (подвергнутого вытяжке в пластичном со­ стоянии в разных направлениях)

пентона изготавливают трубы, клапаны, детали насосов, емкости, пленки для упаков­ ки ит, п.; полиформальдегид используют для изготовления шестерен, подшипников, клапанов и т. п. Механические свойства термопластов существенно зависят от тем­ пературы. В качестве примера на рис. 2.62 показаны температурные зависимости ме­ ханических свойств (предела прочности сгв, прочности при изгибе < в и, относитель­

ного удлинения Ô, ударной вязкости аии модуля упругости Е) органического стек­ ла (СОЛ) [68].

Качественно такие зависимости наблюдаются и для других термопластов. Ха­ рактерным признаком начала разрушения полимеров, как и некоторых других мате­ риалов, например, керамики, является образование на поверхности и внутри мате­ риала мелких трещин, образующих полости с полным внутренним отражением, так называемых трещин «серебра». Эти трещины снижают прозрачность и прочность по­ лимеров, в частности органического стекла.

На образование трещин серебра влияют напряжения, температура, скорость V деформирования, окружающая среда и ориентации молекул полимеров.Подробно

механизм возникновения трещин серебра рассмотрен в монографии [102].

В последнее время ведутся интенсивные работы по разработке термостойких пластиков с системой сопряженных связен. Такие полимеры имеют высокую тепло­ стойкость до 773 К, устойчивость к радиации и т. п.

2.4.3. Реактопласты. Реактопласты, как правило, являются композиционными материалами, состоящими из связующего и наполнителя. В качестве связующих веществ в термореактивных пластмассах применяют термореактивные смолы (поли­ меры), в которые вводят пластификаторы, отвердители, ускорители или замедли­ тели, растворители и т. -п. Основными требованиями к связующим веществам явля­ ются высокая клеящая способность (адгезия), температурная стабильность, соответ­ ствие термических коэффициентов расширения термическим коэффициентам иапол-

. нителя, химическая стойкость и т. п. Термореактивные смолы имеют более высокие рабочие температуры, чем термопласты. Допустимые рабочие температуры некото­ рых термореактивных смол приведены в табл. 2.60 [68].

В качестве наполнителей используют органические (древесная мука, целлюлоза и т. п.) и минеральные (молотый кварц, тальк, цемент, слюдяная мука, графит и т. п.) порошки; волокна, в том числе в виде очесов хлопка (волокниты), волокнисто-

го асбеста (асбоволокниты), стекловолокон (стекловолокниты); слоистые мате­ риалы в виде различных сортов бумаги (гетииакс), хлопчатобумажных тканей (тек­ столит), древесного шпона (древеснослоистые пластины), асбестовой (асботекетолит) и, стеклянных тканей (стеклотекстолит) и т. п.

В большинстве случаев такие материалы анизотропны, для них упругие посто­ янные и характеристики прочности и деформативиости зависят от ориентации струк-

Т а б л и ц а 2.60. Допустимые рабочие температуры термореактивных пластмасс

П р и м е ч а н и е . Перед косой приведена температура при длительной эксплуатации, пос­ ле косой —при кратковременной.

туры материала по отношению к направлению действующей силы. Некоторые дан­ ные по этому вопросу приведены в главе 1.

Из реактопластов изготавливают самые разнообразные изделия. Так, из мате­ риалов с порошковыми наполнителями изготавливают инструментальную оснастку, вытяжные и формовочные штампы, корпуса приборов и т. п.; из волокнитов — руко­ ятки, стоики, фланцы, шкивы, маховики и т. л.; из стекловолокнитов — кузова ав­ томобилей, лодки, корпуса приборов и т. п.; текстолит применяют для зубчатых ко­ лес, подшипников и т. п.

Физико-механические свойства некоторых типов реактопластов даны в табл. 2.61 [69] и 2.62 [52].

На рис. 2.63 показано изменение механических свойств текстолита в зависимос­ ти от температуры. В табл. 2.63 приведены механические свойства наиболее распро­ страненных стеклотекстолитов [88].

2.5.Композиционные материалы

Впоследние годы в технической литературе часто используют тер­

мин «композиционные материалы», или «композиты», т. е. материалы, состоящие из двух и более разнородных материалов и обладающие свойствами, которых не име­ ли исходные материалы. Считается, что композит является сочетанием, по крайней мере, двух различных химических веществ, в которых можно установить отчетливые границы, отделяющие исходные материалы. Материалы, отвечающие приведенному определению, давно известны и широко используются в технике. Примером ес­ тественных композиционных материалов является древесина, н прежде всего бам­ бук, который состоит из ориентированных непрерывных волокон с высоким модулем упругости, распределенных в менее прочной матрице с более низким модулем упру­ гости, композиционным материалом являются кости животных и т. п. Типичные ком­ позиционные материалы — это рассмотренные выше пластические массы — стекловолокниты, асбоволокниты, гетинакс, текстолит и т. п. К композиционным мате­ риалам можно отнести керметы и другие материалы, изготавливаемые методами

Рис. 2.63. Зависимость механических свойств текстолита от температуры

з табл. 2.65 [148]. В скобках в этой таблице указаны другие значения соответствую­ щих характеристик по литературным данным.

Значительное отличие характеристик прочности волокон для одних и тех же материалов объясняется существенной зависимостью этих характеристик от техиологнн изготовления волокон и нх размеров.

Т а б л и ц а 2.64. Типичные составы композитов

В соответствии с другим литературным источником [59], типичные свойства арми­ рующих волокон приведены в табл. 2.66. Данные, приведенные в табл. 2.65 и 2.66, показывают, что прочность ряда волокон весьма велика и рамного превышает проч­ ность традиционных сплавов, используемых в технике. Реализация такой прочности, пли даже ее часта, в технических сплавах существенно расширяет возможности кон-

Т а б л и ц а 2.65. Свойства потенциально высокопрочных волокон

При использовании зависимости (2.4) следует учитывать, что не все короткие во­ локна имеют одинаковую прочность. В связи с этим прочность пучка волокна должна