Структуры жаростойких и теплоизоляционных покрытий различны. Жаростойкие покрытия должны быть плотными, имеющими хорошую теплопроводность для отвода теплового потока, воздействующего на поверхность покрытия. Окружающая среда не должна проникать внутрь покрытия. Напротив, для получения хороших теплоизоляционных свойств необходимы пористые покрытия, обладающие низкой теплопроводностью. Перед напылением жаростойких и теплоизоляционных покрытий для повышения их качества на основной металл наносят (гальваническим методом или напылением) подслой из материалов, которые обладают хорошей адгезией к основе и коррозионной стойкостью. Жаростойкие и теплоизоляционные характеристики покрытий повышаются при использовании тугоплавких материалов, обладающих химической стабильностью при высокой температуре.
В условиях работы с частыми тепловыми ударами хорошо служат пористые покрытия. При работе в условиях газоабразивного и эрозионного износа более высокую износостойкость имеют плотные покрытия. Теплоизоляционные характеристики повышаются при увеличении толщины покрытия. Однако необходимо учитывать, что увеличение толщины покрытия повышает в нем остаточные напряжения, снижающие прочность сцепления покрытия с основным металлом. Увеличение толщины покрытия повышает склонность отслоения его от основы под действием термических деформаций, которые возникают при нагревании вследствие различного теплового расширения материалов основы и покрытия. На практике покрытия имеют толщину в пределах 0,1- 1 мм.
В качестве материалов жаростойких покрытий используют металлы (вольфрам, молибден), сплавы, (на основе никеля и кобальта), тугоплавкие эмали, оксидные материалы (оксид алюминия, диоксид циркония). В качестве материала подслоя, улучшающего сцепление покрытия с основой, используют порошковые смеси Ni - Al и Ni - Cr, наносимые толщиной 0,05- 0,1 мм.
Типичными материалами, широко используемыми для напыления теплоизоляционных покрытий, являются керамика и керметы.. В качестве теплоизоляционных материалов применяют оксид алюминия (А12О3), диоксид циркония (ZrO2) и др. Керметы -это металлокерамические смеси или комбинации металлов с керамикой. Их свойства – промежуточные между свойствами металлов и керамики. Большая часть композитных материалов, используемых в различных конструкциях в атомной, нефтяной и аэрокосмической промышленности, относится к керметам. Некоторые керметы, например, А1-А12О3 (САП), V - A 1- A12O3 (твэл пластинчатого типа), В 4С – нержавеющая сталь (стержни управления) и др., находят применение в реакторостроении. По сравнению с керамикой керметы обладают большой прочностью и пластичностью, имеют более высокую сопротивляемость механическим и тепловым ударам.
Покрытия еще не нашли должного применения для защиты деталей энергооборудования из-за необходимости обеспечения длительных рабочих ресурсов, сложности текущего контроля и ремонта деталей с покрытиями. В перспективе применение надежных защитных покрытий может обеспечить использование экономичных низколегированных сталей.
Диффузионное хромирование применяется для увеличения эрозионной стойкости деталей топливной аппаратуры, например, форсунок. Эрозионная стойкость аустенитных хромоникелевых сталей после хромирования возрастает в 20-25 раз. Хромирование применяется для защиты труб пароперегревателей, а силицирование для защиты подвесок труб, выполненных из хромоникелевых сплавов. Силицированные стали устойчивы в контакте с золой, содержащей оксид ванадия. Для защиты огневых стенок и подвесок парогенераторов до температуры 700°С перспективны боратные покрытия системы Na2B4O7 - ZnO - SiO2.
Для защиты деталей камер сгорания, сопловых аппаратов и лопаток газотурбинных двигателей широко используются жаростойкие покрытия из алюминия, хрома, никеля, кобальта.
МАТЕРИАЛЫДЛЯ КРИОГЕННОЙ ТЕХНИКИ
Криогенная техника используется в ядерной и тепловой энергетике, металлургии, ракетно-космической технике, химической промышленности, приборостроении и т.д. Криогенная техника по функциональному назначению связана с получением сжиженных газов (кислорода, азота, водорода, гелия и др.), их транспортированием, хранением в сжиженном состоянии и использованием в качестве рабочих тел. Температурные области применения конструкционных материалов в криогенной технике связаны с температурой кипения сжиженных газов при нормальном давлении, табл. 7.
Понижение температуры эксплуатации материалов сопровождается увеличением статической и циклической прочности, снижением пластичности и вязкости, повышением склонности к хрупкому разрушению. Чем больше температурный запас вязкости, тем меньше опасность хрупкого разрушения материала, выше его эксплуатационная надежность.
К сталям и сплавам, работающим при низких температурах, предъявляются следующие основные требования:
· высокая прочность при температуре 20°С, которая определяет надежность и металлоемкость конструкций, а также расход хладоагента, требуемого для их захолаживания;
· технологичность при металлургическом и машиностроительном переделе;
· интервал рабочих температур должен находится выше порога хладноломкости материала.
При решении вопроса о пригодности материала в криогенной технике по механическим свойствам определяют на гладких образцах пределы прочности и текучести, относительное удлинение и сужение, а на образцах с концентратором напряжений в виде надреза или трещины ударную вязкость, порог хладноломкости, критерии раскрытия и распространения трещины.
Основными материалами криогенной техники являются стали и сплавы на основе алюминия, меди и титана. Наибольшее распространение нашли аустенитные стали типа 18-10 (08Х18Н9Т, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10, 08Х18НЮТ, ОЗХ18Н 12Х18Н9). Криогенные температуры повышают прочностные и снижают пластические свойства сталей. Стабильность аустенитной груктуры обеспечивают повышением никеля и других аустенитообразующих элементов (N, In) свыше 15%.Сталь 12Х18Н9 используется для изготовления упругочувствительных элементов (пружин, мембран, сильфонов), работающих при криогенных температурах, Сталь хорошо сваривается, шлифуется и полируется.
Стали 0ЗХ18Н11, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т применяются для многих изделий, работающих при:температуре от 800 до - 269°. Стали хорошо обрабатываются горячим и холодным деформированием, сваркой. Сталь 07Х21Н5АГ7 применяется в изделиях, работающих при температуре от 400 до - 253°С. Типичные изделия: подвески в кислородных установках, крепеж, тонкостенные конструкции, изготовляемые горячей и холодной деформацией. В структуре нельзя допускать образования карбидов хрома, приводящих к охрупчиванию. Для устранения карбидов применяют закалку с 1000-1050°С в воду.
Сплав 36НХ (36% Ni; 0,4- 0,6% Сг; остальное - железо) относится к типу инварных, т.е. имеет мало изменяющийся и низкий температурный коэффициент линейного расширения. Он применяется для изготовления бес компенсаторных криотрубопроводов. Применение инвара ограничивается недостаточной коррозионной стойкостью и высокой стоимостью.
Алюминий и его сплавы составляют около 30% общего объема используемого металла в конструкциях криогенной техники. Алюминий не имеет порога хладноломкости (охрупчивания), сохраняет высокую пластичность с понижением температуры, имеет хорошую коррозионную стойкость на воздухе и в окислительных средах, а также высокую тепло- и электропроводность. В криогенной технике наибольшее распространение получили деформируемые сплавы алюминия систем Al - Mg (АМг5, Амг6) и Al - Cu (Д16).
Сплав АМг5 имеет достаточно высокие механические свойства при низких температурах, табл.8. Сплав АМг5 применяют для нагруженных деталей: обечаек, днищ, фланцев, трубных решеток и других изделий, работающих при температурах -253 – +150°С.
Сплав Д16 имеет высокую прочность и пониженную коррозионную стойкость. В криогенной технике сплав Д16 применяют для нагруженных несвариваемых деталей (фланцев, крепежа и др.), работающих при температурах в интервале от - 253 до + 230°С. В криогенной технике применяют также литейные несвариваемые алюминиевые сплавы – силумины, легированные 6-13% Si (A 1), работающие при температурах в интервале от - 253 до + 230°С.
Медь и ее сплавы были одними из первых материалов криогенной техники. Медь имеет высокую пластичность и вязкость до температур, близких к абсолютному нулю (-273°С). В области криогенных температур медь не проявляет признаков хрупкого разрушения. Чистая медь имеет высокую теплопроводность и коррозионную стойкость в атмосферных условиях и во многих агрессивных средах. Из технической меди Ml, M 2, МЗ изготовляют обечайки и днища трубчатых теплообменников, работающих при температурах до -250°С. Листовую медь используют для внутренних емкостей и экранов сосудов Дыоара для транспортировки и хранения сжиженных газов. Техническая медь применяется в отожженном состоянии (температура отжига 500-700°С) и имеет высокие механические свойства при низких температурах.
Латунь (Л63) применяется в криогенной технике при температурах –253 – +250°С для изготовления обечаек, днищ, фланцев. Отжиг латуни при температуре 270-285°С снимает внутренние напряжения. Механические свойства у отожженной латуни выше, чем у технической меди. Бронза БрАЖМц 10-3-1,5 применяется для шестерен, втулок, арматуры, работающих при температурах –196 – +150°С в условиях статических и циклических нагрузок, когда требуется малый коэффициент трения.
Титан и его сплавы для криогенной техники являются сравнительно новыми материалами, но их применение с каждым годом расширяется. Они обладают достаточно высокой прочностью при 20°С (на уровне аустенитных других сталей), имеют удовлетворительную пластичность и ударную вязкость при криогенных температурах. Низкая плотность (4,5 г/см- 3) обеспечивает титановым сплавам удельную прочность более высокую, чем удельная прочность многих сталей и алюминиевых сплавов. Высокая удельная прочность сплавов особенно необходима для создания транспортных средств и летательных аппаратов.
Технический титан (ВТ 1-0) применяют для изготовления обечаек, фланцев и др., работающих под давлением в интервале температур –269 – +250°С. Титан обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосфере и окислительных средах. Для снятия напряжений применяют отжиг (520-540°С) с нагревом в вакууме или в защитных инертных газах. Титан хорошо сваривается, а также паяется с присадкой серебра. Сплав ВТ5-1 применяется для сварных изделий, работающих под давлением при температурах –253 – +500°С. Сплав 0Т4-1 используют для деталей, работающих при температурах -196 – +350°С. Трубы и листы отжигаются при темпера туре 740-760°С с целью снятия наклепа и внутренних напряжений Сплав хорошо сваривается различными способами сварки.
КАВИТАЦИОННО-СТОЙКИЕ МАТЕРИАЛЫ
В движущемся потоке жидкости при уменьшении давления ниже упругости насыщенных паров возникает нарушение сплошности, образуются полости, каверны, пузыри. При движении они сокращаются и исчезают – захопываются. При смыкании полостей материал, контактирующий с жидкостью, испытывает гидродинамические удары, вызывающие разрушение и эрозию. При этом давление в полости достигает 120-250 МПа, а температура повышается до 230 – 720°С. Выбор характеристик кавитационно-стойких материалов определяется особенностями их работы в условиях кавитации. Кавитационное разрушение может сопровождаться и абразивным изнашиванием частицами абразива, содержащегося в жидкости, а также электрохимической коррозией. Кавитация вызывает пластическую деформацию поверхностных слоев, приводящую к упрочнению и повышению твердости. Энергия деформации расходуется на разрушение; большая ее часть превращается в тепло, идет на накопление дефектов, а другая часть расходуется на фазовые превращения в сплаве.
Кавитационно-эрозионное разрушение зависит и от структурного состояния сплава. Так, аустенитные стали сопротивляются коррозионному разрушению лучше, чем стали ферритного класса. Кавитационная стойкость понижается с уменьшением размеров зерен. Легирование сталей по вышает их коррозионную стойкость. С этой целью ферритные стали легируют молибденом и хромом. Аустенитные стали имеют повышенную стойкость при легировании марганцем и никелем.
Под влиянием кавитационной деформации аустенит превращается в мартенсит, твердость которого выше, чем твердость мартенсита, образующегося в результате закалки. Поэтому аустенитные стали, имеющие мартенситное превращение, хорошо сопротивляются кавитационному разрушению. Практически используются два способа получения мартенситной структуры с высокой кавитационной стойкостью:
1) применение сталей, легированных хромом и марганцем, образующих нестабильные твердые растворы, способные упрочняться при деформировании во время эксплуатации вследствие образования мартенсита;
2) образование безуглеродистого мартенсита с последующим его старением, приводящим к упрочнению.
К сплавам первой группы относится аустенитная сталь З0Х10Г10. После закалки от 1100°С и ковки структура стали становится полностью аустенитной. Под действием кавитации происходит интенсивная деформация и превращение аустенита в мартенсит с достижением высокой степени упрочнения. В гидротурбостроении сталь З0Х10Г10 обладает наилучшей стойкостью против кавитационного разрушения.
К сплавам второй группы относятся стали с низким содержанием углерода (0,03-0,05 %) и высоким содержанием никеля, что позволяет получать безуглеродистый мартенсит. Такие легирующие элементы, как А1 и Ti в сочетании с никелем, могут давать упрочняющие интерметаллиды типа Ni 3 Ti, Ni 3 Al и Ni 3 (Ti, Al). Состав и свойства сталей, используемых в гидротурбостроении, приведены в табл.9.
Разработан новый класс сталей, названных трипсталями, т.е. сталями, в которых превращение инициируется деформацией (Transformation Induced Plasticity). Высокая прочность и пластичность, а также кавитационная стойкость этих сталей достигаются подбором определенного состава и режима термической обработки. Трипстали могут иметь два состава: 0,3% С, 9% Сг, 8% Ni, 4% Mo, 2% Mn, 2% Si или 0,25% С, 25% Ni, 4% Mo, 1,5% Mn. Трипстали являются очень надежными конструкционными материалами.
Чугуны по кавитационной стойкости значительно уступают сталям. В первую очередь кавитационному разрушению подвержены графитовые включения. С целью увеличения прочности основы чугуна его легируют никелем и молибденом. Легированный серый чугун (1% Ni и 0,28% Мо) имеет в два раза большую кавитационную стойкость, чем нелегированный.
Нередко в условиях кавитационного воздействия работает бронзовая запорно-регулирующая арматура. Бронзы имеют мягкую, пластичную a -фазу и твердую, хрупкую b -фазу. Кавитационное разрушение начинается на границах фаз и распространяется в сторону мягкой a -фазы. С увеличением количества (b -фазы и более равномерным ее распределением кавитационная стойкость бронзы возрастает. Наиболее высокой кавитационной стойкостью обладает бронза БрАМц9-2 в b -фазном состоянии. Легирование кремнием, бериллием, марганцем повышает кавитационную стойкость бронз.
В настоящее время в качестве кавитационно-стойких получают распространение титановые сплавы. Наиболее высокой стабильностью обладают сплавы на основе b -фазы (до 70%) с мелкодисперсными выделениями a -фазы (потеря массы около 60 мг за 45 ч испытания). Высокопрочными являются закаливаемые a + b -сплавы типа ВТ6, ВТ14, ВТ22 и др.
По способности гасить колебания стали 1X13 и 2X13 занимают первое место среди сталей, применяемых в паротурбостроении для лопаток. Это качество особенно важно для длинных лопаток последних ступеней. Однако эти стали имеют низкое сопротивление эрозионному разрушению. Причиной эрозии лопаток последних ступеней части низкого давления турбин являются удары капель воды, образующихся в процессе частичной конденсации пара и увлекаемых его потоком. Эрозионному разрушению подвержены входные кромки лопаток. В результате входная кромка утончается и по мере износа кромки зона поражения передвигается в тело лопатки.
Используют различные способы защиты поражаемых эрозией поверхностей лопаток: припайку защитных твердосплавных пластин, наплавку твердых сплавов, химико-термическую обработку (азотирование до HV 800-850). В практике турбостроения применяют защиту входных кромок лопаток последних ступеней напайкой тонких стеллитовых пластин, которые, принимая на себя удары капель воды, предохраняют кромку лопатки от разрушения. Пластины изготовляют методом точного литья, обычно из стеллита ВЗК - углеродо содержащего сплава на основе кобальта (60-65%) и хрома (25-28%).Пайку выполняют серебряным припоем ПСр-45. Более надежной защитой является наплавка входных кромок стеллитом, применяемая для лопаток последних ступеней мощных турбин.
ПОЛИМЕРНЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
В качестве конструкционного материала полимеры используют как в чистом виде (без наполнителей), так и виде матриц полимерных композиционных материалов - пластмасс.
Пластмассы сравнительно новый вид материалов, нашедший широкое применение в технике и быту. Они вошли в технический обиход сначала как заменители традиционных материалов: металлов, бетона, керамики, стекла, дерева, а затем нашли и самостоятельное применение. Изделия из пластмасс легче, чем из других материалов. Они требуют меньшего ухода при эксплуатации, имеют хороший внешний вид. Их обработка, отделка менее трудо- и энергоемки. Пластмассы - хорошие тепло-, гидро- и электроизоляторы, имеют высокую химическую стойкость. Однако, где требуется сочетание стойкости в условиях высоких термических и механических нагрузкок, применение пластмасс менее эффективно, чем металлов. Полимеры уступают металлам по электро- и магнитопроводимости. Для эффективной эксплуатации изделий из пластмасс требуется, чтобы они работали при строго определенных температурах, силовых и временных характеристиках нагрузок. В машиностроении и приборостроении пластмассы широко используются как конструкционные материалы для деталей машин и приборов, а также как тепло-, гидро- и электроизоляционные материалы.
Оптимальный выбор пластмасс для конструкций требует знания их свойств при обработке (технологические свойства) и эксплуатации (эксплуатационные свойства).
Состав пластмасс: пластмассы состоят из основ – полимеров (связующих) и различных добавок (наполнителей, пластификаторов, отвердителей, красителей, стабилизаторов и смазывающих веществ).
Связующие (полимеры) - основа пластмасс, которая определяет их свойства. Связующими являются природные или синтетические полимеры – соединения с высокой относительной молекулярной массой (10 3-10 6), молекулы которых образованы одинаковыми, многократно повторяющимися группами атомов – звеньями. Каждое звено является измененной молекулой исходного низкомолекулярного вещества – мономера. Звенья образуются и последовательно соединяются друг с другом в процессе получения полимеров, формируя длинные линейные цепи молекулы. В названии полимера корень слова указывает на исходное вещество (полиэтилен, полистирол и др.) или характерную группу атомов (полиамид и др.). Если в макромолекулы объединены разные звенья, то полимер называется сополимером. Сополимеризация в полимерах аналогична легированию в металлических сплавах и изменяет свойства материала.
В зависимости от вида связей между молекулами полимеры подразделяют на термопластичные и термореактивные.
Термопластичными называются полимеры, которые могут много раз размягчаться при нагревах и твердеть при охлаждениях без существенного изменения свойств. Между молекулами этих полимеров действуют слабые силы Ван-дер-Ваальса (силы притяжения) и нет химических связей.
Термореактивными называют полимеры, у которых при нагреве между линейными молекулами появляются химические связи, в результате чего полимер превращается в жесткое неплавящееся и нерастворимое вещество. Соединение линейных молекул химическими связями называют отверждением. До отверждения термореактивный полимер при нагреве размягчается как термопластичный. После отверждения он остается жестким за счет прочной химической связи между молекулами.
Получение полимеров основано на реакциях полимеризации, поликонденсации и обменного взаимодействия полимеров с другими веществами. Синтетические полимеры получают из каменного угля, нефти и природного газа.
К важнейшим термопластичным полимерам относятся полиэтилен, полиамиды, фторопласты, полистирол, поливинилхлорид и органическое стекло. Они обладают большим электросопротивлением, малым водопоглощением и высокой химической стойкостью, однако имеют низкую теплостойкость, незначительную твердость, легко разбухают и растворяются в органических растворителях.
К термореактивным полимерам относятся карбамидные, фенолформальдегидные и эпоксидные полимеры. Они отличаются от термопластичных полимеров большой прочностью, теплостойкостью и твердостью.
Наполнители – вещества, вводимые в пластмассы в количестве 40-70% (по массе) для повышения их прочности, теплостойкости, ударной вязкости, снижения стоимости и изменения технологических свойств. Наполнители могут быть: порошкообразными (кварцевая мука, тальк, сажа, слюда, графит), волокнистыми (асбест, хлопчатобумажные, стеклянные и древесные волокна) и слоистыми (бумага, хлопчатобумажная ткань, стеклоткань, древесный шпон).
Стабилизаторы – различные органические вещества, которые вводят в пластмассы в количестве нескольких процентов для сохранения структуры молекул и стабилизации свойств, повышения долговечности пластмасс. Под действием окружающей среды (воздуха, света и теплоты) пластмассы стареют, становятся менее эластичными и более хрупкими. Старение представляет собой необратимое изменение свойств пластмассы. Изменения исходной структуры молекул составляют сущность старения пластмасс. Добавки стабилизаторов замедляют старение.
Пластификаторы добавляют в количестве 10-20% для уменьшения хрупкости и улучшения деформируемости пластмасс. Пластификаторами являются вещества, которые уменьшают межмолекулярное взаимодействие и хорошо совмещаются с полимерами. Пластификаторами являются дибутилфтолат, камфора, олеиновая кислота.
Отвердители вводят в количестве нескольких процентов в термореактивные пластмассы для отверждения путем соединения полимерных молекул химическими связями. В результате образуется пространственная молекулярная сетка, а молекулы отвердителя встраиваются в эту сетку. В качестве отвердителей используют серу (в каучуках), органические перекиси и другие соединения.
Красители придают пластмассам определенный цвет. Используются стойкие пигменты: органические (нигрозин, хризоидин) и минеральные (охра, сурик, мумия, умбра).
Смазывающие вещества (стеорин, олеиновая кислота, соли жирных кислот) вводят в пластмассы для предупреждения прилипания изделий к стенкам формы в процессе формования.
Основой классификации пластмасс служит химический состав полимера. В зависимости от полимера пластмассы разделяют на фенолформальдегидные, эпоксидные, полиамидные, полиуретановые, стирольные и др.
Применение пластмасс в качестве конструкционых материалов экономически целесообразно. По сравнению с металлами переработка пластмасс менее трудоемка, количество технологических операций в несколько раз меньше.
Пластмассы имеют высокий коэффициент использования материала (КИМ) - 85-95%. Изделия из пластмасс не нуждаются в отделке поверхности, мерах защиты от коррозии, что удешевляет их эксплуатацию.
Пластмассы обладают ценными физико-механическими свойствами. Плотность пластмасс зависит от пористости и количества введенного наполнителя и составляет у пористых пластмасс 20-50 кг/м 3, у плотных - 1800-2200 кг/м 3.
Прочность пластмасс изменяется в. широких пределах. Предел прочности при сжатии стекловолокнистых пластмасс 400 МПа, при растяжении 450 МПа и при изгибе 700 МПа, что немногим меньше предела прочности стали марки Ст5 сп. Под нагрузкой термопласты ведут себя как вязкоупругие вещества, а их деформация является суммой трех составляющих: упругой деформации, высокоэластичной деформации и деформации вязкого течения. Соотношения между составляющими деформации непостоянны и зависят как от структуры полимера, так и от условий деформирования.
Термореактивные пластмассы прочнее термопластов, более жестки, и их свойства меньше зависят от температуры. Различие связей между молекулами сказывается на виде диаграмм растяжения, рис. 39. Сетчатая структура не дает развиваться высокоэластичной деформации, и реактопласты разрываются с незначительной остаточной деформацией, рис. 39 б.
Термопласты разрываются с остаточной деформацией порядка десятков и сотен процентов, рис. 39 а. Эта деформация называется вынужденной высокоэластичной; она возникает в результате вытягивания скрученных молекул под действием нагрузки. При растяжении материал начинает течь, в образце появляется шейка. Пластическое течение образца на участке mn (рис.39 а) представляет собой постепенное развитие шейки по всему образцу. После разрыва образца вынужденная высокоэластичная деформация не исчезает, так как растянутые молекулы не могут скручиваться обратно и сохраняют полученную вытяжку. Пластическое течение кристаллических полимеров сопровождается рекристаллизацией, т.е. заменой исходной кристаллической структуры на новую, в которой кристаллы имеют другую форму и преимущественно одинаковую ориентацию, а кристаллическая решетка не меняется. Новые кристаллы закрепляют полученную высокоэластичную деформацию, поэтому полученная вытяжка сохраняется после снятия нагрузки.
Механические свойства термопластов имеют следующие особенности:
· малая жесткость. Все полимеры и пластмассы имеют низкие модули упругости, которые в 10 –10 3 раз меньше, чем у металлов. Жесткость реактопластов больше жесткости термопластов;
· зависимость свойств от температуры. При нагреве уменьшается прочность материала, пластмассы становятся более вязкими и склонными ползучести. Полиэтилен, поливинилхлорид при нагреве теряют прочность так сильно, что их нельзя использовать как конструкционные материалы уже при температурах выше 50°С. При охлаждении ниже -25°С прочность пластмасс растет, но одновременно увеличиваются хрупкость и чувствительность к надрезам;
· зависимость от длительности нагружения. При длительном действии нагрузки уменьшается прочность пластмасс и появляется ползучесть. С ростом напряжений и температуры ползучесть увеличивается. Из-за ползучести приходится ограничивать допускаемые напряжения, чтобы сохранить размеры изделий не изменными;
· зависимость от скорости деформирования. При увеличении скорости деформирования повышается жесткость пластмасс, так как не успевает развиваться высокоэластичная составляющая деформации, и возрастает склонность к хрупкому разрушению;
· зависимость свойств от структуры. Пластмассы с ориентированной молекулярной структурой анизотропны. Прочность максимальна вдоль ориентированных вытянутых молекул, а в поперечном направлении - уменьшена. Слоистые пластики имеют максимальную прочность вдоль листов наполнителя, они сравнительно легко раскалываются и расслаиваются параллельно листам наполнителя;
· хорошее сопротивление усталости. При переменных нагрузках пластмассы имеют высокую долговечность и большую демпфирующую способность, которая выше, чем у многих сталей и сплавов. Пластмассы с большим механическим гистерезисом используются в качестве звуко- и вибропоглощающих материалов.
Ниже изложены механические свойства термореактивных пластмасс. Все термореактивные полимеры после отверждения имеют низкую ударную вязкость и поэтому изготовляются с наполнителями. Преимуществом наполненных термореактивных пластмасс является большая стабильность механических свойств и относительно малая зависимость от температуры, скорости деформирования и длительности действия нагрузки. Они более надежны, чем термопласты. При испытаниях на растяжение они разрушаются без пластического течения и образования шейки, рис. 39, б. Верхняя граница рабочих температур реактопластов определяется термической устойчивостью полимера или наполнителя. Важными показателями термореактивных пластмасс являются удельная жесткость и удельная прочность. Эти показатели реактопластов со стеклянным волокном или тканями превосходят показатели многих сталей, сплавов титана и алюминия. Порошковые реактопласты имеют пониженную ударную вязкость. Наибольшую прочность имеет капрон (сухой).
К важнейшим термопластичным полимерам относятся полиэтилен, полиамиды, фторопласты, полистирол, поливинилхлорид и органическое стекло. Свойства некоторых термопластов приведены в табл. 10.
Полиэтилен получают путем полимеризации этилена, выделенного из газовых смесей при переработке нефтепродуктов или природного газа. Полиэтилен высокого давления и низкой плотности (ПНП) получают при давлении 150 МПа и температуре 250°С, а низкого давления и высо кой плотности (ПВП) - при давлении 4 МПа и температуре 150°С. ПВП отличается от ПНП большими плотностью, твердостью и теплостойкостью.Предельная температура использования полиэтилена не выше 80°С. Из полиэтилена изготовляют трубы и соединительные части для них. Пленки из полиэтилена применяют для гидроизоляции.