Основные типы и свойства пластмасс, применяемых в конструкции автомобиля

В автомобильной промышленности применяют главным образом фторопласт-4.

Фторопласт-4 (ГОСТ 10007-80) получают полимеризацией тетрафторэтилена. По своей химической стойкости он превосходит все известные пластмассы и металлы. Его диэлектрические и механические свойства при температурах до 200 ◦С не изменяется в течении многих недель.

В автомобилях фенопласт-4 используют как антифрикционный материал с высокими теплофизическими свойствами. В таблице 2 приведен коэффициент трения фенопласта-4 по тали, в зависимости от нагрузки.

Таблица 2.

Нагрузка, МПа	0,1	0,3	1,0	2,0
Коэффициент трения	0,4	0,1	0,06	0,05

 

Применение этого фторопласта в конструкции автомобиля ограничено отсутствием метода переработки. обеспечивающего крупносерийное и массовое производство, высокой стоимостью и дефицитностью материала.

 

Полиамиды

Полиамиды (ПА) представляют собой высокомолекулярные полимеры, содержащие в основном цепи макромолекулы амидную группу.

Удачное сочетание высокой механической прочности и малой плотности с хорошими антифрикционными и диэлектрическими свойствами, а также химической стойкостью делают полиамиды одними из важнейших конструкционных материалов.

Полиамиды можно перерабатывать литьем под давлением, экструзией, центробежным литьем и заливкой.

Для изготовления автомобильных деталей применяют следующие ПА и их стеклонаполненные модификации: ПА-610, ПА-12, ПА-6, ПА-66, стеклонаполненные – ПА-610С, ПА-6-210АС, 66ДС.

ПА-610 представляет собой продукт поликонденсации соли СГ. По назначениям показателя текучести расплава и модуля упругости он превосходит практически все термопласты.

Из ПА-610, литьем под давлением, изготавливают вкладыши и втулки опорных тяг рулевой трапеции, ручки фиксаторов шарнира, вкладыши и рычаги управления коробкой передач, фильтр топливного насоса и др.

ПА-12 – продукт гидролитической полимеризации ɷ-додекалактама в присутствии кислых катализаторов. Этот материал имеет небольшую плотность, отличается незначительным водопоглащением. Свойства и размеры изделий из этого полиамида отличаются стабильностью.

В автомобильной промышленности из ПА-12 изготавливают детали: скобы, хомуты трубок, трубки, языки замков дверей и т.п.

Стеклонаполненные ПА, содержащие 20-30% стекловолокна, выпускаются по ГОСТ 17648-83 следующих марок: ПА-610ДС, ПА-6-210-АС, ПА-66ДС и ПА-6-211ДС.

Механическая прочность и теплостойкость этих ПА увеличивается в 2-3 раза. Также возрастают сопротивления ползучести, усталостная прочность и износостойкость.

Стеклонаполненные ПА применяют в автомобильной промышленности для изготовления деталей с жесткими размерными допусками, работающих в интервале температур от -60 до 150 ◦С, а также деталей несущих нагрузки. Такими деталями являются: ограничители хода шестерни, рычаги включения привода, шестерни, корпуса предохранителей, крыши картера сцепления, различные втулки и пр.

 

Полиформальдегиды (полиацетали)

Полиформальдегиды (ПФ) – это продукты полимеризации формальдегида и триоксана с диоксоланом. По показателям долговременной прочности при растяжении и изгибе и по усталостной прочности эти материалы превосходят большую часть других термопластов, включая полиамиды и поликарбонаты. Теплостойкость при изгибе при высоких нагрузках у образцов из полиформальдегидов выше, чем у других термопластов, включая ПА-610. Антифрикционные марки ПФ имеют коэффициент трения 0,15-0,20.

При нормальных и пониженных температурах они устойчивы ко всем без исключения органическим растворителям, слабым кислотам и основаниям. К недостаткам этих материалов следует отнести невысокую стойкость к воздействию УФ-лучей и светостойкость.

В автомобилях применяются полиформальдегиды марок ПФ-Л-1, ПФ-Л-2, ПФ-Л-3. Из них изготавливают корпуса жиклера омывателя, поводок пружины замка капота, кольца распорные, втулки, кулачки и т.д.

 

Поликарбонаты

Поликарбонаты (ПК) представляют собой термопластичные полимеры, получаемые поликонденсацией эфиров или хлорангидрида угольной кислоты с диоксисоединениями.

ПК обладают высокой механической прочностью и ударной вязкостью, незначительным водопоглащением, стойкостью к атмосферным воздействиям, стабильностью свойств и размеров изделий в широком интервале температур. ПК имеют хорошими теплофизическими свойствами, допускающие работу в интервале температур от -100 до 135 ◦С.

Одним из больших достоинств поликарбоната является то, что из него можно получать оптически прозрачные стекла с высоким светопропусканием. Высокая атмосферостойкость и ударная прочность позволяют применять ПК для бамперов автомобилей.

Для деталей автомобильной промышленности применяют ПК-2, ПК-3, ПК-4 и дифлоны, окрашенные в массе. Из поликарбоната изготавливают рассеиватели и светофильтры для осветительной аппаратуры.

В таблице 3 приведены числовые значения свойств поликарбоната.

Таблица 3.

Плотность, кг/м		1200
Прочность, МПа:	При растяжении	650-670
	При изгибе	950
Удельная ударная вязкость, кДж/м, не менее	С надрезом	60
	Без надреза	Не разрушается
Модуль упругости при растяжении и изгибе, МПа		2400
Морозостойкость, ◦С		-90
Теплостойкость по Вика, ◦С		160-170

 

 

Фенопласты

Фенопласты – пластмассы на основе фенолоформальдегидных смол – наиболее давно известны и широко распространенный вид пластиков. Смолу получают путем реакции поликонденсации между фенолом и формальдегидом в присутствии щелочных или кислых катализаторов.

Фенопласты подразделяются на порошкообразные, волокнистые, слоистые материалы.

Отличительной особенностью у фенопластов является: хорошие диэлектрические показатели, высокие механические свойства, низкое водопоглащение, хорошие химические свойства. К недостаткам фенопластов следует относить высокое давление переработки и возможность их окраски только в темные тона.

Основным методом переработки фенопластов, является прессование.

Пресс-порошки типа О – общего назначения (ОЗ-010-02, О28-210-02 и др.), рекомендованы для нагруженных и неармированных деталей общего назначения. Из них изготавливаю держатели фланцев, изолирующие втулки, шайбы, ручки пепельницы и т.д.

Пресс-порошки типа Э (Э9-342-73, Э6-014-30) применяются для армированных и неармированных изделий электротехнического назначения, автотракторных деталей электрооборудования.

Пресс-порошки типа Вх (5-010-73) применяют для изготовления деталей электротехнического назначения, работающих в условиях повышенной влажности и высоких температур.

Волокниты типа У (У1-301-07) применяются для изготовления деталей технического назначения, с требованиями повышенной прочности на ударный и статический изгиб, кручение, например кожух радиатора отопителя, крышки аккумуляторной батареи и т.д.

Стекловолокнит АГ-4В отличается высокой прочностью, тепло- и морозостойкостью, хорошей ударной вязкостью и электротехническими свойствами. Из этого материала изготавливают кожух вентилятора отопителя, крушку аккумуляторной батареи, стакан фильтра и т.д.

 

Этролы

Этролы – термопластичные композиции, состоящие из эфиров целлюлозы, пластификаторов, стабилизаторов, красителей и некоторых других добавок.

Этролы имеют хорошие прочностные свойства, окрашиваются в массе, могут перерабатываться литьем под давлением, экструзией, прессованием.

АЦЭ имеют пониженную водостойкость и морозостойкость, но высокие механические свойства при обычных температурах. При эксплуатации АЦЭ растрескиваются; применяются в автомобилях для рулевых колес, приборных щитков, канатов, крючков, различных накладок и т.д.

АБЦЭ превосходят АЦЭ по морозо-, тепло-, водостойкости и, что очень важно, очень тропикостойки. Применяются для аналогических деталей автомобилей, что и АЦЭ.

 

Методы переработки пластмасс

  Прессование 

  Это один из основных методов переработки реактопластов в изделия. Этот метод заключается в формировании изделий под давлением из пресс-материалов, нагретых до вязкотекучего состояния, непосредственно в полости формующего инструмента – между матрицей и пуансоном. В течении пребывания в этом состоянии к материалу прикладывается давление, действующее вплоть до отверждения расплава и оформления детали. В результате отверждения материал делается жестким, неплавким и нерастворимым продуктом. Поэтому изделия извлекают из пресс-формы без охлаждения, сразу после отверждения. Только при прессовании термопластов требуется попеременный нагрев и охлаждение пресс-формы.

 

  Литье под давлением

  Это один из видов переработки термопластичных материалов. Сущность состоит в том, что термопласт разогревается в цилиндре литьевой машины до вязкотекучего состояния и под большим давлением впрыскивается в предварительно сомкнутую охлажденную инжекционную форму, в которой происходит оформление и охлаждение изделия.

 

  Экструзия

  Экструзией называется  метод непрерывного выдавливания  материала через отверстие определенного  сечения. Полученное изделие этим  методом осуществляется в экструдере  и заключается в следующем: материал  в виде порошка или гранул  загружают в бункер из которого непрерывно транспортируется шнеком к головке экструдера; при движении масса полимера гомогенизируется и нагревается до определенной температуры; в головке материал проходит под давлением через калибровочное отверстие и принимает требуемую форму.

 

Раздувное формирование

В последнее время широкое распространение начинает приобретать формование объемных изделий из термопластов методом раздува сжатым воздухом заготовок, получаемых экструзией. Заготовка, имеющая вид рукава, трубы и т.д., сразу же после выхода из экструдера помещается в форму и между двумя пленками рукава или внутрь трубы подается под давлением воздух, материал на данный момент, находящийся в состоянии, близком к вязкотекучему, раздувается и прижимается к стенками формы, образуя, таким образом, полое изделие.

 

Литье без давления

Литье без давления – это формование изделия из жидких композиций непосредственно в форме без приложения внешнего давления.

При литье без давления термопластов мономер или смесь мономеров с необходимыми добавками заливают в форму, в которой процессы структурирования и формования изделия протекают одновременно.

При литье без давления термореактивных полимеров процесс отверждения и получения твердого пластика связан с образованием трехмерной сетчатой структуры. Этим методом можно изготовлять толстостенные и крупногабаритные изделия.

 

Заключение

Применение пластмасс в автомобилях позволяет снизить массу, улучшить эксплуатационные характеристики, увеличить срок службы автомобиля, повысить его безопасность и комфортабельность. По статистике в одном легковом автомобиле применяется около 45 килограмм пластмассы.

 

Используемая литература

1. «Строительные материалы и изделия» - учебник для инженеров, 5-е издание.
2. “Химики автолюбителям” под общей редакцией профессора А.Я. Малкина