Реферат: Общие принципы проектирования изделий из пластмасс
Реферат: Общие принципы проектирования изделий из пластмасс
Содержание
Введение
1. Проектирование изделий из пластмасс
2. Особенности
проектирования изделий из пластмасс
3. Выбор полимерного материала
3.1 Термопластичные полимерные материалы
3.2 Наполнители
и армирующие материалы
3.3 Влияние
влаги
3.4 Другие
критерии выбора материалов
4. Общие принципы расчета и проектирования изделий из пластмасс
4.1 Выбор допускаемых напряжений
4.2 Дифференциальный
метод определения запаса прочности
Вывод
Литература
Введение
Тема реферата «Общие принципы проектирования изделий
из пластмасс».
Цель написания работы – ознакомится с основными
принципами проектирования изделий из пластмасс, а именно:
- особенностями проектирования изделий
из пластмасс;
- выбором полимерного
материала;
- общими принципами расчета и
проектирования изделий из пластмасс.
1. Проектирование изделий из пластмасс
Пластические массы (пластмассы, пластики) – это материалы на
основе полимеров, которые при переработке становятся пластичными, что позволяет
отформовать изделие. Пластмассы получают на основе гомополимеров или
сополимеров, и в зависимости от характера изменения свойств при переработке они
могут быть термопластами и реактопластами. Физико-механические свойства
пластмасс определяются видом и строением полимера, а также характером добавок
(наполнителей, пластификаторов, пигментов и красителей, стабилизаторов,
смазывающих веществ и т.д.).
Множество примеров
успешного применения полимерных материалов в различных отраслях промышленности
подтверждает, что будущее принадлежит им. При разумном использовании свойств
полимеров можно проектировать многофункциональные изделия, которые технически и
экономически превосходят предшествующие конструкции.
Современная техника
требует все более и более сложных конфигураций изделий и конструкционных
материалов. Полимерные материалы способны решить многие проблемы в этом
направлении. В настоящее время наблюдается бум на производство и потребление
пластмассовых изделий, что обусловлено высокими свойствами пластмасс как
конструкционных материалов. Они по многим показателям превосходят металлы и
другие конструкционные материалы. Пластмассы могут быть жесткими и мягкими,
плотными и легкими. Пенопласты и поропласты имеют плотность 20 - 100 кг/м3, полипропилен –
900; фторопласты – 2200 кг/м3. В среднем пластмассы
в 5 - 7 раз легче стали и меди и в 2 раза легче алюминия.
Большинство пластмасс
значительно превосходят сталь и ряд других металлов по устойчивости к
атмосферной коррозии и к воздействию различных кислот, щелочей, солей,
растворителей.
В зависимости от
требований пластмассы могут иметь как низкий, так и высокий коэффициент трения.
Низкий коэффициент трения и высокая износостойкость полиамида, фторопласта,
текстолита, ДСП и др. используются в подшипниках, работающих и в условиях
смазки, и без нее. Полиамид 6 имеет износостойкость в 10 - 20 раз выше, чем у
бронзы и баббита при использовании смазки. Высокий коэффициент трения
асботекстолита используется в тормозных устройствах.
Многие пластмассы имеют
исключительно высокие диэлектрические свойства и широко применяются в
электрических и электротехнических приборах, в высокочастотных устройствах.
Такие пластмассы как
поликарбонат, полистирол, ПММА и др. – прозрачны, бесцветны и способны
пропускать световые лучи в широком диапазоне волн, в том числе – УФ. ПММА
(органическое стекло) пропускает ~73 % УФ-лучей, в то время как обычное стекло
– только 1 - 2 %. Оргстекло намного прочнее, что очень важно для оптической
промышленности.
Пластмассовые изделия могут иметь твердую или мягкую,
блестящую или матовую, гладкую или фактурированную поверхность, что достигается
путем варьирования вида материала и характера обработки поверхности формы.
Очень важными
достоинствами пластмасс являются доступность сырья и простота переработки.
Однако пластмассы имеют и
недостатки, которые обязательно надо учитывать при проектировании изделий из
них:
1)низкая теплостойкость,
связанная с химическим строением полимера;
2)низкая твердость;
3)недостаточно высокая прочность,
которая к тому же существенно зависит от времени и температуры эксплуатации,
При постоянной температуре повышение механического напряжения сокращает время
до разрушения материала. Увеличение времени эксплуатации приводит к разрушению
материала при меньшем механическом напряжении. При постоянном механическом
напряжении повышение температуры эксплуатации сокращает время до разрушения
материала;
4)ползучесть, проявляющаяся под постоянной нагрузкой. Наиболее устойчивы к ползучести реактопласты, а также
полиформальдегид и его сополимеры, поликарбонат,
АБС-пластики. Сопротивление пластмасс ползучести повышают путем армирования их
неорганическими наполнителями; стеклотканью, стекловолокном;
5)старение, резко
снижающее физико-механические свойства. Процесс старения пластмасс замедляют
(но не устраняют) путем введения в полимер специальных добавок -
светостабилизаторов. Эффективным светостабилизатором является технический углерод
(сажа). Наиболее стойки к старению фенопласты и некоторые другие реактопласты,
а также поликарбонат, полиформальдегид и его сополимеры.
2. Особенности проектирования изделий из
пластмасс
Конструкции
многих изделий из пластмасс часто повторяют конструкции металлических изделий.
Однако пластик требует учета особенностей присущих ему характеристик.
По сравнению с другими конструкционными материалами
свойства пластмасс могут варьироваться в гораздо более широких пределах.
Специфические свойства практически любого базового полимера можно изменить
самым коренным образом путем введения в него простых или армирующих
наполнителей, модификаторов и других добавок. Но и основные свойства полимерных
материалов, как правило, кардинально отличаются от основных свойств металлов.
Если провести, например, прямое сопоставление, то у металлов значительно выше
такие показатели, как плотность, максимальная рабочая температура, жесткость и
прочность, теплопроводность, электропроводность; в то время такие свойства
конструкционных термопластов, как амортизация механических нагрузок, тепловое
расширение, относительное удлинение при разрыве, ударная вязкость выше на
несколько порядков.
Когда речь идет о замене металла полимерным
материалом, то для того, чтобы изготовить функциональные элементы из пластмассы
при одновременном снижении себестоимости, в большинстве случаев необходимо
коренным образом менять конструкцию этих элементов. При этом открывается
перспектива полнейшей переработки конструктивного решения изделия, дающая возможность
интегрировать функции и упростить геометрию.
При одних и тех же условиях эксплуатации пластмассы
иногда ведут себя иным образом по сравнению с металлами. Именно по этой причине
какая-нибудь функционально целесообразная и экономичная конструкция, сделанная
когда-то из литого металла, может легко сломаться, если ее с излишней
поспешностью повторить из полимерного материала. Поэтому разработчики
конструкций из пластмасс должны обязательно знать свойства этой
группы материалов.
Чем
ближе температура эксплуатации материала к его точке плавления, тем больше
характер его деформации зависит от температуры и времени. У большинства
пластиков наблюдаются изменения их основных механических свойств уже при
комнатной или близкой к ней температуре или от скорости воздействия нагрузки. А
для металлов, как правило, характерно постоянство механических свойств вплоть
до таких температур, значения которых очень близки к температуре
перекристаллизации (> 300 0С). Если менять в достаточно широком
диапазоне рабочую температуру или скорость деформации, то конструкционные
термопласты могут изменить твердость и хрупкость на эластичность, характерную
для резин. Например, чехол аварийной автоматической подушки в автомобиле в
случае ее применения должен обладать способностью к взрывному раскрытию. Этим
он должен полностью отличаться от сделанного из того же материала изделия на
защелках, которое приводится в рабочее состояние медленно. Причем это
снабженное защелками изделие и должно приводиться в рабочее состояние медленно,
поскольку это зависит от условий его эксплуатации на холоде или при жаре.
Значение температуры здесь значительно важнее, чем скорость изменения нагрузки.
Характеристики полимерных материалов не являются в
чистом виде свойствами материала как такового в конкретных условиях
эксплуатации. Базовый уровень свойств какого-либо пластмассового изделия может
меняться от воздействия самых разнообразных факторов, в частности, от
ультрафиолетового облучения вплоть до разрушения и полной непригодности к
дальнейшей эксплуатации. Великолепно сконструированное и отформованное
пластмассовое изделие может быстро сломаться, если режимы формования были
подобраны ненадлежащим образом. С другой стороны, и технологи не могут в
широком масштабе устранять конструкторские просчеты. Хорошее качество
пластмассовых изделий может быть гарантировано лишь благодаря процессу
оптимизации, который учитывает все влияющие факторы. Поскольку полимерные
материалы по сравнению с металлами более чувствительны к конструктивным
недоработкам, то при разработке конструкций пластмассовых изделий необходимо
обращать особое внимание на то, чтобы конструктивное решение соответствовало
материалу. Поэтому проектирование изделия из пластика должно каждый раз
начинаться со всестороннего и тщательного анализа всех требований.
3.
Выбор полимерного материала
Является самым важным этапом проектирования полимерных
изделий, в том числе и изделий из пластмасс. Нет плохих полимерных материалов,
а есть материалы, не соответствующие конкретному применению. Поэтому для конструктора
чрезвычайно важно досконально знать свойства конкурирующих материалов и
тщательно проверить, как эти свойства влияют на технологию изготовления изделий
из этих материалов.
Страницы: 1, 2, 3 |
