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关键词:高分子材料;汽车领域;应用
当前汽车工业得到了快速发展,要求在车体结构、车身重量、防止腐蚀、做好隔音减振、节约能源等方面实现突破性进展,要求生产工艺实现自动化、行驶达到高速化。因此在生产汽车过程中大量应用重量轻、韧性好、不易腐蚀、良好隔音隔热的高分子材料,不但可以在汽车行驶中节约大量的燃料而且也可以提高汽车综合性能。所以当前高分子材料已普遍应用于汽车生产当中。由于使用高分子材料,所以不但可以减轻汽车总体重量,减少能源排放,而且也可以利用塑料易成型加工的特点,可以减少生产成本。当前,高分子材料已广泛应用于汽车饰件与功能结构件当中,在汽车总重量中占到了十分之一以上。
1 高分子材料在汽车上的应用状况
1、汽车饰件上的应用
汽车的饰件主要有内饰件与外饰件。这些饰件的作用等同于汽车的功能结构件。它们不但具有多方面的功能,而且主要占据着汽车的外观,是购买汽车者的首要选择。
(1)内饰件
汽车的内饰件主要有仪表板、车门内板、方向盘、座椅、顶篷、地垫、遮阳板等。内饰件不但要保证具有减振、隔热、隔音、遮音等作用,而且还要求做到耐热与高抗冲性、高强度与刚性、表面硬度高、不易被化学品腐蚀、不怕刮擦、保护环境等特点。最早汽车内饰件主要应用金属、木材、纤维纺织品等制作而成,不但外观较差而且也不利于保护环境。因此,高分子材料以其独有的优势迅速得到了汽车行业的应用。当前,汽车内饰件当中应用的塑料在汽车全部塑料中占到了一半以上。过去汽车内饰件主要应用PVC、ABS、PU 等。当前汽车内饰件则主要应用聚丙烯材料,有着无以伦比的优势,如较好的韧性、较大的强度、较好的弹性、可以隔热、不怕腐蚀、可以随地取材、可以实现二次利用、成本较低等,因此得到了汽车内饰件的普遍应用,特别应用于汽车当中最大的内饰件----仪表板方面。PP仪表板是最近几年才出现的新型仪表板,不但有着较强的韧性与强度,而且外观较美、成本较低,所以广泛应用于汽车的仪表板方面。欧洲是世界范围内生产汽车最多的地区,他们的汽车仪表板全部采用PP,而且还在不断扩大应用范围。
(2)外饰件
汽车的外饰件主要有保险杠、雨刮、车灯、车玻璃、门把手、门锁等。在过去较长时期内,汽车外饰件主要使用金属合金,主要缺点是重量大、外观差、价格昂贵、不能环保、容易腐蚀等。随着高分子材料普遍应用于汽车工业,尤其是汽车保险杠主要使用塑料制作而成。保险杠的主要作用就是当汽车受到冲撞时,可以抵消一部分冲击力,具有缓冲的作用,可以保护外界的人与车。因此保险杠不但要做到外观美而且还需具有很好的安全保护作用。当前世界范围内的保险杠应用高分子材料制作的占到了十分之九以上。主要应用SMC、GMT 和改性 PP 等材料。保险杠的组成部分有面板、缓冲材料、横梁。合成面板主要应用PP制作而成,如桑塔纳轿车的保险杠面板应用的材料就是共聚丙烯加热塑性弹性体。与其它材料相比,这种材料的具有较大弹性、可以有效低消外界冲击、不易损伤等优点,这样的保险杠在受到外力冲击过程中,能够最大程度地减轻冲力,可以有效保护车外人的生命安全。
2、汽车功能结构件上的应用
汽车配件作为特殊商品,在使用上有很多具体要求,例如防油、抗腐蚀、耐高温、成本低、质轻等特点,才能符合汽车上油箱、发动机主要部件、脚踏离合器等的使用要求。其中最主要的部件就是油箱,由于油箱的结构复杂,工艺要求高,大大增加了制造成本。塑料的使用就能有效解决这一难题。在汽车油箱制作中最常使用的就是超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯,但是这种材料的缺点是容易漏油,经过工艺改进,F在生产出了具有较好隔油性的改性pe材料。pe材料在发达国家使用较早,我国在轿车上使用树脂制作油箱还处于开发阶段。
2 汽车高分子材料未来发展方向
1、降低成本,提高性能
笔者认为在将来汽车塑料应用中,主要以PP、ABS 为主。为了进一步节约生产资金,需要大力研究应用同一种或几种材料,这种原材料随处可见,生产工艺简单,使回收的废旧塑料及时得到了应用。为了使其具有更高的性能,就要对原材料进行改性与复合,从而创造出性能更优、发展潜力更大的复合材料与工程塑料等。
2、增加安全性能和环保性能
当前汽车工业得到了前所未有的发展机会,每年都会消耗大量的塑料制件,但同时也会产生大量的塑料废品,要占塑料生产总量的50%以上。当前废旧塑料的回收利用还没有得到较快发展,同时也不具有可降解性。所以开发新型塑料具有非常重要的意义。生物塑料的可降解性较好,可以普遍应用于将来的汽车制造当中。如使用天然纤维与PP、PE等材料共混改性,用来生产汽车制件,性能远远高于玻璃纤维增强材料,而且重量更轻,可以回收再利用,与快速发展的汽车行业相适应,塑料制件实现生物化是发展的趋势。
3、创新材料及应用技术
当前,工程塑料在塑料行业中占有重要地位,它的主要特点是强度高、不易腐蚀、不易老化等,因此迅速进入各行各业当中,特别是汽车行业的生产。高分子合金是在改进工程塑料的基础上生产出来的,具有更优的性能,不但材料易于加工,而且具有较高的性能,有利于减轻重量节约资金。随着纳米技术的出现与应用,当前已经在塑料行业中崭露头角。当前,高分子纳米复合材料在碳纳米管高分子复合材料、纳米粒子关于聚合物的改性方面实现了突破。发达国家当前已经出现了高性能的纳米复合材料,并广泛应用于汽车生产当中。
3 结束语
总之,在将来的汽车发展中,汽车轻量化是各个生产企业追求的最终目标,由于高分子材料具有质量轻、性能高、生产简单、安全环保、低成本等众多优点,因此将来必然会应用于汽车生产当中,塑料有望代替金属在汽车生产中得到普遍应用。
参考文献
[1]谢冬宁.新型材料在汽车轻量化中的应用[J].黑龙江科技信息.2016(32)
[2]李桥,陈珍.分析汽车轻量化及其材料的经济选用[J].科技经济市场.2015(06)
[3]岳博,徐晶才.汽车轻量化技术的进步与展望[J].世界制造技术与装备市场.2015(05)
[4]李嘉良,张泽涛,闫雪松. 基于化工新材料应用推动汽车轻量化的分析[J].化工设计通讯.2016(06)
【关键词】高分子材料 涂层 泵维修 技术与应用
1 高分子的分类和特点
1.1 高分子分类
按照不同的标准,高分子有很多的分法,不过主要还是以下几种分法:高分子化合物按照其来源分,主要分为合成高分子化合物和天然高分子化合物两种。而在天然的有机高分子化合物中。其成份有淀粉、纤维素、蛋白质、天然橡胶这几类;按照高分子化合物结构中的分子链分类,可分为支链型高分子、线型高分子和体型高分子;按照高分子化合物受热时表现的行为不同可将其分为热塑性高分子和热固性高分子。按照高分子化合物的使用情况和工艺性质分类,可分为塑料、橡胶、纤维、涂料、黏合剂和密封材料。
1.2 高分子特点
高分子涂层材料是近几年年来在机械制造业和机械修理业当中,快速迅猛发展起来的一项新型材料和新技术。它能够将单一材料的机械零件转化成为复合型材料结构,以金属为基体以便可以承受零件设计的强度,以高分子材料涂层为表面用来改善零件的耐磨性、防震性和抗腐蚀性等。高分子化合物拥有很多跟低分子化合物不同的特殊性能,比如其机械强度较大、可塑性很好、弹性也较高、硬度非常大、耐热、耐磨、耐溶剂、耐腐蚀、气密性恨好、电绝缘性强等,由于高分子材料具有以上的一些特性,使其在各行各业有了比较广阔的应用。可以见得我们平常使用的普通高分子材料,均是将各种添加剂加入高分子化合物中所得到的,这些高分子化合物的性质决定了高分子材料的一些基本性能,因此各种不同添加剂的作用就是在于能够更好地发挥、保持和改进高分子化合物的性能,满足对设备的不同要求,能用在更多不同的方面。
2 高分子涂层与泵维修方面
2.1 泵涂层的防腐性能
在泵工作过程中,经常会输送带有酸性或者碱性的具有腐蚀性介质的液体或固体杂质,这样很容易造成泵的有点腐蚀、缝隙腐蚀、氢脆、侵蚀、磨损等严重后果。当今在施工过程中应用比较多的防腐蚀材料是以环氧树脂为主。在金属材料内和环氧树脂间都存在较好的防腐蚀耐磨性能和粘接强度较高,能够有效的隔断带有腐蚀性的物质与金属表面接触。而对于环氧树脂这种材料能耐绝大多数的酸、碱、盐类的腐蚀,尤其是在氯离子侵蚀严重的海水中用的泵有很好的防腐效果。
2.2 泵耐磨修复和保护
市场上目前生产高分子材料的厂家主要有Devcon(得复康)、Be-lzona(贝尔佐纳)、Metaline、Loctite(乐泰)、ARC、Thortex等等。从聚合物的类型可以将高分子材料分为聚氨酯(PU)和环氧树脂(EP)二种。以聚氨酯(PU)为主要成分的涂层具有类似橡胶的弹性和韧性,细粉的固体(指的是直径小于1 mm的颗粒)耐磨损性能比较良好,并且可以大量吸收汽蚀产生的冲击能量。以环氧树脂(EP)为主要成分的涂层中通常会添加碳化硅、陶瓷的粉末或者颗粒作为填料,这样能够非常有效的增强耐温和耐磨损的性能。
2.3 涂层修复和传统焊补的区别
泵在受到腐蚀或磨损的时候,传统方法会通常采用堆焊、补焊等修补方法,这种方法很容易导致局部产生热应力变形,慢慢改变装配的尺寸,修补后就不能恢复到正常的组装状态了,严重时甚至会导致整个部件成为废品。如果用高分子涂层去修复工件,修复涂层在施工时就会呈现出流体状,在这种情况下再在常温常压下16 个小时就可以完全固化,这种方法不会产生热应力,部件修复后就可以顺利装配。
2.4 涂覆后泵能节能增效
由于铸造缺陷或加工不良等原因,泵过流部件表面经常会出现粗糙的表面,这样会导致摩擦阻力发热,然后引起能量损失。我们常规减小阻力的方法主要是精密机加工、抛光等;亦或者采用不锈钢材料来增强表面的光洁度,这样不仅会大大增加生产成本,而且抛光的金属表面更不能解决腐蚀等问题,特别是在海水介质多的条件下,氯离子浓度极高,很容易侵蚀不锈钢的表面。受腐蚀的金属慢慢表面产生凹坑和裂缝,但如果采用堆焊的方法去修复,就容易导致热应力变形,最终泵体无法回装。另外,本体金属和焊缝金属会容易形成原电池,构成电解双金属腐蚀效应,导致第二次腐蚀。刷涂或喷涂陶瓷环氧树脂,施工后其会流成非常光滑的表面,而且表面也具有油性疏水性,可以大大降低流体的阻力。施工时先用膏状陶瓷修补剂刮抹到金属表面来填补凹坑。再在两边刷涂陶瓷防护剂,使得最终表面变得更加光滑。
3 高分子涂层在实际中的应用
从20世纪初期以来,苏尔寿泵业上海技术服务中心(简称苏尔寿)使用了高分子材料涂层的方法,已经修复了40多套造纸纸浆泵、50多套火电厂FGD浆液循环泵的叶轮、侧板及泵壳。并且,对于水处理用泵、冷却水循环泵、真空泵和搅拌器叶轮的防腐涂层也取得了非常好的效果。具体应用领域见表1。
4 结语
由于高分子化合物具有相对分子质量很大,一般都处于固体或凝胶状态,具有很好的机械强度的特点,又因为其分子是由共价键结合而形成的,因此有非常好的绝缘性和耐腐蚀性能,而且由于其分子链较长,分子的长度与直径之比大于一千,因而有较好的高弹性和可塑性。另外,高分子涂层具有高弹性、熔融性、溶解性、溶液的行为和结晶性等方面特性,所以,高分子涂层在高温油泵蜡油泵、辐射泵等泵的维修中拥有很大的优势,可以解决传统修理方法不能解决的很多问题。因此,高分子涂层在今后维修泵的过程中应用会越来越广泛。
参考文献
[1] 洪啸吟,冯汉保.涂料化学[M].北京:科学出版社,2006
关键词:固相力化学反应 高分子材料 阻燃
采用固相力化学反应器制备高分子材料,可以把固相力化学反应作用在高分子材料制备、加工以及改性的过程中,该反应器以其独特的机构和功能,对物料进行粉碎、混合、剥离、分散以及进行化学反应,突破了高分子材料制备常规技术中的瓶颈,为制备高性能的高分子材料提供了新途径。文本以磨盘形力化学反应器作为进行固相力化学反应的器具,制备膨胀形阻燃剂阻燃聚丙烯复合材料,并对该制备材料进行分析。
一、背景资料
聚丙烯,易燃烧,发热量大,燃烧时易产生浓烟、释放有毒气体,因而限制了其在各行各业的广泛应用,目前市场上常见的聚丙烯阻燃剂主要以无机、卤系、氮系、磷系等膨胀形阻燃剂为主,这些膨胀形的阻燃剂因其燃烧发热小,燃烧时不产生有毒气体得到了较快的发展。本文主要研究由聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇组成的混合膨胀形阻燃剂,用磨盘形化学反应器制备混合膨胀形阻燃剂阻燃聚丙烯,并深入分析一下磨盘形化学反应器对该混合膨胀形阻燃剂阻燃聚丙烯的热性能以及阻燃性能。
二、实验部分
1.主要原料和设备
聚丙烯:独山子炼油厂
聚磷酸铵:成都武侯技术开发公司
季戊四醇:上海化学试剂有限公司
三聚氰胺:成都科龙化工试剂厂
磨盘形力化学反应器:自制
压力成型机HP63(D):上海西玛伟力橡胶机械公司
双辊塑炼机SK160B:上海橡胶机械厂
高速混合器GH10DY:北京塑料机械厂
2.样品制备
把聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺按照5:3:2的比例混合,再将混合物和聚丙烯按照一定的比例相混合,将所得的混合物放入磨盘形化学反应器中,在一定的温度和静压力下进行碾磨。取一定量的混合物粉末样品,供测试和制备阻燃样条使用。
3.制备阻燃样条
首先进行双辊塑炼,将聚丙烯放入辊温在165°C的双辊塑炼机中,塑炼5分钟,然后加入与聚丙烯相同量的聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺三者混合物,塑炼10分钟。将双辊塑炼所得的混合物与磨盘化学反应器中所得的混合物放在190°C的硫化机上进行压片,10Mpa强度下持续10分钟即可制得样条。
4.样品表征
4.1粒度分析
使用Shimadzu 2001激光光散摄力度分析仪检测用磨盘形化学反应器制备得到的混合膨胀形阻燃剂粒度分布。
4.2SEM测试
将混合膨胀形阻燃剂样品用液态氮脆断,然后,将断面经真空镀金,之后,用Hitachi LTDX-650扫描电镜观察样品的断面形貌。
4.3DSC测试
采用NETZSCH DSC204差示扫描量热分析仪。所得样品以10℃/min从40℃升到220°C,停留3分钟后以同样的速度降至40℃,得结晶曲线,再以同样的速度升至220℃,得熔融曲线。
三、结果
1.混合膨胀形阻燃剂在磨盘碾磨的过程中粒度分布的变化
图1为阻燃剂颗粒粒度的微分布曲线,图2(a)、(b)为阻燃剂和聚丙烯的混合物在磨盘不同碾磨次数下得到的颗粒粒度微分布曲线,如下图
从图1可以看出,阻燃剂粒度微分曲线集中在15~3μm、60~15μm以及700~60μm三个区域,这表明,阻燃剂的粒度分布不均匀。从图2(a)、(b)可以看出,阻燃剂和聚丙烯的混合物,经过不同的碾磨次数,得到的粒度积累和微分布曲线不同。比如。碾磨5次,阻燃剂和聚丙烯的混合物中,聚丙烯的粒径由3~4mm降至700μm以下,这说明,磨盘形力化学反应器可粉碎韧性聚丙烯,随着碾磨次数的增加,这种现象就更加明显。当碾磨的次数超过22次,会发现高粒径区域的阻燃剂和聚丙烯体系粒子累积百分比明显增加,而低粒径区累积百分比明显下降。总的来说,碾磨次数不应过多。由图2(b)可看出,碾磨次数由5次增加到22次的过程中,高分子材料复合物的粒径分布向低粒径区域过度,碾磨次数达到22次时,粒径小于100μm和200μm处的粒子数均会增加,并且在小于10μm的粒径区,曲线会有一个小高峰。
2.阻燃复合高分子材料的SEM分析
经过双辊塑炼以及磨盘碾磨,在分析仪下可得到阻燃复合材料的扫描电镜照片。相对于常规的混合法所得复合材料,使用磨盘碾磨改善了复合材料中阻燃剂分散的问题,使得阻燃剂在复合材料中分散更加均匀。胆随着碾磨次数的增加,阻燃剂的分散会受到影响,分散性下降,这也要求在使用磨盘不能进行过度地碾磨。
3.阻燃复合高分子材料的DSC分析
根据NETZSCH DSC204差示扫描量热分析仪的结晶和熔融参数可以看出,加入阻燃剂对塑炼体系和碾磨体系的聚丙烯来说,他的结晶温度、起始结晶温度和起始熔融温度都有较大的提高作用,这就表明阻燃剂对聚丙烯具有异相成核诱导结晶作用,在阻燃剂的作用下,聚丙烯分子链在很高的温度下能够快速成核,形成微晶,增加阻燃复合材料中聚丙烯的洁净度。但过度碾磨会造成阻燃剂重新凝聚,结晶度下降,所以要注意磨盘适宜的碾磨次数。
4.阻燃复合材料的阻燃性能
阻燃复合材料在磨盘碾压的作用下有着复杂的行为。对于未进行碾压的混合样品来说,因为阻燃剂的颗粒大小不均,所以阻燃性能比较差。而随着碾磨次数的增多,阻燃剂和聚丙烯分散和相互混合达到最佳状态,这时阻燃剂阻燃性能增加,随着碾磨次数过度增加,阻燃剂和聚丙烯不能继续细化,此时阻燃剂和聚丙烯趋向粉碎,导致阻燃剂阻燃性能下降。因此,对于磨盘形力化学反应器来说,适合的碾磨次数才能达到阻燃剂良好的阻燃性能。
四、结语
本文立足于分析利用固相力化学反应制备高分材料,通过采用磨盘形力化学反应器制备混合膨胀形阻燃剂的实践,证明并分析了磨盘形力化学反应器可以利用聚合物基体中的固相纳米分散制备高分子复合材料,为日后利用固相力化学反应制备高分子材料提供了研究的依据。
参考文献
关键词:可瓷化高分子复合防火材料;硅橡胶;硅酸盐矿物
中图分类号:TB33 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2017)04-0180-01
当前我们所使用的电线电缆多以氧化镁矿物绝缘防火电缆及云母带绕包的耐火电缆为主,但这二种电缆都存在着成本较高的问题,而且遇水导电,无法起到有效的防火作用,在火灾发生过程中也无法有效的保证通电安全。这就使许多人专家学者开始深入的研究更为适宜的绝缘耐火材料。可瓷化高分子复合防火材料是一种较为优异的电线电缆材料,在高温着火后,经过瓷化的表面会转变为坚硬的陶瓷防护层,能够有效的抵御明火的烧蚀,而且具有较好的机械强度,即使水浇在上面也会不发生破裂,而且这种新型防火材料已在电线电缆中进行应用,并取得了较好的应用效果。
1 可瓷化高分子复合防火材料的特性及防火机理
可瓷化高分子复合防火材料主要是在含硅高分子基体中将粘土类矿物粉末填料加入其中,同时还会加入结构控制剂和其他助剂。这其中含硅高分子主要以含有元素硅的有机聚合物为主,如硅橡胶。在有机硅高分子结构中,不仅含有有机基团,同时还含有无机结构,其将有机物与无机物集于一身,因此有机硅具有非常好的热稳定性,能够在高温领域中进行广泛应用。同时含硅高分子在常温下具有无毒无味的特点,能够耐高温、耐严寒、耐臭氧、难燃、憎水,即使在燃烧状态下含硅高分子材料也不会产生有毒气体,将其用于电线电缆绝缘材料及绕包材料十分适宜,具有安全、可靠的特性。
当前普通的电线电缆绝缘层材料多以易燃的高分子材料为主,一旦发生火灾,电线电缆绝缘层在火焰烧蚀后会产生熔融滴落,从而使铜导线在外,发生短路。但可瓷化高分子复合防火材料中是以有机硅作为基体,以粘土类矿物为填料,在高温和火焰烧蚀下呈现出较强的抗高温氧化性能,而且粘土矿物与有机硅分子结合后会在烧蚀过程中会形成较硬的陶瓷状块体,具有较强的耐高温性能,而且在火灾现场高温水浇过程中也不会发生破裂,能够对铜导线进行有效的保护。
在高温烧蚀下,可瓷化高分子复合防火材料能够与粘土粉末填料分解产物发生反应,形成部分液相和新的同相。而且在烧蚀温度不断升高及烧蚀时间延长的情况下,液相会向陶瓷网络结构中进行渗入,待冷却同化后,能够进一步强化陶瓷结构。而且在烧蚀后残留的陶瓷保护层还能够对物质对流起到阻碍作用,并防止热量的有效传输,对材料内部物质的挥发损耗具有较好的抑制作用,能够对外界热量向材料内部扩散产生有效的阻隔,从而具备非常好的防火性能。
2 可瓷化高分子复合防火材料的研究进展
2.1 有机硅基体
可瓷化高分子复合防火材料的基体采用的是含硅的高分子材料,即有机硅。将有机硅转换为陶瓷的技术已较成熟,为可瓷化高分子复合防火材料的制备提供了实验依据。有机硅分为硅油、硅树脂和硅橡胶3大类。硅油在室温下为液体,没有足够的强度,起到联结无机填料的作用,适合作基体材料。硅树脂是具有高度交联网状结构的聚有机硅氧烷,虽然它具有优异的热氧化稳定性,但却是一种热固性的塑料,成型后不具有柔韧性,不可随意弯折,不是制造电缆的理想材料。因此作为可瓷化高分子复合防火电缆材料的基体,应用得最为广泛的是硅橡胶。硅橡胶是唯一一类主链上不含碳原子的大分子弹性体,具有其他橡胶所不具备的独特性能,具有优良的耐高温与耐寒性,良好的耐老化性、电气绝缘性和化学稳定性,突出的表面活性和生理惰性等。同时硅橡胶还具有燃烧时少烟无毒、燃烧热值低、火焰传播速度慢等特点。
以硅橡胶为基体的各种材料具有优良的阻燃防火性能。因此以硅橡胶作为可瓷化高分子复合防火材料的基体是行之有效的。其他类型的高分子材料通过与阻燃剂复合虽然也可制备出阻燃性能相当优良的阻燃材料,但是这类材料在明火的烧蚀下容易分解挥发,不能保持原有形状,难以起到真正的防火作用。
2.2 粘上矿物粉末填料
由于粘土矿物中主要以含水硅酸盐矿物为主,其具有较高的耐火度,在耐火材料制备中应用十分广泛。在可瓷论高分子复合防火材料中,以粘土矿物粉末作为填料,充当硅橡胶补强剂的作用,而且在阻燃方面也优于其他无机填料。当前层状硅酸盐矿物种类较多,将其粉末作为可瓷化高分子复合防火材料的填料,使其c低溶点的氧化物有效的进行配合使用,从而保持复合材料的高温性能,并获得较好好的中温性能,即使在低温下也能够形成坚硬的陶瓷保护层,使材料使用过程中温度范围得以扩大。
3 结语
可瓷化高分子复合材料是当前一种较为新型的防火材料,不仅制备工艺简单,而且原料丰富,而且在不断研究过程中,可瓷化高分子复合防火材料的性能进一步提升。随着研究的不断深入,可瓷化高分子复合防火材料必将实现低成本工业化生产,从而使其应用更为普及,这对消防防火安全具有非常积极的意义。
参考文献
[1]王锦贵,王希光,郭祥旭.浅谈几种常用的防火材料[J].技术与市场,2010-05-15.
使用性是保证零部件完成指定功能的必要条件,它是选材的最主要依据。使用性主要是指零件在使用状态下应具有的力学性、物理性和化学性。对于机械零件,最重要的使用性是力学性。对零部件力学性的要求,一般是在分析零部件的工作条件和失效形式的基础上提出来的。根据使用性选材的步骤如下。
1.分析零部件的工作条件,确定使用性
零部件的丁作条件是复杂的。工作条件分析包括受力状态(如拉、压、弯、扭、剪切等)、载荷性质、载荷大小及分布、工作温度(低温、室温、高温、变温)、环境介质(剂、酸、碱)、对零部件的特殊性要求(电、磁)等。在对工作条件进行全面分析的基础上确定零部件的使用性。
2.分析零部件的失效原因,确定主要使用性
对零部件使用性的要求往往是多项的。例如传动轴,要求其具有高的疲劳强度、韧性和轴颈的耐磨性,因此,需要通过对零部件失效原因的分析,找出导致失效的主导因素,准确确定出零部件所必需的主要使用性能。
二、材料的热加工工艺性能
工艺性能对大批量生产的零部件尤为重要,因为在大批量生产时,工艺周期的长短和加工费用的高低,常常是生产的关键。金属材料、高分子材料、陶瓷材料的工艺性能介绍概括如下。
1.金属材料的工艺性能
金属材料的工艺性能是指金属适应某种加工工艺的能力。金属材料的加工工艺复杂,要求的工艺性能较多,主要有机械加工性能、材料成形性能。机械加工性能是指材料接受切削或磨削加工的能力。一般用切削硬度、被加工表面的粗糙度、排除切屑的难易程度以及对刃具的磨损程度来衡量。硬度太高,刃具磨损严重,切削加工性下降;硬度太低,则不易断屑,切削加工性也差。铝及铝合金的机械加工性能较好,钢中以易切削钢的杌械加工性能最好,而奥氏体不锈钢及高碳高合金的高速钢的机械加工性能较差。
2.高分子材料的工艺性能
高分子材料的加工工艺比较简单,主要是成形加工,成形加工方法较多。高分子材料的切削加工性能尚好,但由于高分子材料的导热性差,在切削过程中易使工件温度急剧升高,使热塑性塑料变软:使热固性塑料烧焦。3.陶瓷材料的工艺性能陶瓷材料主要工艺也是成形加工。按零部件的形状、尺寸精度和性能要求的不同.可采用不同的成形加工方法(粉浆、热压、挤压、可塑)。陶瓷材料的切削加工性差,除了采用碳化硅或金刚石砂轮进行磨削加工外,几乎不能进行任何其他切削加工。
三、材料的热加工工艺
1.合金的流动性
液态金属本身流动的能力称为流动性。合金的流动性好,充型能力强,易于获得尺寸准确、外形完整和轮廓清晰的铸件;不易产生浇不到、冷隔等缺陷;金属液中的非金属夹渣和气泡易于上浮排出,不易产生夹渣和气孔;流动性好的合金能很好地补充铸件凝固产生的收缩,不易产生缩孔和缩松。
2.铸造方法
首先根据零件图样制成适当的模样,并用模样和配制好的型砂制成砂型,然后将熔化的金属注入型腔,待金属液凝固冷却后,从砂型中取出铸件,最后清除铸件的附着物,经过检验获得所需铸件,造型方法有手工造型和机器造型两类。
(1)手工造型,手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序。手工造型操作灵活,适应范围广,大小铸件均可生产,可制作复杂的铸型,工艺装备简单,设备投资少,单件、小批量生产时成本低。但劳动强度大,对工人技术水平要求高,生产效率低,铸件质量不稳定。主要用于单件、小批生产和大型铸件的生产。
(2)机器造型,机器造型主要是利用机器代替人工完成填砂、紧实和起模等工作。砂箱放在紧砂机工作台上,工作台在压缩空气作用下上下振动,初步紧实型砂。然后工作台上升,与压头接触,将型砂压实。机械装置将砂箱顶起,使砂型与模样分离。漏模机构将砂箱及砂型托住,而使模样漏下与砂型分离。砂箱和模样一同翻转180°,然后使砂箱下降,砂型与模样分离。
四、结束语