Строение, свойства и область применения пластмасс при производстве и ремонте автомобилей

В любую пластмассу входит полимер, представляющий собой сложную молекулу, состоящую из простых молекул-мономеров, от количества и расположения которых зависят свойства данной пластмассы. Помимо мономеров в пластмассы входят наполнители различного назначения, о которых будет сказано ниже, антистарители, например слюда, катализаторы, ускоряющие процесс полимеризации (известь, магнезия и пр.), красящие пигменты и др. компоненты.

К ранее указанным положительным свойствам пластмасс относятся также высокие диэлектрические и антикоррозионные свойства, низкая теплопроводность.

К отрицательным свойствам следует отнести сравнительно низкие, по сравнению с металлами, показатели прочности и низкий диапазон рабочих температур. Большинство пластмасс удовлетворительно работают при температурах, не превышающих +160°С. К отрицательным свойствам относится также склонность пластмасс к старению. Под старением полимерных материалов понимаются необратимые изменения важнейших технических характеристик, происходящие в результате сложных химических и физических процессов, развивающихся в материале при эксплуатации и хранении. Причинами старения являются: свет, теплота, влага и др. немеханические факторы. Для замедления процессов старения в полимерные материалы добавляют различные стабилизаторы, например фенолы.

Пластмассы квалифицируются по назначению (конструкционные, электротехнические, звукотеплоизоляционные и др.); по прочности (низко-, средне- и высокопрочные). К низкопрочным относится, например, полиэтилен, к среднепрочным - капрон (капролаетам), к высокопрочным - пластмассы с различного рода наполнителями (текстолит, асбо- и стекловолокниты и др.). Достаточно распространенной классификацией применительно к конструкционным пластмассам является их классификация по характеру связующего вещества, от которого зависит поведение материала при нагревании и последующем остывании. В зависимости от указанного фактора пластмассы подразделяются на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).

Термопластичные пластмассы (обратимые полимеры) при повторном нагревании размягчаются и поддаются формированию, а при охлаждении снова застывают, сохраняя прежние свойства, поэтому их можно неоднократно перерабатывать.

Термореактивные пластмассы относятся к необратимым полимерам, которые при нагревании, вследствие протекания необратимых химических реакций, превращаются в твердые неплавкие вещества.

Наиболее часто применяемые при производстве и ремонте автомобилей пластмассы следующие.

Полиамиды - группа пластмасс с известными названиями: капрон, нейлон и др. В составе макромолекул полимера присутствует алкидная группа, а также метиленовые группы, повторяющиеся от 2 до 10 раз.

Полиамиды при обычных температурах представляют собой твердые и эластичные материалы, а при температуре 160... 240°С переходят в жидкое состояние; они обладают высокими прочностными и антифрикционными свойствами, химостойкими к нефтепродуктам; в нагретом состоянии легко заполняют форму и затвердевают без пор и трещин. Из полиамидов, например из капрона (поликапролактама), изготавливают большое число автомобильных деталей: втулки педалей и рессор, корпуса сальников, шестерни привода спидометра и др.

Эгролы - этилцеллюлозные полимеры, обладающие достаточно высокой прочностью в твердом и хорошо формирующиеся в нагретом состоянии. Растворяются в активных растворителях (ацетоне и спирте), не подвержены действию нефтепродуктов. Из этролов изготавливают рулевые колеса, рукоятки управления, щитки приборов и др. детали.

Фторопласты - аморфно-кристаллические полимеры. Аморфная фаза придает этим полимерам эластичность. Фторопласты обладают высокой химической стойкостью. Так, фторопласт-4 может длительно эксплуатироваться при температуре 250°С, стоек к действию растворителей, кислот и щелочей, является самым химически стойким из всех известных материалов пластмасс, металлов, стекол и т.п. Из фторопластов (4,4Д, 4М и др.) изготавливают уплотнительные прокладки, мембраны бензиновых насосов, различного рода втулки, вентили, а также антифрикционные детали.

Для изготовления отдельных деталей автомобиля применяются: акрилопласты -для изготовления плафонов и стекол габаритных фонарей; винипласты — для изготовления банок аккумуляторных батарей и др.

Среди пластмасс на основе термореактивных смол, именуемых реактопластами, наибольшее распространение получили фенопласты, основой которых являются фенолоформальдегидные смолы.

Фенопласты обладают высокими механическими и диэлектрическими свойствами, стойки к нефтепродуктам и классифицируются по наполнителю.

При изготовлении деталей автомобиля из фенопластов наиболее часто применяют так называемые слоистые пластики – асботекстолит, текстолит и стеклотекстолит.

Асботекстолит получают горячим прессованием асбестовой ткани, пропитанной фенолоформальдегидной смолой. Асботекстолит обладает высокой теплостойкостью и хорошими фрикционными качествами. Он используется для изготовления тормозных накладок и накладок дисков сцепления.

Текстолит имеет в качестве наполнителя хлопчатобумажную ткань. Среди слоистых пластиков текстолит обладает наибольшей способностью поглощать вибрационные нагрузки, имеет высокие диэлектрические и прочностные свойства. Поэтому из текстолита, помимо деталей приборов электрооборудования, изготавливают шестерни и упорные шайбы распределительного вала.

В стеклотекстолитах в качестве наполнителя применяют стеклоткани. Демпфирующая способность стеклопластиков выше, чем у текстолитов. Длительно стеклопластики могут работать при температуре 200... 400°С, а кратковременно, в течение нескольких десятков секунд, выдерживают температуру в несколько десятков тысяч градусов, что и определяет их применение в качестве теплоизоляционных материалов.

Помимо тканей, в качестве наполнителей используются и волокна этих тканей. Такие материалы относят к пластмассам с волокнистыми наполнителями, которые считаются более дешевыми по сравнению с тканевыми наполнителями. Наибольшее применение из пластмасс с волокнистыми наполнителями находят стекловолокниты, которые применяются в качестве тепло- и звукоизоляционных обивочных материалов, а также могут быть использованы для изготовления крупногабаритных изделий сравнительно простых форм, например кузовов автомобилей.

Особую группу пластмасс составляют пластмассы с порошковыми наполнителями, к которым относятся композиции на основе эпоксидных смол, широко применяемые при восстановлении повреждений крупногабаритных корпусов деталей автомобиля. Эпоксидная композиция включает эпоксидную смолу, в которую добавляют пластификатор (дибутилфталат) для облегчения нанесения композиции на восстанавливаемую деталь. В качестве наполнителей используют мелкодисперсные материалы (порошки). Применение того или иного наполнителя зависит от материала восстанавливаемой детали. Так, при восстановлении блоков цилиндров, изготовленных из серых чугунов или литейных алюминиевых сплавов, применяют порошки соответствующих материалов. Непосредственно перед восстановлением детали добавляют отвердитель (полиэтиленполиамин). Необратимое отвердение эпоксидной композиции происходит в течение 48 часов. Эпоксидные композиции, используемые, например, для заделки трещин водяной рубашки цилиндров взамен сварки, дают существенную экономию дорогостоящих сварочных материалов. Отремонтированные таким способом детали надежно работают при температуре, не превышающей 100... 120°С.

К пластмассам с газовым наполнителем относят пенопласты (поропласты). Эти материалы, состоящие на 95 % из воздуха или газа-азота, который выделяется в процессе полимеризации, применяются для изготовления подушек и сидений автомобиля [3].

Автомобильные стекла

Типы автомобильных стекол

Существуют два типа автомобильных стекол: однослойные и многослойные.

Однослойные стекла проходят термическую обработку – закалку (постепенный нагрев и быстрое охлаждение), поэтому их называют закаленными (сталинит). Термообработка стекла обеспечивает его разрушение на небольшие осколки с неострыми краями. Закаленные стекла обладают повышенной механической прочностью, и в официальных документах их называют упрочненными. В этих стеклах в процессе эксплуатации могут образовываться микротрещины под действием высоких нагрузок или резких ударов. Со временем это может привести к неожиданному разрушению стекла. Резкий перепад температур в процессе закалки вызывает появление зон концентрации механических напряжений в стекле. Даже несильный удар по этим областям, если они расположены по торцам, может привести к полному разрушению сталинита. На современных автомобилях такие стекла используются в дверях, заднем проеме и т.д., но не устанавливаются в качестве ветровых.

Многослойные стекла состоят из нескольких слоев и склеивающих их прозрачных полимеров. На автомобилях применяют трехслойные изделия – два стекла и слой полимера. Их принято называть триплекс.

При разрушении осколки удерживаются связующей пленкой, предотвращая ранения. Многослойное стекло устойчиво к образованию сквозных отверстий и предохраняет людей, находящихся в салоне, от предметов, летящих из-под колес впереди идущего транспорта. Остекление бронированных автомобилей представляет собой пакет из нескольких стекол и полимерных пленок.

Изготовление стекол. Плоские заготовки необходимых размеров для сталинита и триплекса получают из листового стекла. Затем обрабатывают края, наносят маркировку, шелкографический рисунок (по краям вклеиваемых стекол). Для получения необходимой пространственной геометрии стекла подвергают моллированию (от лат. mollio — делаю мягким, плавлю) — нагретую до определенной температуры (650-700°С) заготовку помещают на металлический шаблон, где она под действием собственного веса принимает определенную форму.

Для закалки стекло резко охлаждают до температуры 100-120°С и окончательно снижают его температуру в течение довольно длительного времени.

Стеклянные элементы триплекса моллируют попарно (сразу оба), предварительно нанеся на контактирующие поверхности состав, препятствующий слипанию. После этой операции между заготовок помещают поливинилбутиральную пленку и производят склеивание этим полимером в течение трех часов при температуре около 140°С и давлении 10 бар. Соединение пленкой используется для всех ветровых стекол. Остальные элементы остекления (не ветровые) могут склеивать с помощью полимерной жидкости, после чего производится ультрафиолетовое облучение, в результате которого полимер превращается в прозрачный эластичный материал.

Менее сложная технология изготовления закаленных стекол определяет их более низкую цену, чем у триплекса [5].

Способы крепления стекол

Крепление с помощью резинового уплотнения наиболее дешевый и простой способ. Однако такое крепление обладает рядом существенных недостатков. Со временем резина уплотнения теряет свою эластичность, хуже облегает стекло и кузов, что может привести к протеканию воды в салон. В результате аварии стекло может выпасть из проема и нанести серьезные травмы. Площадь остекления современных автомобилей больше, чем у выпускавшихся ранее, соответственно возросла масса стекол. Поэтому резиновые уплотнения уже не могут обеспечить надежную фиксацию стекол, что привело к их установке на полимерную клеевую композицию. К тому же крепление резиновыми уплотнениями на конвейерах автозаводов довольно сложно полностью автоматизировать.

Вклеивание стекол помимо надежной фиксации увеличивает жесткость кузова, обеспечивает хорошую влагоизоляцию и предотвращает их выпадение в результате аварии. Для качественной установки кромки проема кузова и стекла должны быть тщательно обезжирены. Шелкографический рисунок помимо увеличения адгезии клея к стеклу улучшает внешний вид (скрывает края проема кузова и неровности клея). Вклеиваемые стекла более требовательны к качеству изготовления и монтажа, так как толщина клеевого слоя значительно меньше резинового уплотнения. Поэтому даже незначительное отклонение (превышение допустимых отклонений) от номинальных размеров и геометрии приводит к неплотному прилеганию к клею или очень близкому расположению к металлу кромки проема кузова [4].

Стеклоочистители

Щетки — рабочие элементы стеклоочистителя, испытывающие механические, температурные и химические воздействия. Поэтому к ним предъявляются жесткие требования. Щетки должны:

•равномерно и качественно очищать от различных загрязнений всю охватываемую ими поверхность не только плоского, но и выпуклого стекла в широком диапазоне скоростей автомобиля и температурных условий;

•обладать достаточной износостойкостью (срок службы качественной щетки при соблюдении условий эксплуатации, как правило, составляет не менее года);

• не царапать ("затирать") стекло.

Устройство щеток. Щетка стеклоочистителя состоит из ленты, упругих пластин (пластины) и каркаса.

Лента — резиновая полоса со специальным профилем. Профиль имеет рабочую часть (стреловидная форма сечения), заканчивающуюся строго прямоугольной рабочей кромкой, шейку (основание рабочей части) и пазы (паз) для упругих пластин (пластины). У некоторых конструкций щеток на боковых поверхностях рабочей части ленты есть дополнительные продольные острые кромки (рис. 6).

Рис. 6. Конструкция щеток

Основными факторами, определяющими качество ленты, являются:

•состав резины;

• точность геометрических размеров.

Упругие пластины — стальные полосы, длина которых соответствует длине щетки, а ширина и толщина составляют 1-2 мм и 0,3-0,5 мм соответственно.

Каркас — металлическая конструкция, состоящая из шарнирно закрепленных друг на друге коромысел.

Упругие пластины (пластина) вставляются в пазы по бокам ленты (иногда — внутрь нее), придают ей определенную форму и распределяют усилие, передаваемое каркасом равномерно по всей длине ленты. Лента, "армированная" пластинами, соединяется с каркасом (охватывается специальными зажимами, расположенными на концах коромысел) Как правило, один крайний зажим каркаса фиксирует ленту жестко. Остальные являются "плавающими" и позволяют ленте перемещаться при повороте коромысел. В некоторых конструкциях все зажимы являются свободными, а для удержания ленты в каркасе на его торцах имеются упоры. За счет этого рабочая часть ленты может полностью (по всей длине) прижиматься к выпуклому стеклу различной кривизны Упругие пластины некоторых щеток в свободном состоянии слегка изогнуты, благодаря чему при работе лента лучше прижимается к стеклу.

Щетка крепится к рычагу (поводку) при помощи адаптера (защелки). Адаптер может являться неразъемной частью каркаса либо отдельно входить в комплект щеток.

Работа щеток. При движении щетки ее каркас перпендикулярен поверхности стекла, а шейка изгибается и рабочая часть ленты движется по стеклу с некоторым наклоном. Острая кромка ленты "продавливает" слой воды и рабочая часть соскабливает основную ее массу с поверхности стекла. Остатки воды равномерно распределяются по поверхности стекла тонким слоем и впоследствии испаряются. При изменении направления движения щетки шейка ленты изгибается в другую сторону и процесс очистки продолжается ее другой стороной.

Основные причины, приводящие к неудовлетворительной работе щеток стеклоочистителей, следующие.

Недостаточный прижим ленты к стеклу приводит к тому, что ее рабочая кромка перестает продавливать слой воды и скользит по нему. Это может быть вызвано ослаблением пружины поводка стеклоочистителя. Неплотный прижим щеток при исправных поводках может возникать на больших скоростях автомобиля.

Неравномерное прилегание щетки к поверхности стекла, как правило, чаще имеет место на стеклах с сильно изменяющейся кривизной поверхности (например, ветровое стекло заднеприводных автомобилей ВАЗ). В средней (более плоской) части стекла щетка чистит удовлетворительно, а на сильно изогнутых крайних частях каркас не изгибается и перестает прижимать некоторые участки ленты. Причиной этого часто бывает потеря подвижности ("закисание" или замерзание) шарниров коромысел и зажимов на их концах (лента перестает перемещаться вдоль каркаса) или погнутый поводок стеклоочистителя.

Неправильное прилегание рабочей части ленты (слишком большой наклон) приводит к тому, что ее рабочая кромка перестает продавливать слой воды, скользя по нему. Кроме того, при излишнем наклоне рабочей части ленты под ней начинает скапливаться песок, царапающий стекло. Причиной чрезмерного наклона может быть слишком жесткая пружина поводка, слишком мягкая резина или растрескивание шейки, сильное загрязнение ленты, износ шарниров коромысел и адаптера.

Износ рабочей кромки ленты — округление ее прямых углов. Кромка перестает касаться стекла по всей своей длине, оставляя на нем полосы воды и грязи. Преждевременный износ появляется из-за трения щеток о недостаточно смоченное стекло. Причиной этого бывает неисправность омывателя, неправильная настройка его форсунок, а также задержка подачи жидкости при одновременном включении омывателя и стеклоочистителя. К появлению задиров на рабочей кромке и ее износу приводят сколы или твердые трудноудалимые наросты на поверхности стекла, например капля битума или клея и т.д., а также неоттаявший лед.

Загрязнение стекла органикой (замасливание) неизбежно в крупных городах и их пригородах. На стекло попадают продукты неполного сгорания топлива, моторные масла, битум и прочие вещества, содержащиеся в придорожной атмосфере. Такое загрязнение не удаляется щетками стеклоочистителя. Влага, остающаяся на замасленном стекле после щеток, собирается в мелкие капельки, еще больше ухудшая его прозрачность.

"Дробление"— движение щетки рывками, оставляющее на стекле "веер" грязевых полосок. Появляется вследствие того, что рабочая часть ленты перестает "перекладываться" Причиной, как правило, является сильное загрязнение ленты или низкое качество резины (потеря эластичности). Иногда "дробление" возникает из-за нарушения перпендикулярности каркаса щетки к поверхности стекла (изношенные шарниры и адаптер или изогнутый винтом поводок) [5].

Клеящие материалы