Неметаллические материалы: полимерные материалы, углеграфитовые антифрикционные материалы.

К неметаллическим материалам, широко применяемым в промышленности, относятся синтетические, искусственные и естественные природные, такие как: пластмассы, естественные и искусственные резины, эбониты, текстолиты, абразивные и лакокрасочные материалы, клеи, смазки, масла и другие материалы.

Пластмассы - это соединения нескольких органических и неорганических материалов, состоящие из связующего вещества и наполнителя. Основной частью пластических масс являются полимеры, состоящие из очень крупных молекул, отчего эти материалы часто называются полимерными.

Полимерные материалы характеризуются низкой плотностью, высокой химической стойкостью, износостойкостью, большой ударной прочностью, штампуемостью, хорошей обрабатываемостью, вязкостью, пластичностью и диэлектрическими свойствами.

В зависимости от строения молекул пластические массы подразделяются на термореактивные и термопластичные. Особую группу составляют газонаполненные пластмассы.

Органические и неорганические наполнители могут быть трех видов: порошкообразные, волокнистые и слоистые.

К пластмассам относятся: гетинакс, текстолит, асбопласты, древесные слоистые пластики, стеклопластики, целлулоид, винипласт, фторопласт, полиэтилен, полиамид, капрон, нейлон и др.

Искусственные материалы находят применение в разных отраслях промышленности, при производстве бытовой техники, посуды, емкостей, игрушек и т. д. Во многих случаях они заменяют железо, цветные металлы и их сплавы, стекло, дерево. Большое распространение искусственные материалы получили благодаря значительной механической прочности и выносливости, сопротивляемости коррозии и износу, возможности получения изделий сложной формы без обработки резанием, хорошей обрабатываемости, диэлектрическим свойствам, а также приятному и эстетичному наружному виду изделий. К недостаткам пластических масс следует отнести их сравнительно быстрое старение и потерю прочности.

Углеграфитные материалы - технические материалы на основе природного или синтетического графита. Они характеризуются высокой жаростойкостью (до 3700 ^оС при давлении до 20 ГПа), высокой прочностью при повышенных температурах, окислит, стойкостью на воздухе, в паро-воздушной и агрессивных неокислитных средах; некоторые углеграфитовые материалы обладают также высоким (до 800 ГПа) модулем упругости.

Антифрикционные материалы, применяемые для деталей машин (подшипники, втулки и др.), работающих при трении скольжения и обладающих в определённых условиях низким коэффициентом трения. Отличаются низкой способностью к адгезии, хорошей прирабатываемостью, теплопроводностью и стабильностью свойств.

В условиях гидродинамической смазки, когда детали (не деформирующиеся под влиянием давления в смазочном слое) полностью разделены сравнительно толстым слоем смазочного материала, свойства материала этих деталей не оказывают влияния на трение. Антифрикционность материалов проявляется в условиях несовершенной смазки (или при трении без смазки) и зависит от физических и химических свойств материала.

К ним относятся:

- высокие теплопроводность и теплоёмкость;

- способность образовывать прочные граничные слои, уменьшающие трение; способность материала легко (упруго или пластически) деформироваться или изнашиваться, что способствует равномерному распределению нагрузки по поверхности соприкосновения (свойство прирабатываемости).

К антифрикционности относятся также микрогеометрическое строение поверхности, а именно определённая степень шероховатости или пористости, при которых масло удерживается в углублениях, и способность материала «поглощать» твёрдые абразивные частицы, попавшие на поверхность трения, предохраняя тем самым от износа сопряжённую деталь. Проявлению антифрикционности в условиях сухого трения способствует наличие в материале таких компонентов, которые, сами обладая смазочным действием и присутствуя на поверхности трения, обеспечивают низкое трение (например, графит, дисульфид молибдена и др.). Одним из важных свойств антифрикционных материалов, обусловливающих антифрикционность при всех условиях трения, является его неспособность или малая способность к «схватыванию» (адгезии) с материалом сопряжённой детали. Наиболее склонны к «схватыванию» при трении одноимённые пластичные металлы в паре, имеющие гранецентрированную и объёмноцентрированную кубической решётки. При трении по стали наименее склонны к «схватыванию» серебро, олово, свинец, медь, кадмий, сурьма, висмут и сплавы на их основе.

Наиболее распространены как антифрикционные материалы подшипниковые материалы, применяемые для подшипников скольжения. Кроме антифрикционных свойств, они должны обладать необходимой прочностью, сопротивлением коррозии в среде смазки, технологичностью и экономичностью. Вследствие различия в требованиях к материалу подшипника, образующему поверхность трения (антифрикционность), и к остальной части подшипника (достаточная прочность) получили распространение подшипниковые материалы и подшипники, у которых основа состоит из прочного конструкционного материала (например, стали), а поверхность трения - из слоя антифрикционных материалов (например, баббита). Антифрикционный материал наносится литейным способом на заготовку подшипника или на непрерывно движущуюся стальную ленту; из полученной биметаллической калиброванной ленты подшипники (вкладыши и втулки) изготовляются штамповкой.

Абразивными материалами называются твердые неметаллические материалы, которые применяются при обработке резанием металлов и материалов. Они обладают высокой твердостью и имеют достаточно острые режущие кромки и грани.

Различают две группы абразивных материалов: природные и искусственные.

К природным абразивным материалам относятся: корунд, наждак и естественный алмаз.

К искусственным абразивным материалам относятся: электрокорунд, карборунд (карбид кремния), карбид бора, синтетические алмазы, кубанит (кубический нитрид бора), эльбор, славутич и др.

Абразивные материалы делятся на шлифзерно, шлиф-порошки, микропорошки и тонкие микропорошки. Из абразивных материалов изготовляются всевозможного рода абразивные круги, бруски, абразивные шкурки и ленты, порошки и пасты. Абразивные круги, с помощью которых выполняются шлифование и заточка, могут быть изготовлены из природных или искусственных абразивных материалов.

В качестве связки при изготовлении абразивных кругов и брусков применяются керамические, бакелитовые, вулканитовые, металлические и другие связки.

Каждый абразивный материал характеризуется зернистостью, твердостью, механической прочностью и абразивной способностью. По зернистости абразивный материал разделяется на 28 номеров. Зернистость шлифзерна и шлифпорошков определяется в сотых долях миллиметра, а микропорошков - в микрометрах. Установлены следующие показатели зернистости: шлифзерно - 200, 160, 125, 100, 80, 63, 50, 40, 32, 25, 20, 16; шлифпорошки - 12, 10, 8, 6, 5, 4, 3; микропорошки - М63, М50, М40, М28, М20, М14; тонкие микропорошки - М10, М7, М5.

По твердости абразивные круги и бруски маркируются следующим образом: мягкие - М (М1, М21, МЗ), среднемягкие - CM (CM1 и СМ2); средние - С (С1 и С2); среднетвердые - СТ (СТ1, СТ2 и СТЗ); твердые - Т (Т1 и Т2); весьма твердые - ВТ (ВТ1 и ВТ2); чрезвычайно твердые - ЧТ (ЧТ1 и ЧТ2).

Каждый абразивный круг имеет клеймо, в котором указывается абразивный материал, твердость, зернистость и максимальная скорость вращения, а также клеймо предприятия-изготовителя. Твердость абразивного круга определяется твердостью связующего материала. Номер абразивного круга указывает на его зернистость. Чем больше номер, тем выше зернистость (больше диаметр зерна).