Неметаллические материалы

Полимеры

Полимеры делятся на: природные, искусственные и синтетические.

Природные: белки, целлюлоза, крахмал, каучук, природные смолы.

Искусственные: получаются путём обработки природных полимеров.

Синтетические: полиэтилен, полипропилен, фенолоформальдегидные смолы.

У полимеров атомы или атомные группы могут располагаться в виде открытой цепи (эпоксидные смолы); цепи с разветвлением; в виде трехмерной пространственной сетки (например, отверждённые эпоксидные смолы)

Полимеры, молекулы которых состоят из одинаковых мономерных звеньев, называются гомополимерами (например, поливинилхлорид, целлюлоза).

Полимеры, макромолекулы которых содержат несколько типов мономерных звеньев, называются сополимерами.

Линейные полимеры обладают способностью образовывать анизотропные волокна и плёнки, способность к большим обратимым деформациям

Полимеры могут существовать в кристаллическом и аморфном (стеклообразном) состояниях.

Незакристаллизованные полимеры могут находиться в четырёх физических состояниях: кристаллическом, стеклообразном, высокоэластичном (твёрдая фаза) и вязкотекучем (жидкая фаза).

Полимерные материалы делятся на три основные группы: пластические массы, каучуки, волокна химические. Они широко применяются во многих областях человеческой деятельности.

Полимеры в машиностроении.

Из полимеров изготавливают конструктивно сложные и ответственные детали машин и механизмов, корпусные крупногабаритные детали, несущие значительные нагрузки. Корпуса мелких судов – катеров, шлюпок, яхт, лодок строятся из пластических масс. Использованию полимерных материалов в машиностроении препятствовали их низкие прочность и теплостойкость. Рубеж прочностных свойств полимерных материалов удалось преодолеть переходом к композиционным материалам, главным образом стекло и углепластикам.

Полимеры используются при массовом производстве деталей, которым не требуется особенно высокая прочность. Много полимеров используются в области внутренней и внешней отделки.

Почти три четверти внутренней отделки салонов всех видов транспорта выполняется из декоративных пластиков, синтетических плёнок, тканей, искусственной кожи. За рубежом некоторые фирмы начали производство цельнопластмассовых автомобилей. Это обеспечивает малоотходное формование блоков и узлов, снижает вес автомобиля, упрощает сборку.

Для многих машин и аппаратов антикоррозионная отделка синтетическими материалами обеспечивает их надёжную и долговременную эксплуатацию.

Большинство функциональных деталей тормозных систем для автомобилей и около 45% для железнодорожного подвижного состава делаются из синтетических пресс-материалов. Большое количество зубчатых колёс изготавливаются из прочных конструкционных полимеров. Шестерённые колёса могут работать почти без износа в контакте со стальными шестернями, не нуждаются в смазке и почти бесшумны.

В районе Быгдощи установлен первый в Польше (вероятно, и в мире) пластмассовый шлюз. Работает без замечаний.

Материалы на основе полимеров.

Для улучшения свойств полимерных материалов в их состав вводят: стабилизаторы; пластификаторы; смазки; антипирены; красители; легирующие добавки.

Стабилизаторы служат для защиты изделий от старения. Принцип действия стабилизаторов основан на подавления процессов разрушения от воздействия внешних факторов.

Пластификаторы повышают пластичность и эластичность полимерного материала.

Смазки облегчают извлечение полимерных изделий из пресс-форм.

Антипирены – вещества уменьшающие горючесть полимеров.

Красители придают изделиям из полимеров желательный оттенок.

Легирующие добавки – это специальные примеси, которые снижают статическую электролизацию (антистатики); вещества устраняющие биологическую повреждаемость полимеров (антимикробные добавки).

Одним из продуктов полимеров является полиэтилен. Существует его несколько видов. Он влагостоек и газонепроницаем, эластичен, устойчив к действию кислот и щелочей, хороший диэлектрик. Однако имеет недостаточную механическую прочность и невысокую теплостойкость (не более 80 ).

Ещё один продукт из полимеров поливинилхлорид (ПВХ). Его существует несколько модификаций. Пластифицированный поливинилхлорид называют пластикатом. Непластифицированный листовой материал – винипластом.

Поливинилхлорид нашел широкое применение в машиностроении, химической и сельскохозяйственной промышленности. На его основе изготавливают пленки, листы, трубы, искусственные кожи, клеи, линолеумы.

Винипласт имеет хорошие механические свойства, химическую стойкость, легко обрабатывается резанием. Рабочая температура от 0 до +40 . При отрицательных температурах становится хрупким.. При температуре 120-140, размягчается.

Фторопласты. Эти полимеры состоят преимущественно из углерода и фтора. Достоинство - высокая стойкость к воздействию агрессивных сред, за исключением плавиковой (фтористо-водородной) кислоты. Фторопласты термостойки. Температура их интенсивного термоокислительного разложения составляет 400 . Фторопласты некоторых марок имеют уникальные антифрикционные свойства. Так фторопласт-4 (политетрафторэтилен) в семь раз ниже коэффициента трения стали по бронзе. Он работает в интервале температур от минус 250 до + 260.

Фторопласты имеют высокую износостойкость при трении без подвода смазочного материала.

Полиамиды – полимерные материалы, содержащие в макромолекуле азот. Среди многообразия полиамидов П6, известный как капрон. Из него делают подшипники, зубчатые колёса, корпуса, крышки, прокладки, шайбы. Из полиамидов изготавливаются нити, корд, ткани.

Полистирол – продукт полимеризации стирола. Как материал- это бесцветный прозрачный материал, обладающий водостойкостью, высокими электроизоляционными свойствами. Одной из модификации стирола – полиметилметакрилат известный, как органическое стекло.

Полимеры сложных виниловых эфиров используются в качестве основы адгезионных материалов. Представителем этой группы – поливинилацетат известный как клей ПВА.

Пластмассы.

Пластмассы это современный конструкционный материал. Они обладают малой плотностью, высокой удельной прочностью, низкой теплопроводностью, химической стойкостью, электроизоляционными свойствами, хорошей звукоизоляцией. Как правило, у пластических масс высокие технологические свойства. Их можно формовать, прессовать, обрабатывать на металлорежущих станках, склеивать или сваривать.

Пластмассы делятся на термопластичные и термореактивные. Термопластичные - при каждом нагревании размягчаются, а при охлаждении затвердевают. Термореактивные - при нагревании размягчаются, а затем затвердевают и больше на повторный нагрев не реагируют.

Пластические массы это искусственные материалы, которые в своей основе могут изготавливаться с наполнителем или без него.

Пластмассы без наполнителя чаще бывают термопластичные. Примерами этого вида пластмасс служит полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, органическое стекло, фторопласт.

Полиэтилен имеет высокую эластичность, химически стоек, морозостоек. Его недостатки: невысокая теплостойкость (до 60 ).

Полипропилен аналогичен полиэтилену, но более теплостоек (до 150), но менее морозостоек (до -10),

Поливинилхлорид используют для производства винипласта, который обладает высокой прочностью, хорошими электроизоляционными свойствами.

Полистирол – это твёрдый, жесткий, прозрачный полимер. Имеет очень высокие электроизоляционные свойства. Полистирол имеет низкую теплостойкость, склонность к старению.

Оргстекло изготавливают на основе полиакриловой смолы. Имеет высокую оптическую прозрачность, обладает химической стойкостью.

Фторопласты обладают среди пластмасс наибольшей термической и химической стойкостями. Обладает хорошими антифрикционными электроизоляционными показателями.

Большая группа пластмасс являются смесью полимера с наполнителями, который используется в виде порошка. Поэтому появился термин «порошковые пластмассы». Полимер в пластмассах служит связующим материалом. Наполнители необходимы для повышения прочности и получения необходимых свойств. Наполнителем может использоваться цемент, тальк, графит, тальк, глина, древесная мука. Кроме наполнителя в пластмассу входят: отвердители, для перехода смеси в твёрдое состояние; пластификаторы для снижения хрупкости и повышения пластичности; стабилизаторы, замедляющие или предотвращающие процесс старения.

К недостаткам порошковых пластмасс относится сравнительно низкая теплостойкость, а для некоторых пластмасс, склонность к старению.

При изготовлении пластмасс, закладывают желаемые свойства. Так, некоторые пластмассы обладают оптической прозрачностью, хорошими фрикционными, а другие, наоборот, антифрикционными свойствами.

Пластмассы с органическим наполнителем применяют для ненагруженных деталей общетехнического назначения. Чаще всего это корпуса, кнопки, рукоятки, декоративные элементы. Минеральные наполнители придают пластмассам повышенные электроизоляционные свойства, химическую стойкость, водостойкость. Чаще такие пластмассы изготавливаются на основе термореактивных связующих.

Распространенным представителем порошковой пластмассы служит карболит, который изготавливается из фенолформальдегидной смолы с наполнителем из древесной муки или глины. Карболит обладает хорошей электроизоляцией, но имеет ограниченную температуру эксплуатации, не более 80С. Из него изготавливаю детали электрооборудования.

Кроме порошковых существуют слоистые пластмассы. Примером тому могут служить гетинакс и текстолит.

Гетинакс – пластик полученный горячим прессованием листов бумаги, пропитанных фенолформальдегидной смолой (бакелитом). Обладает высокими диэлектрическими свойствами. Применяется для изготовления деталей электрооборудования, в качестве декоративного и отделочного материала. Гетинакс устойчив к действию химикатов. Он эксплуатируется до температуры в 120 – 140 С.

Текстолит – изготавливают, как и гетинакс, только в качестве основы используют хлопчатобумажную ткань. Он обладает высокой механической прочностью, высокими антифрикционными и диэлектрическими свойствами, хорошей износоустойчивостью. Стоек до температуры не более 80 градусов. Применяется для изготовления изоляционных материалов, отделочных работ, изделий технического и бытового назначения.

Разновидностями типов текстолита служат асботекстолит и стеклотекстолит. Наполнителем в асботекстолите служит асбестовая ткань. Имеет хорошие теплоизоляционные и фрикционные свойства. Из асботекстолита изготовляют фрикционные накладки для дисков сцепления и тормозные колодки. Из стеклотекстолита (стеклопластиков) изготовляют крупногабаритные детали. В частности, они применяются для изготовления кузовов автомобилей.

Прессованием также получают стекловолокнистый анизотропный материал (СВАМ), который получают прессованием листов стеклошпона, пропитанных смолой. Листы складывают со взаимно перпендикулярными слоями, наподобие производства фанеры. Этот материал обладает высокой прочностью, хорошими электроизоляционными свойствами и высокой теплостойкость до 400С.

На основе синтетических смол изготавливают газонаполненные пластмассы, которые содержат газовые включения. В пенопластах поры, заполненные газом, не соединяются друг с другом и формируют газовые объёмы. Они характеризуются малой плотностью, водостойкостью, тепло-, звуко- и электроизоляцией.

Поропласты (поролон) газонаполненные пластмассы, поры которых сообщаются между собой. Они представляют мягкие эластичные материалы, обладающие водопоглощением.

Дата добавления: 2014-01-06