Лекции по "Материаловедению"

(стеклотекстолиты),  газовые   (газонаполненные:   поропласты,   пенопласты,

сотопласты);  3)   пластификаторы   –   жидкие   вещества,   для   повышения

эластичности материала; 4) отвердители;  5)  краски  (оксиды  металлов),  их

вводят  для  изменения   цвета   пластмасс.   Пластмассы:   термопластичные,

термореактивные и газонаполненные.

50. Термопластичные пластмассы. Свойства,  область  применения  (на  примере

полиэтилена и фторопласта).

1. Полиэтилен (ПЭ). Состав мономера: [–CH2–CH2–]n.  Этилен  [–CH2–CH2–]  при

комнатной t находится в газовом состоянии, t кипения составляет  -140°C.  ПЭ

бывает  двух  видов:  1)Низкой  плотности  высокого  давления  ПЭНП  (ПЭВД),

разветвлённая структура, плотность ? = 0,91-0,92 г/см3,  tэкспл  =  -70(120-

140°C, tплавл = 110-125°C; 2) ПЭВП (ПЭНД),  линейная  структура,  ?  =  0,96

г/см3, tэкспл = -70(140-150°C, tплавл = 150°C.  Недостаток  –  старение  ПЭ.

При воздействии ионизованного излучения увеличивается прочность материала  и

теплостойкость.  Применение:  упаковочная  плёнка,  литьё  бутылок,   трубы,

электроизоляционный кабель.

2. Фторопласт (ФП). Состав  мономера:  [–CF2–CF2–]n.  ФП  обладает  аморфной

кристаллической структурой. Плотность ? = 0,25, tэкспл.  =  -269  (  +250°C.

Химически  стоек  к  действию  растворителей.  ФП  обладает   очень   низким

коэффициентом трения ? = 0,04. Недостаток  ФП:  трудность  его  переработки.

Применение: насосы, винтили, антифрикционные покрытия.

51. Термореактивные пластмассы. Свойства,  область  применения  (на  примере

текстолитов).

Текстолит относят к слоистым пластикам. Связующее  в  этом  полимере  –  это

термореактивные  смолы.  Наполнители:  хлопчатобумажные  ткани.  Среди  всех

слоистых пластиков этот материал обладает наибольшей способностью  поглощать

вибрационные  нагрузки.  Кроме  этого  хорошо  сопротивляется  раскалыванию.

Применяют для зубчатых колёс и как  вкладыши  для  подшипников.  Температура

эксплуатации: -60 ( 60-80°C.

52. Газонаполненные пластмассы. Строение. Область применения.

Это гетерогенные  (сост.  из  нескольких  фаз)  химически  сложные  системы,

состоящие  из  твёрдой  и  газообразной   фаз.   В   качестве   связывающего

используются термопласты (или реактопласты), которые образуют  стенки  ячеек

или  пор.  В  качестве  наполнителей   используют   газообразные   в-ва.   В

зависимости от физической  структуры  газонаполненные  пластмассы  делят  на

пенопласты,  поропласты  и  сотопласты.  Пенопласт  –  система,  в   которой

присутствуют замкнутая ячеистая структура, а газовый наполнитель  изолирован

от окр. среды тонкими  слоями  полимерного  связующего.  Замкнутая  ячеистая

структура   обеспечивает   высокие   теплоизоляционные   св-ва   и   хорошую

плавучесть.  Прочность  таких  материалов  низкая  и  зависит  от  плотности

материала. ? = 20-300 кг/м3. Применяется для изоляции кабин,  холодильников,

рефрижераторов,  труб  (поропласт),  в  авиа-,   кораблестроении,   на   ж/д

транспорте. Поропласт – материал с открыто-пористой структурой.  Применяется

для впитывания жидкости. ? = 130-500 кг/м3.  Сотопласты  –  тонкие  листовые

материалы, выполненные  в  форме  гофра,  которые  затем  сшиваются  в  виде

пчелиных сот. Материалом для  гофров  служат  ткани,  которые  пропитываются

различными связующими.  Применение:  тепло-  и  звукоизоляционные  материалы

(авиация),  обладают   радиопрозрачностью,   используются   для   заполнения

многослойных панелей в авиа- и судостроении.

53. Эластомеры и резины. Процесс вулканизации.

Эластомеры – это материалы, которые при приложении  нагрузки  удлиняются,  а

при  снятии  нагрузки  восстанавливают  свою  первоначальную  форму.  Цепные

макромолекулы под действием нагрузки распрямляются, а  при  снятии  нагрузки

сворачиваются. Для данного состояния характерна  сегментальная  подвижность,

кроме  этого,  данные  полимеры  должны  обладать   определённым   межцепным

свободным  пространством  для  осуществления  движения  сегментов.  Наиболее

распространённым эластомером явл. каучук C5H8. На  основе  каучука  получают

резины. Молекулы чистого каучука слабо связаны друг с другом, поэтому  легко

отделяются одна от другой. В результате этого каучук прилипает к  предметам,

с которыми  он  взаимодействует.  Для  устранения  этого  дефекта  применяют

вулканизацию. Вулканизация – нагрев каучука  вместе  с  серой.  При  нагреве

сера разрывает двойные связи в молекуле каучука и образуются  мостики  между

линейными цепочками каучука. Свойства каучука зависят  от  содержания  серы,

до 30% S – твёрдый каучук (шайбы).

54. Пластмассы как конструкционный материал.

Полиэтилен, фторопласт, текстолит. Малая плотность материала ? =  1-2  т/м3.

Низкие   значения   модуля   упругости   и   других   мех.   св-в.    Низкая

теплопроводность. Хорошие изоляционные  свойства  (электро,  звуко,  тепло).

Для них характерно старение материалов и ползучесть.

55.  Стекло.  Строение.  Классификация  по  составу.  Влияние   состава   на

свойства. Область применения.

Неорганическое стекло – химически  сложные  аморфные  изотропные  материалы,

которые обладают свойствами  хрупкого  твёрдого  тела.  Стёкла  состоят:  1.

Стеклообразователи – основа: а) SiO2 – силикатное стекло, если SiO2  >  99%,

то это кварцевое стекло; б) Al2O3 + SiO2 – алюмосиликатное стекло;  в)  B2O3

+  SiO2  –   боросиликатное   стекло;   г)   Al2O3   +   B2O3   +   SiO2   –

алюмоборосиликатное стекло; 2. Модификаторы, вводятся  для  придания  стеклу

определённых св-в. Ввод оксидов щелочноземельных  металлов  (I,  II  группа:

Na, K) уменьшает температуру  размягчения.  Оксиды  хрома,  железа,  ванадия

придают стеклу определённые цвета.  Оксиды  свинца  увеличивают  коэффициент

преломления. По количеству модификаторов стёкла бывают трёх типов:  щёлочные

– стёкла, в которых содержится модификаторов до 20-30%, бесщёлочные – до  5%

модификаторов, кварцевое  стекло  –  модификаторов   нет;  3.  Компенсаторы,

подавляют негативное воздействие  модификаторов.  Стёкла  в  автомобилях,  в

стеклопластиках, оптика, теплопроводимость низкая, не растворимы в  кислотах

(кроме плавиковой HF) и щёлочах.

56. Механические свойства стекла. Методы повышения прочности.

Свойства стёкол: Стёкла отличаются высокой твёрдостью и пределом  прочности.

Теоретически предел прочности достигает 10-12 ГПа. Модуль упругости E  =  70

ГПа. Твёрдость по Виккерсу HV ~ 750 кгс/мм2.  Практически  предел  прочности

составляет 50-100  МПа.  Низкий  ?В  объясняется  след.  факторами:  высокий

коэффициент линейного расширения. Поэтому, когда  стекло  остывает,  на  его

поверхности образуются растягивающие напряжения. Это  приводит  к  появлению

трещин   на   поверхности.   Кроме   этого,    стекло    является    хорошим

теплоизолятором,  что  также  приводит  к  образованию  трещин.  Стекло   не

сопротивляется динамическим нагрузкам.

Способы  упрочнения  стёкол:  1)  травление  с  целью  удаления   дефектного

поверхностного слоя. Предел прочности увеличивается до  3000  МПа.  Но  этот

способ  малоэффективен,  т.к.  в   дальнейшем   стекло   взаимодействует   с

абразивными  частицами  или  др.  твёрдыми  материалами;  2)   создание   на

поверхности  сжимающих  напряжений.  Это  достигается  путём  закалки.  Идёт

нагрев  до  определённой  температуры,  а  затем  производят  охлаждение   в

заданном режиме  (температура  нагревания,  охлаждение  и  время  выдержки).

Предел прочности в этом случае увеличивается до 1000-1500 МПа; 3)  нанесение

на поверхность стёкол полимерных материалов. Полимерное связующее  склеивает

микротрещины на поверхности стекла.

57. Ситаллы.

Ситаллы – частично закристаллизовавшиеся стёкла.  По  структуре  от  обычных

стёкол отличаются тем, что в них водят затравки (это соли  серебра,  золота,

меди, свинца и т.д.). Эти стёкла непрозрачны. По способу  получения  ситаллы

различаются на фотоситаллы и термоситаллы.