 |
Полимерные материалы. Получение методом полимеризации и конденсации
|
|
|
|
Структура битума в АБ (схема)
Битум- сложная смесь высокомолекулярных углеводородов и их неметаллич. производных (соединения углерода с кислородом, серой, азотом).
Элементарный химический состав всех битумов примерно одинаковый: С(70-80 %); Н(15 %);О (10%);S(до 5%); N(до 3%).
Поскольку выделить индивидуальные углеродные соединения из битумов сложно, поэтому из битумов спец. Методами выделяют группы углеводородов с более или менее сходными свойствами т.е. определяют групповой состав. Групповой состав –сюда включают основные группы углеводородов в процентах: 1)асфальтены- твердые вещ-ва (10-25%); 2) смолы(20-40%); 3)масла (45-60%); 4) парафины (до 5%); 5) асфальтогеновые кислоты их адгидриды (до 1%).
Масла- легко растворяются в бензине, придают текучесть, снижают температуру размягчения.
Смолы- более сложн. структура чем масел, много сернистых и азотных соединений, хорошо растворяются в этиловом спирте, а так же в бензине и флорофоре. Они придают растяжимость и эластичность.
Асфальтены- твёрдые неплавкие вещ-ва, от них зависит вязкость и температура размягчения.
Парафины -нейтральная вязкоподобная масса, плавятся +50 С0;при их содержании более 3% увелич. хрупкость битума.
Групповой состав не является постоянным, под влиянием факторов внешней среды масла→ в смолы, а смолы→ асфальтены.
Определен. соотношение между группами определяет свой-ва битумов. К этим свойствам относятся вязкость, старение, хрупкость и эластичность. В поставляемых партиях битума групповой состав указывается как факультативное требование. В среднем основн. часть молекул битума состоит из «скелета» состоящего из 30-150 атомов углерода.
Дисперстные структуры битумов
|
|
|
В зависимости от содержания групп битума различают следующие дисперстные структуры: гель, золь, золь-гель.
Гель- образуется при повышенном содержании в битуме асфальтенов и масел, малым содержанием смол.
Согласно с принятой классификацией битумы с таким показателем относят к 1-му структурному типу. К 1-му типу относятся строительные марки.
Золь- характер. пониженным содержанием асфальтенов и повышенным содержанием смол, пониженным содержанием масел.
Ко 2-ой группе относятся жидкие битумы при нормальной температуре и вязкие переходящие при нагреве в жидкие.
Золь-гель- битумы 3-его типа наиболее пригодны для дорожного строительства
Сварка и резка металлов
Под сваркой понимают процесс соединения отдельных частей металла в одно неразъемное целое при местном нагреве до пластического состояния или до плавления, а иногда и без нагрева (холодная сварка).Сварные конструкции почти полностью вытеснили в строительстве клепаные. Сварные изделия успешно заменяют литые, кованые, прокатанные. Сварка может осуществляться плавлением и давлением.Сварка плавлением универсальна. К ней относят электродуговую, электрошлаковую, газовую.При электродуговой сварке для расплавления металла используют тепловую энергию электрической дуги, имеющей высокую температуру (до 6000° С), образующейся между свариваемым (основным) металлом и концом электрода. Для электродуговой сварки применяют как постоянный ток, получаемый oi сварочных преобразователей, так и переменный, получаемый от сварочных трансформаторов. Напряжение холостого хода источников питания дуги обычно принимают равным 65-70 в. Источник питания рассчитаны на силу тока до 1000 а и более.Электродуговая сварка подразделяется на ручную, полуавтоматическую, при которой механизируется подача электродной про волоки, и автоматическую с механизацией всех основных операций.При ручной электродуговой сварке металла один провод от источника тока присоединяется к свариваемому металлу, а другой - к стержню, называемому электродом. При удалении электрода от изделия на 2-3 мм образуется электрическая дуга.Сварной шов при ручной и автоматической сварках металлическим электродом образуется за счет расплавления свариваемого металла и электрода. Качество сварного шва в значительной степени зависит от химического состава основного металла, применяемых электродов, флюсов, режима сварки, тщательности подготовки кромок и других факторов.Для защиты расплавленного металла от вредного влияния кислорода и азота воздуха, легирования металла шва и придания электрической дуге устойчивости применяют качественные электроды. В состав обмазок электродов вводят шлако- и газообразующие, ионизирующие, легирующие, раскисляющие компоненты, а также связующие вещества.Автоматическая сварка под флюсом разработана в Институте электросварки АН УССР им. Е. О. Патона. Этот прогрессивный метод сварки заключается в следующем. Место сварки покрывается слоем гранулированного флюса, поступающего из бункера. Автоматически перемещающаяся сварочная головка подает к месту сварки электродную проволоку из бухты.Металл плавится под слоем флюса. Флюс на поверхности расплавленного металла образует корку шлака, легко удаляемую после остывания сварного шва. В результате надежной защиты металл швов, выполненных автоматической сваркой, имеет низкоесодержание кислорода и азота.Автоматическую сварку металла применяют не только для соединения деталей в конструкции, но и для изготовления индустриальных элементов. Например, на заводах металлические листы сваривают в полотна, которые сворачивают в рулоны, а на монтажной площадке сваривают их них конструкции.Таким способом изготавливают корпуса резервуаров, трубы больших диаметров, воздухонагреватели и другие конструкции.Применяют и полуавтоматическую сварку под флюсом. Основана она на выделении тепла при прохождении электрического тока через расплавленный шлак (бездуговой процесс).Сварка в защитных газах (газоэлектрическая сварка) является разновидностью дуговой сварки. Электрическая дуга горит в аргоне, гелии, углекислом газе и др. Газ, подводимый в зону горения сварочной дуги, защищает расплавленный металл от насыщения кислородом и азотом. При газовой сварке нагрев и расплавление основного металла происходят за счет сгорания газов с большой теплотворной способностью (применяют преимущественно ацетилен) и высокой температурой сгорания их в атмосфере кислорода.Однако для сварки легкоплавких металлов может быть применен природный газ - метан, а также сжиженные пропан-бутановые смеси и водород.Ацетилен С2Н2 получают в генераторах из карбида кальция при действии на него воды:СаС2 + 2Н20 = Са(ОН)2 + СН2.Карбид кальция получают сплавлением негашеной извести с коксом в электрических печах. При сгорании смеси ацетилена с кислородом развивается температура до 3100-3200° С.Процесс сварки заключается в следующем. Ацетилен, образовавшийся в генераторе, по резиновому шлангу поступает в горелку. Кислород из баллона через редуктор, регулирующий давление на выходе, по другому шлангу тоже поступает в горелку и, смешиваясь с ацетиленом, образует горячую смесь. Одновременно с расплавлением свариваемых кромок расплавляется присадочный металл в виде проволоки.Сварка давлением. К способам сварки давлением относят электрическую контактную, газопрессовую, сварку с нагревом трением и холодную.Контактная сварка основана на нагревании металла электрическим током, проходящим через свариваемые детали. При этом наибольшее количество тепла выделяется в месте контакта. Сварка осуществляется в результате приложения давления.Различают следующие виды контактной сварки: стыковую, точечную и шовную (роликовую).При стыковой сварке свариваемые детали соединяются по всей площади их соприкосновения. Стыковой сваркой сваривают арматуру, прокатные профили - угловую сталь, швеллеры, двутавры, рельсы, а также трубы.Точечная сварка представляет собой вид контактной сварки, при которой металлические детали соединяются в отдельных точках. Этот вид сварки применяют для сварки арматурных сеток и каркасов.При шовной (роликовой) сварке кромки свариваемых деталей пропускают между вращающимися электродами, имеющими форму роликов. Процесс сварки происходит непрерывно. Этот вид сварки применяется для получения плотных соединений тонких листов.При газопрессовой сварке свариваемые детали, например концы труб, закрепляют в зажимах сварочной машины. Нагрев металла до требуемой температуры осуществляется полукольцевыми многопламенными газовыми горелками. Нагретые до пластического состояния, концы труб сжимают, благодаря чему происходит осадка стыков и образуется сварное соединение.Холодная сварка давлением осуществляется посредством пластической деформации свариваемых участков металла. Применяется главным образом в электромонтажных работах при стыковке проводов. Этим способом хорошо свариваются однородные металлы (например, медь + медь; алюминий + алюминий), а также разнородные (алюминий + медь).В последнее время распространены новые прогрессивные способы сварки - радиочастотная, ультразвуковая и диффузионная в вакууме.Радиочастотная сварка основана на том, что радиочастотные токи пропускают через свариваемое изделие. Эти токи расплавляют металл на кромках, при сближении которых получают прочное соединение.Ультразвуковая сварка. Это "холодная" сварка металла, сжатого в стыках, подвергающихся воздействию энергии ультразвука, вырабатываемого магнитострикционным вибратором, питающимся от лампового генератора. Роль ультразвука при сваривании металла сводится к разрушению в местах сварки окисной пленки, благодаря чему при сильном сжатии деталей происходит прочное их соединение.Диффузионная сварка в вакууме. Свариваемые детали помещают в вакуумную камеру, где нагревают до заданной температуры. После этого их сжимают между собой. Благодаря способности металла диффундировать свариваемые детали прочно соединяются. Этим способом можно сваривать разнородные металлы, которые трудно свариваются в обычных условиях (сталь с чугуном, медь с алюминием и др.).В последнее время широко применяют склеивание металла, заменяющее сварку. Особенно рационально склеивание тонких листов металла в сочетании с точечной сваркой.Газовая резка металлов заключается в том, что нагретый металл сгорает в струе кислорода.Резке поддаются углеродистые стали, содержащие менее 0,7% углерода, и низколегированные стали. Для резки высоколегированных сталей и чугунов применяют флюсокислородную резку, при которой тугоплавкие окислы растворяются флюсом.Цветные металлы (медь, латунь, бронза) обладают высокой теплопроводностью. При их резке кислородом образуются тугоплавкие окислы. Поэтому кислородная резка этих металлов возможна только с применением специальных флюсов и предварительным подогревом до 200-400° С.При кислородной резке в качестве горячего газа применяют ацетилен, природный газ, бензино-бензольную смесь и керосин. Применяют также дуговую и плазменно-дуговую резку.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
полимерные материалы. Получение методом полимеризации и конденсации
На ряду с органическими и минеральными вяжущими имеются материалы и изделия на основе пластмасс – их называют полимерные материалы.
Такие материалы применяют:
1.) Для укрепления грунтов в дорожной одежде;
2.) В качестве модифицирующих добавок к бетонам, асфальтобетонам, цементобетонам;
3.) В качестве отделочных, гидроизоляционных и звукоизоляционных материалов;
4.) В качестве поверхностных изделий.
Общие сведения о полимерах:
Полимеры – высокомолекулярные вещества, молекулы которых состоят из огромного количества молекул низкомолекулярных соединений, соединенных друг с другом силами ковалентных связей в макромолекулы.
Макромолекулы во много тысяч раз больше обычных молекул.
Н2О – 3 атома, М=18; СаСО3 – 5 атомов, М=100
Молекулы полимеров содержат сотни тысяч атомов, а их молекулярная масса 10 000 - 100 000 в V.
Например: молекула целлюлозы (природный полимер) построена из 1 200 000 молекул с молекулярной массой 300 000
Полиэтилен: М=до 40 000
Полимеры
Органические Неорганические
Главное отличие органических от неорганических – наличие в их молекулах атомов углерода (С).
В строительстве наиболее распространены искусственные органические полимеры.
В большинстве органические полимеры содержат многократно повторяющиеся и элементарные звенья.
В основную цепь макромолекулы полимера могут включаться атомы (R) кремния (Si), Al,Ti,Ni – элементо - органические полимеры.
Органические по структуре:
-линейные; - разветвленные; - сетчатые(трехмерные).
Органические полимеры имеют аморфную структуру
В зависимости от способа полимеры:
Термопласты Реактопласты
Если в процессе полимеризации участвуют 2 и более мономера, то процесс – сополимеризация, а продукт – сополимер.
В процессе поликонденсации протекают более сложные химические реакции, в результате чего образуется не только основной продукт, но и побочные соединения (вода, спирт).
Химический состав сополимера всегда отличается от химического состава исходных продуктов поликонденсации, а полимеризационные полимеры получают путем соединения исходных мономеров в другие цепи.
Все синтетические высокомолекулярные соединения полученные полимеризацией и поликонденсацией называют синтетическими смолами.
По отношению к нагреванию:
Термопластичные Термореактивные
Термопласты: при нагревании размягчаются с последующим плавлением, а при охлаждении снова затвердевают.
Термопласт. Смолы: -полиэтилен
-полипропилен
-поливинилхлорид
-полистирол
|
|
|
