Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Материалы из органических веществ




Неорганические полимерные материалы

Основой неорганических полимерных материалов являются, главным образом, оксиды и бескислородные соединения металлов.

Эти материалы характеризуются негорючестью, высокой стойкостью к нагреву, химической стойкостью. Они не подвержены старению, обладают большой твердостью и хорошей сопротивляемостью сжимающим нагрузкам.

Наряду с этим неорганические полимерные материалы обладают повышенной хрупкостью, плохо переносят резкую смену температур, слабо сопротивляются растягивающим и изгибающим усилиям, имеют большую плотность по сравнению с органическими полимерными материалами.

Графитовые материалы

Графит - неорганический полимерный материал, кристаллическая решетка которого образована параллельными слоями гексагональных сеток.

Графиты по происхождению разделяют на природные и искусственные. Источником природных графитов являются минералы.

Графит, предназначенный для изготовления активных масс щелочных аккумуляторов и масс для графитизированных антифрикционных изделий из цветных металлов, выпускается следующих марок:

ГАК-1 - - для аккумуляторных изделий специального назначения;

ГАК-2, ГАК-3 - для изготовления активных масс щелочных аккумуляторов и масс графитизированных антифрикционных изделий из цветных металлов.

Искусственные графиты по виду исходного сырья делят на технические (ПРОГ, ПГ-50) и пиролитические (пирографиты). Для получения технических графитов используется твердое сырье, например, нефтяной кокс с каменноугольным пеком в качестве связующего. Пирографиты получают из газообразного сырья (например, метана и др. )

Среди способов воздействия на свойства графитов можно выделить три основные группы: легирование (Nb, Та, Si) с целью создания мелкозернистой структуры с высокой твердостью и прочностью материала; химико-термическая обработка - силицирование; покрытие керамикой.

Графит применяют в эксплуатируемых при высоких температурах конструкциях летательных аппаратов и двигателей, в энергетических ядерных реакторах в качестве антифрикционного материала и в виде углеграфитовых изделий. Графит может применяться и как проводник тепла, и как теплоизолятор.

Неорганическое стекло

Неорганическое стекло - аморфный полимерный материал, получаемый при твердении расплава оксидов Si, A1, В, Р, As, Pb и других элементов. Оно не имеет определенной точки плавления или затвердевания и при охлаждении переходит из расплавленного жидкого состояния в высоковязкое, а затем в твердое, сохраняя при этом неупорядоченность и неоднородность внутреннего строения.

В составе неорганического стекла:

· стеклообразующие оксиды;

· модифицирующие оксиды (щелочные и щелочноземельные) вида Ме2О и МеО, изменяющие физико-химические свойства стекол;

· технологические добавки (оксиды алюминия, железа, свинца, титана, бериллия и др.)» замещающие стеклообразующие оксиды и придающие стеклу необходимые потребительские свойства.

К потребительским свойствам неорганических стекол относятся прозрачность, высокая стойкость к атмосферным воздействиям, водо- и воздухонепроницаемость, термостойкость. Стекло поддается механической обработке: его можно пилить циркулярными пилами с алмазной набивкой, обтачивать победитовыми резцами, резать алмазом, шлифовать, полировать.

Неорганические стекла классифицируются по виду стеклообразующего вещества, модификаторов, по технологии изготовления и назначению.

По виду стеклообразующего вещества неорганические стекла делятся на силикатные (SiO2), алюмосиликатные (Аl2О3 - SiO2), боро-силикатные (В2О3 - SiO2y), алюмоборосиликатные (Аl2О3 - В2О5 - SiO2), алюмофосфатные (Аl2О3 - P2O5), халъкогенидные (например, As31 Ge30 Se21 Te180), галогенидные и другие стекла.

По виду модификаторов различают щелочные, бесщелочные и кварцевые неорганические стекла. Прочность щелочных стекол под действием влаги уменьшается вдвое, так как вода выщелачивает стекло. При этом образуются щелочные растворы, которые расклинивают стекло, вызывая микротрещины в поверхностном слое.

По технологии изготовления неорганическое стекло может быть получено выдуванием, литьем, штамповкой, вытягиванием в листы, трубки, волокна и др. Стекло выпускается промышленностью в виде готовых изделий, заготовок и отдельных деталей.

По назначению неорганические стекла делятся на техническое строительное и бытовое (стеклотара, посудное, бытовое и др.).

Техническое стекло по области применения делится на электротехническое, транспортное, оптическое, светотехническое, термостойкое, тугоплавкое, легкоплавкое, химико-лабораторное и др.

Электротехническое стекло как диэлектрик используют для колб осветительных ламп и радиоламп, в электровакуумных устройствах, для изоляторов, для герметизации интегральных схем.

Транспортное стекло в машиностроении эффективно применяется как конструкционный материал при условии нейтрализации хрупкости, что достигается его закалкой, как правило, в воздушном потоке. Разновидностями транспортного стекла являются триплексы и термопан, применяемые для остекления в транспортных средствах, скафандрах.

Специфическими свойствами оптических и светотехнических стекол являются их оптические свойства: светопрозрачность, отражение, рассеяние, поглощение и преломление света.

Обычное неокрашенное листовое стекло пропускает до 90 %, отражает примерно 8 % и поглощает около 1 % видимого и частично инфракрасного света; ультрафиолетовое излучение поглощается почти полностью. Кварцевое стекло является прозрачным для ультрафиолетового излучения. Светорассеивающие стекла содержат в своем составе фтор. Стекло с большим содержанием РbО поглощает рентгеновские лучи.

Резинотехнические материалы

Резина - искусственный материал, получаемый специальной обработкой (вулканизацией) смеси каучука с различными добавками.

Вулканизация - превращение каучука в резину, осуществляемое с участием, так называемых вулканизирующих агентов (например, серы) или под действием ионизирующей радиации.

При вулканизации синтетических каучуков их макромолекулы связываются поперечными связями («мостиками» из серы), что позволяет повысить механическую прочность, эластичность и теплостойкость получаемых материалов - вулканизированного каучука и резины.

В отличие от каучуков резины не имеют пластических деформаций и не растворяются в органических растворителях. При нормальной температуре резина находится в высокоэластичном состоянии. Ее эластичные свойства сохраняются в широком диапазоне температур.

Основные потребительские свойства резиновых материалов:

· плотность (910...2050 кг/м3);

· низкая теплопроводность;

· эластичность = 1...10 МПа; δ = 1000 %) при времени релаксации более 10-4 с;

· несжимаемость (µ = 0,4...0,5);

· диэлектрические свойства (ρоэ = 1010...1015 Ом·см; ε = 2,5...4; tg δ = 0,005...0,01);

· химическая стойкость;

· низкие газо- и водопроницаемость;

· высокое сопротивление разрыву и износу.

Классификация по виду сырья учитывает наименование каучуков, явившихся исходным сырьем при производстве резиновых материалов:

НК - натуральный каучук,

СКБ - синтетический каучук бутадиеновый,

СКС - бутадиенстирольный каучук,

СКИ - синтетический каучук изопреновый,

СКН - бутадиеннитрильный каучук,

СКФ - синтетический фторсодержащий каучук,

СКЭП - сополимер этилена с пропиленом,

ХСПЭ – хлорсульфополиэтилен,

БК – бутилкаучук,

СКУ - полиуретановый каучук.

По своему виду наполнители для резиновых материалов различаются на порошкообразные наполнители и ткани.

По степени упорядочения макромолекул и пористости резиновые материалы могут быть мягкие, жесткие (эбонитовые), пористые (губчатые) и пастообразные. Плотность губчатой резины 100...750 кг/м3.

Среди технологических способов переработки для резиновых материалов используются выдавливание, прессование и литье.

Наиболее крупные потребители резины - шинная промышленность (свыше 50 %) и промышленность резинотехнических изделий (более 22 %).

Состав резиновых материалов

Основным компонентом резиновых материалов является каучук.

В качестве добавок при производстве резиновых материалов используются вулканизирующие вещества, ускорители вулканизации, активаторы ускорителей, наполнители, противостарители, пластификаторы и красители.

Вулканизирующие вещества (вулканизаты) - участвуют в образовании пространственно-сетчатой структуры резины. Наиболее широко применяется для вулканизации сера. Ее количество в резиновых материалах может изменяться от 1 до 40 % массы каучука, при этом увеличение содержания серы приводит к возрастанию твердости резиновых материалов. При максимально возможном насыщении каучука серой образуется твердый и жесткий материал, называемый эбонитом. Эбонит обладает высокой химической стойкостью, хорошими диэлектрическими свойствами, легко обрабатывается, но имеет низкую теплостойкость.

Ускорители вулканизации применяются для повышения технико-экономических показателей процесса вулканизации.

В качестве ускорителей вулканизации используют оксиды свинца и магния, а также различные полисульфиды в количестве 0,5... 1,5 % массы каучука. Активаторами ускорителей являются цинковые белила и магнезия.

Наполнители используются в производстве как для снижения стоимости резиновых материалов, так и для придания им необходимых физико-механических и потребительских свойств. Среди порошкообразных наполнителей наиболее широкое применение находят сажа, каолин, мел, тальк, а в качестве тканей-наполнителей используются корд, бельтинг, рукавные и другие ткани из крученных синтетических (реже хлопчатобумажных) нитей повышенной прочности.

Наполнители:

· сажа (повышает механические свойства);

· мел и тальк (удешевляют стоимость резиновых материалов);

· регенерат- продукт переработки старых резиновых изделий и отходов резинового производства.

Регенерат повышает качество резины, снижая ее склонность к старению. Пластификаторы облегчают переработку резиновой смеси и обеспечивают совмещение каучука с наполнителем. В качестве пластификаторов применяют канифоль, парафин, стеариновую кислоту и др. Количество пластификаторов может составлять 8...30 % массы каучука. Пластификаторы повышают пластичность и (или) эластичность, а также морозостойкость резины.

Красители в резиновых материалах используются для повышения эксплуатационных свойств. В качестве красителей применяют охру, ультрамарин и др. в количестве до 10 % массы каучука.

Для получения светлоокрашенных резин, предназначенных для работы в условиях повышенных температур, вместо наиболее распространенного наполнителя - сажи, используют оксиды кремния или титана.

Резиновые материалы делят на группы общего и специального назначения. Первыеиспользуются для производства изделий, работающих в воде, на воздухе, в слабых растворах кислот и щелочей при температуре эксплуатации - 35...+ 130 °С. Такими изделиями являются шины, рукава, конвейерные ленты, изоляция кабелей и др. Вторыеделятся на бензиномаслостойкие, химически стойкие, коррозионно-стойкие, светостойкие, тепло- и морозостойкие, электротехнические и износостойкие.

Бензиномаслостойкие резиновые материалы устойчивы к воздействию гидравлических жидкостей, масел, бензина, кроме того, они являются водонепроницаемыми в интервале температур - 30...+ 130 °С.

Химически стойкие резиновые материалы изготавливают на основе бутилкаучука. К изделиям из таких резин предъявляются повышенные требования по масло-, бензино-, растворителе- и теплостойкости.

Светоозоностойкие резиновые материалы изготавливают на основе насыщенных каучуков - СКФ, СКЭП, ХСПЭ и БК.

Резины на основе фторсодержащего каучука СКФ устойчивы к тепловому старению, воздействию масел, топлива, различных растворителей (даже при повышенных температурах), негорючие, обладают высоким сопротивлением истиранию, но имеют низкую эластичность.

Резины на основе СКФ и этиленпропиленовых каучуков СКЭП стойки к действию сильных окислителей (HNO3, Н2О2 и др.) и не разрушаются при работе в атмосферных условиях в течение нескольких лет.

Теплостойкие резиновые материалы изготавливают на основе НК, СКТ и СКС. Морозостойкими являются резины на основе каучуков, имеющих низкие температуры стеклования, например, НК, СКС-10, СКТ. Эти резиновые материалы используются для сверхтепло- и морозостойких изделий.

Электротехнические резиновые материалы делятся на две группы: изоляционные и проводящие.

Электроизоляционные резиновые материалы изготавливают на основе неполярных каучуков, например, НК, СКБ, СКС, СКТ и БК.

Электропроводящие резины для экранированных кабелей получают из каучуков НК, СКН с обязательными добавками сажи и графита в количестве 65... 70 % по массе каучука.

Износостойкие резиновые материалы изготавливают на основе СКУ. Рабочие температуры резин составляют - 30...+ 130 °С. Они предназначены для производства амортизаторов, буферов, клапанов, обкладок в транспортных системах.

Полимерные органические материалы

Полимерные пластические материалы - искусственные материалы, получаемые на основе природных или синтетических высокомолекулярных полимеров при нагреве путем формования в размягченном состоянии под давлением и с последующим переходом в твердое состояние сформованной массы при дальнейшем ее нагревании или охлаждении. В инженерной практике такие материалы получили наименование «пластмассы».

Широкое распространение пластмасс предопределили следующие их достоинства:

· неограниченные запасы сырья;

· легкость переработки в изделия с небольшими трудовыми затратами;

· комплекс ценных свойств;

· малая себестоимость.

Ценным свойством пластмасс является легкость их обработки для придания им разнообразной, даже самой сложной формы с помощью разнообразных технологических приемов (литье, прессование, экструзия и др.), которые могут быть механизированы и автоматизированы.

Большая группа пластмасс позволяет сваривать их между собой и, таким образом, изготовлять сложной формы трубы и различные емкости.

К недостаткам пластмасс следует отнести следующие свойства:

· низкая ударная вязкость;

· повышенная ползучесть;

· низкая теплостойкость (при средней теплостойкости, равной 80... 150 °С, до 400 °С у кремнийорганических полимеров);

· способность воспламеняться или подвергаться деструкции под действием огня;

· накопление зарядов на поверхности изделий (нужны антистатики);

· старение;

· токсичность;

· пожароопасность.

В состав сложных наполненных пластмасс входят наполнители, пластификаторы и отвердители, а также различного рода добавки.

Вид каждого из компонентов, их сочетание и количественное соотношение определяют свойства пластмасс и позволяют изменять их характеристики в широких пределах.

Для получения окрашенных пластмасс используют пигменты.

ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

Пленкообразующие материалы - это растворы или расплавы полимеров, а также неорганические вещества, которые наносятся на какую-либо поверхность и после твердения образуют прочные пленки, хорошо прилипающие к различным материалам.

В зависимости от назначения пленкообразующие материалы делят на клеящие материалы, применяемые для склейки различных материалов, и герметики, обеспечивающие уплотнение и герметизацию швов, стыков, емкостей и др.

В состав клеящих и герметизирующих материалов вводят наполнители. Их присутствие не только снижает усадку пленкообразующих материалов при твердении, но и придает клею или герметику необходимую консистенцию и форму (пласты, пленки или жгуты), повышает прочность соединения и улучшает условия теплопередачи. В качестве наполнителей используют порошки металлов, коллоидальный оксид кремния, древесную муку, стекловолокно, стеклоткани и ткани из синтетических волокон. Применение тканей позволяет получать тонкие клеевые пленки из твердеющих полимеров.

Склеивание - метод получения неразъемного соединения деталей при помощи адгезионного взаимодействия клеящего материала с подложкой с последующим твердением клеевой прослойки.

Клеевые соединения по сравнению с другими видами неразъемных соединений (заклепочными, сварными и др.) имеют ряд преимуществ:

· возможность соединения различных материалов (металлов и сплавов, пластмасс, стекол, керамики и др.) как между собой, так и в различных сочетаниях;

· атмосферостойкость и стойкость к коррозии клеевого шва;

· герметичность соединения;

· возможность соединения тонких материалов;

· снижение стоимости производства;

· экономия массы и значительное упрощение технологии изготовления изделий.

Наиболее эффективно клеевые соединения работают на сдвиг. Недостатками клеевых соединений являются относительно низкая длительная теплостойкость (до 350 °С); невысокая прочность склеивания при неравномерном отрыве; часто необходимость подогрева при проведении склеивания; склонность к старению; токсичность.

Клеи классифицируют по ряду признаков: по природе пленкообразующего вещества (натуральные, в том числе животные, растительные и минеральные, и синтетические);

по адгезионным свойствам (универсальные, склеивающие различные материалы, и с избирательной адгезией);

по условиям твердения (холодное и горячее твердение, водо-твердеющие и универсально-твердеющие);

по выпускной форме (твердые, пастообразные, жидкие,); по деформативности клеевого соединения (жесткие и эластичные);

по отношению к нагреву (термопластичные и термореактивные);

по жизнеспособности клеевого материала;

по условиям эксплуатации клеевого соединения (общего назначения, высокопрочные, водостойкие, коррозионно-стойкие, масло-, бензино- и растворителестойкие, светостойкие, температуростойкие, электро- и теплопроводные, электроизоляционные, вакуум-плотные, оптически прозрачные и другого специального назначения).

Герметики

Герметики (герметизирующие составы) - материалы и изделия, применяемые для уплотнения и герметизации клепаных, сварных и болтовых соединений, топливных отсеков и баков, различных металлических конструкций, стыковых сопряжений строительных деталей и конструкций и др.

Основные требования к герметикам: высокая адгезия к материалам, эластичность и непроницаемость для различных сред, тепло-и морозостойкость, высокая химическая устойчивость.

Лакокрасочные материалы

Лакокрасочными материалами называют вязкожидкие составы, наносимые на поверхность конструкции тонким слоем (60...600 мкм), который через некоторое время твердеет и образует пленку, плотно сцепляющуюся с основанием.

Основными компонентами лакокрасочных материалов являются пигменты, наполнители и пленкообразующие вещества.

Краска (эмаль) - жидкий или порошкообразный продукт, содержащий пигменты, который после нанесения на поверхность образует непрозрачную пленку, обладающую защитными, декоративными или специальными техническими свойствами.

Лак - красочный состав в виде дисперсии пленкообразующего вещества (природной или синтетической смолы, битума, олифы) в летучем растворителе, который после нанесения на поверхность образует твердую прозрачную пленку, обладающую защитными, декоративными или специальными техническими свойствами.

Грунтовка - суспензия пигмента или смеси пигментов с наполнителями в пленкообразующем веществе, образующая после высыхания однородную непрозрачную пленку с хорошей адгезией к подложке и покрывным слоям и предназначенная для повышения защитных свойств системы покрытий.

Шпатлевка - продукт пастообразной или жидкой консистенции, применяемый для устранения небольших дефектов поверхности перед окраской.

Шпатлевка - густая вязкая масса, состоящая из смеси пигментов с наполнителями в связующем веществе. Различают лаковые, масляные и клеевые шпатлевки. Шпатлевкой заполняют неровности и выравнивают окрашиваемую поверхность. Их наносят по слою высохшей грунтовки. Высохшую шпатлевку обрабатывают шлифовальной шкуркой.

Лакокрасочное покрытие обычно состоит из грунтовки, шпатлевки и покровных слоев красочного состава (лака, эмалевой или эмульсионной краски). Получают распространение покрытия, армированные волокнами или тканями (хлопчатобумажной, синтетической или стеклотканью в зависимости от среды). Для создания более надежной защиты прибегают к утолщенным покрытиям - обмазкам.

Смазочные материалы

Целью смазывания зон трения является обеспечение преимущественно жидкостного трения, при котором потери на трение малы, а износ деталей практически отсутствует.

Смазочный материал - материал, вводимый на поверхности трения для уменьшения силы трения и (или) интенсивности изнашивания.

Смазочные материалы должны обладать:

· строго заданными свойствами, которые определяются величинами удельной и полной нагрузок в зоне трения; максимальной, средней и объемной температурой в зоне контакта;

· кинематикой движения в зоне трения (качение, скольжение, смешанное). При этом должны учитываться природа материалов обоих деталей трения, характеристики волнистости и шероховатости поверхностей в зоне трения, свойства окружающей среды и др.

К основным показателям качества и работоспособности смазочных материалов относятся вязкость и вязкостно-температурные свойства, стойкость к окислению и коррозионная стойкость, зольность, температуры застывания, вспышки и воспламенения, коксуемость, антипенные свойства, плотность, цвет и др.

Смазочные масла как конструкционный материал узла трения выполняют следующие функции:

· уменьшают трение, возникающее между сопряженными деталями;

· снижают износ и предотвращают задиры трущихся поверхностей;

· отводят тепло от трущихся поверхностей;

· защищают поверхности трущихся деталей и другие неизолированные части от коррозионного воздействия окружающей среды;

· уплотняют зазоры между сопряженными деталями;

· удаляют из зоны трения продукты износа, коррозии и прочие загрязнения.

В зависимости от назначения и условий эксплуатации используемое масло должно надежно выполнять две-три основные функции.

Основная задача пластичных смазок - снижение коэффициента трения. Меньшее применение имеют пластичные защитные смазки, наносимые на поверхность для защиты от коррозии и для герметизации. Все пластические смазки должны отличаться высокой прилипае-мостью к смазываемой поверхности.

Основным компонентом пластичных смазок является минеральное или синтетическое масло различной вязкости. В качестве загустителя используются консистентные углеводороды, а также мыла различных металлов и жирных кислот.

Во многих специфических случаях в узлах трения могут применяться только твердые смазочные материалы. К таким случаям относятся, например, следующие условия работы узлов трения: эксплуатация ниже температур застывания масел и смазок; эксплуатация при высоких температурах, при которых смазки разлагаются и испаряются; недопустимость присутствия жидкости; невозможность периодического подвода смазочного материала к поверхностям трения и др.

Твердые смазочные материалы применяются в виде покрытий конструкционных материалов и антифрикционных наполнителей в композитах.

Основными требованиями к твердым смазочным покрытиям являются: низкое сопротивление срезу; высокая адгезия материала покрытия к подложке; возможно меньшая толщина слоя покрытия; высокое сопротивление изнашиванию; отсутствие коррозионного воздействия на металлы; высокая температурная стойкость. Перечисленные требования существенно зависят как от природы твердого смазочного покрытия, так и от способа их нанесения на деталь.

Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) - сложные многокомпонентные (в среднем 8...10 составляющих) соединения продуктов нефтехимического и химического производства. Они обладают рядом свойств, обеспечивающих при вводе их в зону резания повышение стойкости инструмента, улучшение качества обрабатываемой поверхности, уменьшение сил резания и способствующих удалению стружки.

Рекомендуемая литература

29. Лахтин Ю.М., Леонтьев В.П. Материаловедение / М.: Машиностроение – 1990 – 493 с.

30. Арзамасов Б.Н., Макарова В.И., Мухин Г.Г. И др. Материаловедение/ М.: МВТУ им. Баумана – 2005 – 648 с.

31. Металловедение и технология металлов. Под редакцией Солнцева Ю.П./ М.: Металлургия – 1988 – 512 с.

32. Фиргер И.В. Термическая обработка сплавов. Справочник / М.: Машиностроение – 1982 – 304 с.

33. Климов А.А. Материаловедение. Конспект лекций / Красноярск – 2000 – 140 с.

34. Климов А.А. Атлас микроструктур / Красноярск – 2001.

35. Климов А.А. Лабораторный практикум по материаловедению / Красноярск – 2006 – 106 с.

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...