Практичне застосування холодостійких неметалевих матеріалів

Зміст

Вступ

Розділ 1. Основні поняття про неметалеві матеріали

1.1 Основні поняття про неметалеві матеріали та їхня класифікація

1.2 Основні властивості холодостійких неметалевих матеріалів

Розділ 2. Практичне застосування холодостійких неметалевих матеріалів

2.1 Практичне застосування пластичних мас

2.2 Фізико-хімічні властивості гум і їх застосування

2.3 Застосування деревних матеріалів

Висновки

Список літератури

Вступ

Поняття неметалічні матеріали включає в себе великий асортимент матеріалів таких, як пластичні маси, композиційні матеріали, гумові матеріали, клеї, лакофарбові покриття, деревина, а також силікатні стекла, кераміка і ін.

Основою неметалічних матеріалів є полімери, головним чином синтетичні. Творцем структурної теорії хімічної будови органічних сполук є великий російський хімік А. М. Бутлеров. Промислове виробництво перших синтетичних пластмас (фенопластов) з'явилося результатом глибоких досліджень, проведених Г. С. Петровим (1907--''1914 рр.). Блискучі дослідження дозволили С. В. Лебедєву вперше в світі здійснити промисловий синтез каучуку (1932 р.). Н. Н. Семеновим розроблена теорія ланцюгових реакцій (1930--1940 рр.) і поширена на механізм ланцюгової полімеризації.

В ході цієї курсової роботи, я збираюся вивчити властивості основних представників неметалічних матеріалів. Це пластичні маси, гума і деревні матеріали.

Пластмасами (пластиками) називають штучні матеріали, що отримуються на основі органічних полімерних єднальних речовин. Ці матеріали здатні при нагріванні розм'якшуватися, ставати пластичними, і тоді під тиском їм можна надати задану форму, яка потім зберігається.

Гумою називається продукт спеціальної обробки (вулканізація) суміші каучуку і сірки з різними добавками.

Гума як технічний матеріал відрізняється від інших матеріалів високими еластичними властивостями, які властиві каучуку -- головному вихідному компоненту гуми. Вона здібна до дуже великих деформацій (відносне подовження досягає 1000%), які, майже повністю зворотні.

До достоїнств деревини як конструкційного матеріалу відносяться досить висока механічна міцність і невелика об'ємна маса і, отже, висока питома міцність, хороший опір ударним і вібраційним навантаженням.

Особливо слід зазначити технологічність неметалічних матеріалів.

Вживання неметалічних матеріалів забезпечує значну економічну ефективність.

Деревина з давніх часів використовується як конструкційний матеріал в різних галузях промисловості і застосовується як в натуральному вигляді, так і у вигляді всіляких деревних матеріалів.

Матеріали з натуральної деревини застосовують у вигляді пиломатеріалів і заготовок.

Гумові деталі, вживані в машинобудуванні, підрозділяють за призначенням. Представниками гумовотканинних виробів є напірні рукави для палива, масла, води, розчинів кислот і лугів і газів.

Пластичні маси широко застосовуються у виробництві всіляких товарів. Поліетилен, наприклад, застосовують для виготовлення труб. З полістиролу виготовляють деталі для радіотехніки, телебачення і приладів, деталі машин (корпуси, ручки і ін.), судини для води і хімікатів, плівки стирофлекс для електроізоляції, а АВС-пластики застосовуються для деталей автомобілів, телевізорів, човнів, труб і так далі.

Вініпласти відрізняються високою стійкістю до ударних навантажень, з них виробляють плити, труби, листи, галантерейні вироби.

З пластикату виготовляють шланги, труби, плівки, лінолеум, скатерті і ін. Метою цієї курсової роботи є дослідження властивостей холодостійких неметалічних матеріалів.

Розділ 1. Основні поняття про неметалеві матеріали

1.1 Основні поняття про неметалеві матеріали та їхня класифікація

Поняття неметалічні матеріали включає великий асортимент матеріалів таких, як пластичні маси, композиційні матеріали, гумові матеріали, клеї, лакофарбові покриття, деревина, а також силікатні стекла, кераміка і ін.

Неметалічні матеріали є не тільки замінниками металів, але і застосовуються як самостійні, іноді навіть незамінні матеріали. Окремі матеріали володіють високою механічною міцністю, легкістю, термічною і хімічною стійкістю, високими електроізоляційними характеристиками, оптичною прозорістю.

Успішний розвиток хімії і фізики полімерів пов'язаний з іменами видних учених: П.П.. Кобеко, В.А. Каргина, А.П. Александрова, З.З. Медведєва, З.Н. Ушакова, В.В. Коршака і ін. Важливий внесок внесений К.А. Андриановым в розвиток хімії кремнійорганічних полімерів, широко вживаних як термостійкі матеріали.

Полімерами називають речовини, макромолекули яких складаються з численних елементарних ланок (мономерів) однакової структури. Молекулярна маса їх складає від 5000 до 1000 000. При таких великих розмірах макромолекул властивості речовин визначаються не тільки хімічними складами цих молекул, але і їх взаємним розташуванням і будовою.

Макромолекули полімеру - це ланцюжки, що складаються з окремих ланок. Поперечний перетин ланцюга декілька ангстремів, а довжина декілька тисяч ангстрема, тому макромолекулам полімеру властива гнучкість (яка обмежена розміром сегментів -- жорстких ділянок, що складаються з декількох ланок). Гнучкість макромолекул є однією з відмітних особливостей полімерів.

Атоми, що входять в основний ланцюг, зв'язані міцним хімічним (ковалентним) зв'язком. Енергія хімічних зв'язків (у ккал/моль) складає уздовж ланцюга 80 для З -- З, 79 для З -- Про, 66 для З -- N. Сили міжмолекулярної взаємодії, що мають зазвичай фізичну природу, значно (у 10 -- 50 разів) менше. Наприклад, міцність міжмолекулярних зв'язків електростатичного характеру не перевищує 9 ккал/моль. Проте в реальних полімерах такі сумарні сили мають значення унаслідок великої протяжності ланцюгових макромолекул. Найбільш сильні міжмолекулярні взаємодії здійснюються за допомогою водневих зв'язків (тільки у 4--10 разів слабкіше ковалентних).

Макромолекули можуть бути побудовані з однакових по хімічній будові мономерів або різнорідних ланок. У першому випадку з'єднання називаються гомоїолімерами (або полімерами), в другому -- сополімерами. Іноді макромолекула речовини складається з крупних хімічно однорідних відрізків (блоків) різного складу, що чергуються (блок-сополімери).

Коли основний ланцюг побудований з однакових атомів, полімер називають гомоланцюговими, з різних - гетероланцюговими.

Полімери зустрічаються в природі -- натуральний каучук, целюлоза, слюда, азбест, природний графіт. Проте провідною групою є синтетичні полімери, що отримуються в процесі хімічного синтезу з низькомолекулярних з'єднань. Можливості створення, нових полімерів і зміни властивостей що вже існують дуже великі. Синтезом можна отримувати полімери з різноманітними властивостями і навіть створювати матеріали з наперед заданими характеристиками.

Класифікація полімерів. Для зручності вивчення зв'язку складу, структури з властивостями полімерів їх можна класифікувати за різними ознаками (складу, формі макромолекул, фазовому стану, полярності, відношенню до нагріву). По складу всі полімери підрозділяють на органічні, елементоорганічні, неорганічні.

Органічні полімери складають найбільш широку групу з'єднань.

У гетероланцюгових полімерах атоми інших елементів, присутні в основному ланцюзі, окрім вуглецю, істотно змінюють властивості полімеру. Так, в макромолекулах атоми кисню сприяють підвищенню гнучкості ланцюга, що приводить до збільшення еластичності полімерів (наприклад, для волокон, плівок), атоми фосфору і хлору підвищують вогнестійкість, атоми сірки додають газонепроникність (для герметиків, гум), атоми фтору, навіть у вигляді радикалів, повідомляють полімеру високу хімічну стійкість і т.д.

Деякі карболанцюгові і гетероланцюгові полімери можуть мати зв'язану систему зв'язків, наприклад:

... сн = сн - сн = сн - сн = сн ...

Енергія зв'язаного зв'язку 100 -- 110 ккал/моль вище одинарною, тому такі полімери стійкіші при нагріві.

Органічними полімерами є смоли і каучук. Елементоорганічне з'єднання містять в складі, основному ланцюгу неорганічні атоми кремнію, титану, алюмінію і інших елементів, які поєднуються з органічними радикалами (метальний, феноловий, етильний).

До неорганічних полімерів відносяться силікатні стекла, кераміка, слюда, азбест. У складі цих з'єднань вуглецевого скелета немає. Основу неорганічних матеріалів складають оксиди кремнію, алюмінію, магнію, кальцію і ін.

У силікатах існують два типи зв'язків: атоми в ланцюзі сполучені ковалентними зв'язками (Si - О), а ланцюги між собою - іонними зв'язками. Властивості цих речовин можна змінювати в широких межах, отримуючи, наприклад, з мінерального скла волокна і еластичні плівки. Неорганічні полімери відрізняються вищою щільністю, високою тривалою теплостійкістю. Проте стекла і кераміка крихкі, погано переносять динамічні навантаження. До неорганічних полімерів відноситься також графить, карболанцюговий полімер, що є.

У конкретних технічних матеріалах використовуються як окремі види полімерів, так і поєднання різних груп полімерів; такі матеріали називають композиційними (наприклад, склопластики).

Своєрідність властивостей полімерів обумовлена структурою їх макромолекул. За формою макромолекул полімери діляться на лінійні (цеповідниє), розгалужені, плоскі, стрічкові (сходові), просторові або сітчасті. Лінійні макромолекули полімеру є довгі зигзагоподібні або закручені в спіраль ланцюжки (мал. 1.1).

Мал. 1.1 Структура макромолекул полімерів

Гнучкі макромолекули з високою міцністю уздовж ланцюга і слабкими міжмолекулярними зв'язками забезпечують еластичність матеріалу, здатність його розм'якшуватися при нагріванні, а при охолоджуванні знов тверднути. Багато такі полімери розчиняються в розчинниках. На фізико-механічні і хімічні властивості лінійного полімеру впливає щільність упаковки молекул в одиниці об'єму. При щільній упаковці виникає сильніше міжмолекулярне тяжіння, що приводить до підвищення щільності, міцності, температури розм'якшення і зменшенню розчинності.

Лінійні полімери є найбільш відповідними для отримання волокон і плівок (наприклад, поліетилен, поліаміди і ін.).

Розгалужені макромолекули полімеру, будучи, так само лінійними, відрізняються наявністю бічних відгалужень. Ці відгалуження перешкоджають зближенню макромолекул, їх щільній упаковці. Подібна форма макромолекул зумовлює знижену міжмолекулярну взаємодію і, отже, меншу міцність і підвищену плавкість і розчинність (поліїзобутілен). До розгалужених відносяться і при виті полімери, в яких склад основного ланцюга і рідко розташованих бічних відгалужень неоднаковий.

Просторові або сітчасті полімери утворюються при з'єднанні («зшиванню») макромолекул між собою в поперечному напрямі міцними хімічними зв'язками безпосередньо або через хімічні елементи або радикалів. В результаті такого з'єднання макромолекул утворюється сітчаста структура з різною густиною сітки (мал. 1.2 г)). Рідкосітчасті (сітчасті) полімери втрачають здатність розчинятися і плавитися, вони володіють пружністю (наприклад, м'які гуми). Густосітчасті (просторові) полімери відрізняються твердістю, підвищеною теплостійкістю, нерозчинністю. Іноді утворення просторової структури супроводжується навіть виникненням крихкості (смола у стадії резіт).

Просторові полімери лежать в основі конструкційних неметалічних матеріалів. До сітчастих полімерів відносяться також пластинчасті полімери, які мають площинну двомірну будову. Прикладом такого полімеру є графіт. Пластинчаста (паркетна) структура показана на малюнку 1.2 д).

Мал. 1.2 Структура макромолекул полімерів та структура їхніх зв'язків

По фазовому стану полімери підрозділяють на аморфні і кристалічні.

Аморфні полімери однофазні і побудовані з ланцюгових молекул, зібраних в пачки. Аморфні полімери можуть, бути також побудовані із згорнутих в клубки ланцюгів, так званих глобул.

Кристалічні полімери утворюються в тому випадку, якщо їх макромолекулу досить гнучкі і мають регулярну структуру.

У тому випадку, коли освіта з дрібніших структурних елементів правильних об'ємних кристалів утруднена, виникають сфероліти. Сфероліти складаються з променів, утворених чергуванням кристалічних і аморфних ділянок.

По полярності полімери підрозділяють на полярні і неполярні. У неполярної молекули електронна хмара, що скріпляє атоми, розподілена між ними в однаковій мірі; у таких молекул центри тяжіння різнойменних зарядів співпадають. У полярної молекули загальна електронна хмара зрушена убік більш електронегативного атома; центри тяжіння різнойменних зарядів не співпадають.

Першою умовою полярності полімерів є присутність в них полярних зв'язків (угрупувань - С1, - F, - ОН), другим - не симетрія в їх структурі. Неполярні полімери мають симетричне розташування функціональних груп, і тому дипольні моменти зв'язків атомів взаємно компенсуються, наприклад:

1) неполярні:

о поліетилен [ - СН2 - СН2 -- ]„ - молекула симетрична;

о поліпропілен [ -- СН2 -- СНСН3 -- ]„ -- дипольні моменти

С -- Н і С -- СН3 рівні;

о фторопласт-4 [ - CF2 - CF2 -- ]„ - дипольний момент зв'язку С - F значний, сума моментів рівна нулю, оскільки вони компенсують друг .друга.

2) полярні:

о полівінілхлорид [ - СН2 - СНС1 - ]„ - молекула несиметрична, дипольні моменти С --Н(0,2Д) і С -- О (2,05 Д) взаємно не компенсуються.

Всі полімери по відношенню до нагріву підрозділяють на термопластичні і термореактивні.

Термопластичні полімери при нагріванні розм'якшуються, навіть плавляться, при охолоджуванні тверднуть; цей процес обернемо, тобто ніяких подальших хімічних перетворень матеріал не зазнає. Структура макромолекул таких полімерів лінійна або розгалужена. Представниками термопластів є поліетилен, полістирол, поліаміди і ін.

Термореактивні полімери на першій стадії освіти мають лінійну структуру і при нагріванні розм'якшуються, потім унаслідок протікання хімічних реакцій тверднуть (утворюється просторова структура) і надалі залишаються твердими.

1.2 Основні властивості холодостійких неметалевих матеріалів

До основних холодостійких неметалевих матеріалів відносять:

о пластичні маси;

о гумові матеріали;

о деревина;

о неорганічні матеріали (стекло) і ін.

Пластичні маси

Пластмасами (пластиками) називають штучні матеріали, що отримуються на основі органічних полімерних речовин, що пов'язують. Ці матеріали здатні при нагріванні розм'якшуватися, ставати пластичними, і тоді під тиском їм можна надати задану форму, яка потім зберігається. Залежно від природи що пов'язує перехід відформованої маси в твердий стан здійснюється або при подальшому її нагріванні, або при подальшому охолоджуванні.

Обов'язковим компонентом пластмаси є речовина, що пов'язує. Як пластмаси, що пов'язують для більшості, використовуються синтетичні смоли, рідше застосовуються ефіри целюлози. Багато пластмас, головним чином термопластичні, складаються з однієї речовини, що пов'язує, наприклад поліетилен, органічні стекла і ін.

Іншим важливим компонентом пластмас є наповнювач (порошкоподібні, волокнисті і інші речовини як органічного, так і неорганічного походження).

Властивості пластмас залежать від складу окремих компонентів, їх поєднання і кількісного співвідношення, що дозволяє змінювати характеристики пластиків в достатньо широких межах.

Проте це ділення умовне, оскільки одна і та ж пластмаса може володіти різними властивостями: наприклад, поліаміди застосовують як антифрикційні і електроізоляційні матеріали і т.д.

Пластмаси по своїх фізико-механічних і технологічних властивостях є найбільш прогресивними і часто незамінними матеріалами для машинобудування.

Недоліками пластмас є невисока теплостійкість, низькі модуль пружності і ударна в'язкість в порівнянні з металами і сплавами, а для деяких пластмас схильність до старіння.

Термопластичні пластмаси. Розрізняють полярні і неполярні термопластичні пластмаси.

Неполярні термопластичні пластмаси. До неполярних пластиків відносяться поліетилен, поліпропілен, полістирол і фторопласт-4.

Поліетилен (- СН2 - СН2 -- )„ -- продукт полімеризації безбарвного газу етилену, що відноситься до полімерів, що кристалізуються.

Морозостійкість поліетилену досягає -- 70°С і нижче. Поліетилен хімічно стійкий, і при кімнатній температурі нерозчинний ні в одному з відомих розчинників. При нагріванні стійкий до води, до ацетону, до спирту. Недоліком поліетилену є його схильність старінню. Для захисту від старіння в поліетилен вводять стабілізатори і інгібітори (2-3% сажа уповільнюють процеси старіння в 30 разів).

Полістирол ( - СН2 - СНС6Н5 - )„-- твердий, жорсткий, прозорий, аморфний полімер. По діелектричних характеристиках близький до поліетилену, зручний для механічної обробки, добре забарвлюється.

Фізико-механічні властивості неполярних термопластичних пластмас (термопластів) приведені в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 Фізико-механічні властивості неполярних термопластів

Матеріал	Щільність	Робоча температура, °С	Межа міцності, кгс/мм2
		Максимальна	Мінімальна	при розтягуванні	при стисканні	при статичному вигині
Поліетилен: ПЭВД ПЭНД Поліпропілен Полістирол Фторопласт-4	0,918-0,93 0,949-0,96 0,9-0,92 1,05-1,1 2,15-2,35	105-108 120-125 150 80 250	-40,-70та нижче -70 та нижче -15 -20 -269	0,84-1,75 1,95-4,5 2,5 3.5-4 1,4-3,5	1,25-2 1 2-3,6 6 10 2	1.2-1,7 2 -- 3,8 7-8 5-10 1,1-1,4
Матеріал	Відносне подовження при розриві	Ударна в'язкість, кгс * * см/см-	Діелектрична проникність	Питоме, об'ємне	Тангенс кута діелектричних втрат при 106 Гц, 10"4	Електрична міцність, кВ/мм
Поліетилен: ПЭВД ПЭНД Поліпропілен Полістирол Фторопласт-4	150-600 100-900 100-400 0,4-3,5 250-350	Не ламається 33 - 80 10-22 100	2,2-2,3 2,1-2,4 2 2 2,5-2,7 1,9-2,2	1017 1017 1016 1015 1018	2-3 2-5 2-5 3-4 2-2,5	45-60 45-60 28-40 20-25 35-40

До полярних пластиків відносяться фторопласт-3, органічне скло, полівінілхлорид, поліаміди, поліуретани, поліетилентерефталат, полікарбонат, поліарілати, пентапласт, поліформальдегід.

Гумові матеріали

Загальні відомості, склад гум

Гумою називається продукт спеціальної обробки (вулканізація) суміші каучуку і сірки з різними добавками.

Гума як технічний матеріал відрізняється від інших матеріалів високими еластичними властивостями, які властиві каучуку -- головному початковому компоненту гуми. Вона здібна до дуже великих деформацій (відносне подовження досягає 1000%), які, майже повністю можуть біти повернені. При кімнатній температурі гума знаходиться у високо-еластичному стані, і її еластичні властивості зберігаються в широкому діапазоні температур.

Окрім відмічених особливостей для гумових матеріалів характерні висока стійкість до стирання, газо- і водонепроникність, хімічна стійкість, електроізолюючі властивості і невелика щільність.

Склад гум. Основою всякої гуми служить каучук натуральний (НК) або синтетичний (СЬК), який і визначає основні властивості гумового матеріалу. Для поліпшення фізико-механічних властивостей каучуку вводяться різні добавки (інгредієнти). Таким чином, гума складається з каучуку і інгредієнтів, розглянутих нижче. Вулканізуючі речовини (агенти) беруть участь в утворенні просторово-сіткової структури вулканізату. Зазвичай як такі речовини застосовують сірку і селем, для деяких каучуків перекису. Для гуми електротехнічного призначення замість елементарної сірки (яка взаємодіє з міддю) застосовують органічні сірчисті сполуки -- тіурам (тіурамові гуми).

Часто до складу гумової суміші вводять регенерат -- продукт переробки старих гумових виробів і відходів гумового виробництва. Окрім зниження вартості регенерат підвищує якість гуми, знижуючи її схильність до старіння.

За призначенням гуми підрозділяють на гуми загального призначення і гуми спеціального призначення (спеціальні).

Гуми загального призначення можуть працювати в середовищі води, повітря, слабких розчинів кислот і лугів. Інтервал робочих температур складає від -- 35 --- -50 до 80-130°С. З цих гум виготовляють шини, ремені, рукави, транспортерні стрічки, ізоляцію кабелів, різні гумотехнічні вироби.

Спеціальні гуми підрозділяються на декілька видів: маслобензостійкі, теплостійкі, світлоозоностійкі, зносостійкі, електротехнічні, стійкі до гідравлічних рідин.

Деревні матеріали

Деревина з давніх часів використовується як конструкційний матеріал в різних галузях промисловості і застосовується як в натуральному вигляді, так і у вигляді різноманітних деревних матеріалів.

До достоїнств деревини як конструкційного матеріалу відносяться достатньо висока механічна міцність і невелика об'ємна маса і, отже, висока питома міцність, хороший опір ударним і вібраційним навантаженням. Теплофізичне властивості деревини характеризуються малою теплопровідністю і в 2 -- 3 рази меншим, ніж у сталі, температурним коефіцієнтом лінійного розширення. Деревина має високу хімічну стійкість до ряду кислот, солей, масел, газів. Важливими властивостями деревини є її здібність до склеювання, можливість швидкого з'єднання цвяхами, шурупами, легкість механічної обробки і гнуття.

Разом з вказаними достоїнствами деревина володіє поряд недоліків, що обмежують її застосування як конструкційного матеріалу. Можна відзначити наступні недоліки: гігроскопічність, яка є причиною відсутності у деталей з деревних матеріалів стабільності форми, розмірів і міцних властивостей, змінних із зміною вологості; схильність до поразки грибковими захворюваннями; відсутність вогнестійкості; низький модуль пружності; анізотропія механічних властивостей, які через волокнисту будову деревини різні у різних напрямах дії сил; неоднорідність будови, в результаті якої властивості матеріалу різні не тільки в межах однієї породи; але в межах одного стовбура.

Деревина складається з органічних речовин: 43 -- 45% целюлоза (С6Н10О5), 19 -- 29% лігніну, інше -- низькомолекулярні вуглеводи і інші компоненти. Властивості деревини обумовлюються її будовою. Оскільки деревина є волокнистим матеріалом, її будову вивчають по трьом розрізам: торцю (поперечному), перпендикулярному до волокон; радіальному, такому, що проходить через вісь стовбура, тангентальному, йде уздовж стовбура на деякій відстані від нього (мал. 1.3).

Мал. 1.3 «Основні розрізи стовбура дерева»

1 -- поперечний або торець;

2 -- радіальний;

3 -- тангентальний

Механічні властивості деревини. Деревина анізотропна, і її властивості залежать від вологості і інших чинників. У зв'язку з цим показники механічних властивостей для можливості їх порівняння і застосування в розрахунку дерев'яних деталей на міцність відносять до деревини, що не має пороків і при однаковій вологості 15%.

Деревина; легко запалав від вогню (точка займання 330-470°С). Для підвищення її вогнестійкості (хоча зробити деревину тієї, що зовсім не згорає не можна) застосовують ряд способів. Перший і найбільш ефективний спосіб захисту -- просочення хімічними речовинами -- антіпіренамі, другою, - забарвлення вогнезахисними фарбами.

Велика частина з деревних матеріалів володіє морозостійкими властивостями.

Розділ 2. Практичне застосування холодостійких неметалевих матеріалів

2.1 Практичне застосування пластичних мас

Пластичні маси широко застосовуються у виробництві різноманітних товарів.

Поліетилен, наприклад, застосовують для виготовлення труб, литих і пресованих несилових деталей (вентилі, контейнери і ін.), поліетиленових плівок для ізоляції проводів і кабелів, чохлів, скління парників, облицьовування водоймищ; крім того, поліетилен служить покриттям на металах для захисту від

корозії, вологи, електричного струму і ін.

З полістиролу виготовляють деталі для радіотехніки, телебачення і приладів, деталі машин (корпуси, ручки і ін.), судини для води і хімікатів, плівки стірофлекс для електроізоляції, а АБС-пластики застосовуються для деталей автомобілів, телевізорів, човнів, труб і т.д.

Вініпласти відрізняються високою стійкістю до ударних навантажень, з них виробляють плити, труби, листи, галантерейні вироби.

З пластикату виготовляють шланги, труби, плівки, лінолеум, скатертини і ін.

На основі полівінілхлориду отримують піно- і поропласти, що застосовуються для упаковки і термоізоляції меблів, холодильників, телевізорів і ін.

З хлорованого полівінілхлориду отримують перхлорвініл, який застосовується для отримання клеїв, лаків, емалей, а також волокна хлоріну.

Застосування полістиролу обмежене із-за токсичності. Застосовується для галантерейних товарів, для радіодеталей, корпусів авторучок і ін.

Фторопласт-4 застосовують для виготовлення труб для хімікатів, деталей (вентилі, крани, насоси, мембрани), прокладок ущільнювачів, манжет, сильфонів, електро радіотехнічних деталей, антифрикційних покриттів на металах (підшипники, втулки).

Різновидом фторопласту є фторопласт-4Д, що відрізняється формою і розміром частинок, меншою молекулярною масою. Це полегшує переробку матеріалу у вироби. Фізико-механічні властивості однакові з фторопластом-4.

Волокно і плівку фторлон виготовляють з фторопласту-42. Фторлонова тканина не горить, хімічно стійка, застосовується для місткостей, рукавів, спецодягу, діафрагм і т.д.

Поліметілметакрілат (оргстекло) застосовується для виготовлення галантерейних виробів, волокон, посуду, лаків, емалей, шкільного і канцелярського приладдя, стекол для приладів і годинника.

Фенопласти застосовують для виготовлення електронастановних і галантерейних виробів.

Амінопласти характеризуються механічною міцністю, хімічною стійкістю, електроізоляційними властивостями, при нагріванні не розм'якшуються. Під дією гарячої води амінопласти виділяють формальдегід -- токсичну речовину. Посуд з амінопластів виготовляють тільки для холодної пиши. Різновид амінопластів -- мелаліт. Амінопласти застосовують для вироблення електронастановних виробів, клеїв, шаруватих пластиків і інших господарських виробів.

З поліамідів виробляють господарські вироби, синтетичний ворс для щіток, плівки, синтетичні волокна і ін.

Ефіропласти (алкидниє смоли, лавсан і ін.).

Алкидні смоли -- гліфтальові, пентафтальові смоли -- використовують для отримання клеїв, лаків, емалевих фарб.

Лавсан (поліетілентерефталат) -- з нього отримують волокна, плівки, основи для кіно-, фото-плівок і ін.

Поліуретани володіють високою стійкістю до стирання, хімічною стійкістю. Їх застосовують у виробництві взуттєвих матеріалів -- каблуків, підошов; клеїв, лаків, у вигляді поролону -- для сидінь в м'яких меблях і ін.

Таблиця 2.1. Характерні ознаки пластмас

2.2 Фізико-хімічні властивості гум і їх застосування

При розтягуванні гуми відбувається розрив ланцюгів сітки вулканізації, при цьому слабкіші зв'язки, що легко перегруповуються, сприяють релаксації перенапружень і полегшують орієнтацію головних ланцюгів. Міцніші зв'язки зберігають цілісність сітки при великих деформаціях.

Для каучуків і гуми характерні великі деформації при порівняно низькій напрузі. Напруга залежить від часу дії сили і від швидкості деформації, тобто є релаксаціями. Механічні властивості залежать від співвідношення енергії міжмолекулярної взаємодії і енергії теплового руху ланок. "Релаксація прискорюється при нагріванні (енергійно тепловий рух), тому для гум характерна різко виражена залежність механічних властивостей від температури. Напруга в процесі релаксації досягає рівноважного значення. У зв'язку з цим механічна поведінка гуми визначається її пружними (високоеластичними) властивостями при рівновазі і властивостями релаксацій. Великий вплив на довговічність матеріалу надає старіння.

Гумам властиві дуже високі оборотні деформації близько 1000% і більше (для сталі < 1%), в них може відбуватися перегруповування структурних елементів в полі міжмолекулярної взаємодії -- фізична релаксація і розпад і перегруповування хімічних зв'язків -- хімічна релаксація. Гуми на основі полярних каучуків мають сповільнену релаксацію. Пом'якшувачі її прискорюють (зменшуючи зв'язок між молекулами). Уповільнюють релаксацію активні наповнювачі унаслідок сорбції молекулярних ланцюгів каучуку на частинках наповнювача, і стан рівноваги не наступає (обмежена рухливість молекул, її жорсткість).

Відновлення є зміна величини деформації в часі після зняття навантаження із зразка; внутрішні сили в гумі приходять в рівновагу поволі, тому пружний наслідок в статичних умовах виявляється тривало. У гумі спостерігається залишкова деформація. Відновлюваність гуми характеризує її експлуатаційні якості.

Міцність гуми залежить від регулярності будови полімеру і енергії взаємодії між ланками його молекул. Перехід в кристалічний стан полегшується орієнтацією молекулярних ланцюгів при деформації гуми. Швидко кристалізуються в процесі деформації НК, бутилкаучук, хлоропрен і СЬКІ, для них Хв == 2 - 3 кгс/мм2, навіть без наповнювачів. Окрім міцності при розриві, для гум визначається опір раздіру -- Важлива характеристика чутливості гуми до концентрації напруги.



Мал. 2.1. «Графік корисної пружності гум»

По діаграмі гістерезису обчислюється корисна пружність гуми як відношення роботи, поверненої деформованим зразком, до загальної роботи, витраченої на цю деформацію (мал. 2.1).

Діаграмна напруга -- подовження гуми, отримувана в циклі розтягування -- відновлення із заданою швидкістю деформації:

АБВЕА -- робота розтягування;

АБВГДА -- робота необоротно розсіяна;

ДГВЕД -- повернена робота.

В умовах динамічного навантаження (змінні циклічні навантаження) властивості гуми визначаються прожногистерезісними і усталостно- міцністними характеристиками. Ці властивості необхідно враховувати при застосуванні гуми в шинах, муфтах, ресорах, амортизаторах і т.. п., де вони є вирішальними для хорошої працездатності, надійності, довговічності. Гуми з НК (в порівнянні з ВКВ) відрізняються малим внутрішнім тертям, яке визначає вельми сприятливі властивості гістерезису.

Усталостно-міцністні властивості гум визначаються їх стомленням, коли під дією механічної напруги відбувається руйнування. Стомленню сприяє також дія світла, теплоти, агресивних середовищ і т.п. Останні чинники викликають старіння. Число циклів навантаження, яке витримує, не руйнуючись, зразок, називається втомною витривалістю. Втомному руйнуванню дуже сприяє дія озону, що викликає розтріскування поверхневого шару, особливо для гум на основі НК, СЬКІ, ВКВ, СЬКС і ін. Майже не схильні до озонному розтріскування гуми на основі бутилкаучуку і хлоропренового каучуку. По працездатності при нагріванні гуми з НК унаслідок зниженої хімічної стійкості навіть не перевершують гум з ВКВ. Для забезпечення високої втомної міцності необхідні висока міцність, мале внутрішнє тертя і висока хімічна стійкість гуми. При підвищених температурах (150°С) органічні гуми втрачають міцність після 1 -10 ч нагрівання, гуми на СЬКТ можуть при цій температурі працювати тривало. Міцність силоксанової гуми при кімнатній температурі менша, ніж у органічних гум, проте при 200°С міцності однакові, а при температурі 250 -- 300°С міцності навіть вище. Особливо цінні гуми на СЬКТ при тривалому нагріванні.

Дію на гуму негативних температур викликає зниження і навіть повну втрату високоеластичних властивостей, перехід в склоподібний стан і зростання її жорсткості в тисячі і десятки тисяч разів.

Старіння гуми спостерігається при зберіганні і експлуатації гумових виробів під впливом немеханічних чинників. Світло, теплота, кисень повітря, озон викликає хімічні реакції окислення і інші зміни каучуку. Механічна напруга може активізувати ці процеси. Випробування на старіння проводять як в природних, так і в штучних умовах. Процес старіння по-різному позначається на гумах. Якнайгірші показники при тепловому старінні мають гуми на хлоропреновому каучуку, у гум з СЬКТ відбувається деяке зміцнення, не міняється міцність гум з СЬКЕП; по відносному подовженню краще показники у гум на основі ненасичених каучуків. Слід зазначити низьку стійкість до теплового старіння гум з НК.

Таблиця 2.2 Фізико-механічні властивості каучуків і саженаповнених гум

Група За призначенням	Тип каучуку	Щільність каучуку, г/см3	Межа міцності при розтягуванні, кгс/мм2	Відносне подовження %	Остаткові подовження, %	Температура, С	Набухання в суміші Бензин- бензол за 24 ч, %
						робоча	Хрупкості
Загального призначення	НК	0,91-0,92	2,4-3,4	600-700	25-40	80-130	-40 -55 (-62)	Нестійкі
	СКБ	0,9-0,92	1,3-1,6	500-600	50-70	80-150
							-42(-68)
	СКС	0.919- 0,944	1,9-3,2	500-S30	12-20	80-130	-48
	СКИ		3,15	710-880	28	130	-58 (-77)
		0,91-0,92
Спеціальні:
Бензомаслостійкі		1,225	2-2,65	600-750	12	100-130	-34	80
	СКН	0.943-0.986	2,2-3,30	450-700	15-30	100-130 (до 177)	-48 (-20)	70-20
	Тіокол	1,3 -1,4	0,32-0,42	250-430	40-80	60-130	-40	2,4
хімічно стійкі	Бутил- каучук	0,92	1,60-2,40	650-800	30-45	До 130 .	-30 -- -70
теплостійкі	СКТ	1,7-2	0,35-0,80	360.	4	250-316	-74	180
теплохімічностійкі	СКФ	1,8 -1,9	0,7-2	200-400	_	250-316	-40	--
зносостійкі	СКУ	--	2,1-6	350-550	2-28	130	-21-- -50	--

Гумові деталі, вживані в машинобудуванні, підрозділяють за призначенням на наступні групи:

о ущільнювачі;

о вібро- і звукоізоляційні і протиударні;

о силові (шестерні, корпуси насосів, муфти, шарніри);

о опори ковзання (резинометалеві підшипники, підп'ятники; опори, ніпелі);

о гнучкі компенсаційні проставки, труби для транспортування рідини і газу (сильфони,

муфти, патрубки і ін.);

о протизнос (асфальтові черевики, протекторні кільця, катки і ін.);

о фрикційні деталі і інструменти (шліфувальні диски, фрикційні колеса);

о несилові і захисні (килими, ручки, педалі і т. д.);

о декоративні (смуги, шнури).

Представниками гумовотканинних виробів є напірні рукави для палива, масла, води, розчинів кислот і лугів і газів; рукави можуть бути гнучкими трубопроводами повітряних гальм. Для збільшення міцності і стійкості зім'яло рукава армують металевим дротом. Гумовотканинні приводні паси бувають плоскими і клиновими, останні виготовляють з кордшнуром або кордтканиною в несучому шарі ременя. Транспортерні стрічки застосовують для переміщення вантажів по горизонталі або під невеликим ухилом. Шини бувають пневматичними, в яких амортизаційна здатність забезпечується стислим повітрям і частково еластичними властивостями шинних матеріалів, і масивними або суцільногумовими, в яких використовується тільки еластичність самого гумового матеріалу.

2.3 Застосування деревних матеріалів

Матеріали з натуральної деревини застосовують у вигляді пиломатеріалів і заготовок. Залежно від розмірів поперечного перетину розрізняють бруси, ширина і товщина яких понад 100 мм; бруски шириною не більш подвійної товщини; дошки при ширині більш подвійної товщини (тонкі вузькі дошки називаються планками).

Пиломатеріали хвойних порід застосовують ширше, оскільки вони володіють високою міцністю, менше схильні до загнивання, особливо сосна; з листяних порід дуб і ясен добре піддаються гнуттю; бук і береза служать їх замінниками. Хвойні і тверді листяні породи застосовують для силових навантажених деталей. М'які породи (липа) є несиловими матеріалами. Хвойні пиломатеріали використовують в суднобудуванні, в автотранспорті (деталі вантажних автомобілів), в конструкціях вантажних залізничних вагонів, сільськогосподарських машин і т.д. Заготовки з деревини використовуються для тих же цілей і моделей.

Шпона -- широка рівна стружка деревини, що отримується шляхом лущення або стругання. Товщина листів шпони від 0,55 до 1,5 мм. Шпона є напівфабрикатом для виготовлення фанери, деревних шаруватих пластиків і виклеює гнутих деталей. Шпона з красивою текстурою (дуб, бук і ін.) використовується як облицювальний матеріал для виробів з деревини.

Фанера -- листовий матеріал, що отримується шляхом склеювання шарів шпони. Товщина фанери від 1 до 12 мм, товщі матеріали називають плитами. Залежно від того, що склеює шпону вклеївши і ступеню водостійкості фанера випускається наступних марок: ФСФ на фенолоформальдегідному клеї з підвищеною водостійкістю, ФК -- на карбаміді і ФБА на альбуміноказєїновому клеях з середньою водостійкістю і ФБ на білкових клеях обмеженої водостійкості. Березова фанера має уздовж волокон сорочок Хв = 6,5 -г 8 кгс/мм2.

Пресована деревина виходить при гарячому пресуванні брусків, дощок, заготовок, при цьому вона піддається спеціальній термообробці в ущільненому стані.

Пресована деревина має наступні властивості: об'ємну масу 1,1-1,42 г/см3, межа міцності уздовж волокон при розтягуванні 14-23 кгс/мм2, при стисненні 9-13 кгс/мм2, при вигині 15-20 кгс/мм2, ударну в'язкість 60-80 кгс-см/см2.

Пресована деревина є замінником чорних і кольорових металів і пластмас. Вона широко застосовується для виготовлення деталей машин, що працюють при ударних навантаженнях (куркульки, сегменти зубчатих передач, підшипники, втулки і т. д.). Вкладиші з деревини в порівнянні з бронзовими мають удвічі менший знос, знижується витрата змащувального масла.

Деревостружкові плити виготовляють гарячим пресуванням деревної стружки з тим, що пов'язує. Плити випускають одношаровими (ПС-1, ПТ-1), тришаровими (ПС-3, ПТ-3) і фанерованими шпоною, фанерою, папером (ЕС, ЕМ).

Деревостружкові плити легкі, мають об'ємну масу 0,35-0,45 г/см3 Хи = 0,5 кгс/мм2, володіють теплоізоляційними властивостями [л = 0,045 ккал/(м ? ч°С)]. Для важких і надважких плит об'ємна маса досягає 0,75--1,1 г/см3 і Х„ = 2,1 - 5,3 кгс/мм2. Деревостружкові плити застосовують для підлоги і бортів вантажних машин і причепів, у вагонобудуванні, в будівництві, для виробництва меблів і т.д.

Деревоволокнисті плити виготовляють з деревних волокон, іноді з добавками складів, що пов'язують. Під дією високої температури і великого тиску деревні волокна спресовуються в рівноміцний матеріал. Плити підрозділяють на м'які пористі (М-4, М-12, М-20), напівтверді (ПТ-100), тверді (Т-350 Т-400) і надтверді (СТ-500). У позначенні марки плит цифри означають Х„ у кгс/см2. У промисловості випускають також акустичні плити, що мають коефіцієнт звукопоглинання 0,2-0,3 при частоті коливань 300 Гц і 0,4-0,5 при 1000 Гц. Деревоволокнисті плити застосовують для облицьовування пасажирських вагонів, внутрішньої обробки автобусів в радіотехнічній промисловості, в будівництві і т.д.

Висновки

В ході цієї курсової роботи я досліджувала властивості холодостійких неметалевих матеріалів. Я з'ясувала, що основними представниками холодостійких неметалевих матеріалів є пластмаси, гуми, деревина та ін.

Я досліджувала, що обов'язковим компонентом пластмаси є речовина, що пов'язує. Як пластмаси, що пов'язують для більшості, використовуються синтетичні смоли, рідше застосовуються ефіри целюлози. Багато пластмас, головним чином термопластичні, складаються з однієї речовини, що пов'язує, наприклад поліетилен, органічні стекла і ін. А іншим важливим компонентом пластмас є наповнювач (порошкоподібні, волокнисті і інші речовини як органічного, так і неорганічного походження).

Також я дізналася, що пластичні маси широко застосовуються при виробництві інших товарів.

Дослідивши гумові матеріали, я з'ясувала, що гума як технічний матеріал відрізняється від інших матеріалів високими еластичними властивостями, які властиві каучуку -- головному початковому компоненту гуми. Вона здібна до дуже великих деформацій (відносне подовження досягає 1000%), які, майже повністю зворотні. При кімнатній температурі гума знаходиться у високоеластичному стані, і її еластичні властивості зберігаються в широкому діапазоні температур.

Також, в ході цієї курсової роботи, я дізналася, що одним з найважливіших неметалічних холодостійких матеріалів є деревина. Деревина складається з органічних речовин: 43 -- 45% целюлоза (С6Н10О5), 19 -- 29% лігніну, інше -- низькомолекулярні вуглеводи і інші компоненти. Властивості деревини обумовлюються її будовою.

Список літератури

1. Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. Материаловедение. М.:Машиностроение, 1990

2. Под редакцией С.И. Богодухова, В.А Бондаренко. Технологические процессы машиностроительного производства. Оренбург, ОГУ, 1996

3. Металлургия и материаловедение: справочник / Циммерман Р., Гюнтер К. - М.: Металлургия, 1982. - 477с.

4. Материаловедение: лекции / Мальцев И.М. - Ниж. Новгород: НГТУ, 1995 - 103с.

5. Основы материаловедения: Учебное пособие / Попов А.Н., Казаченко В.П. - Издательство Гревцова, 1998. - 176с.

6. Інтернет.