23. Неметаллические материалы.

23.1 Понятие о неметаллических материалах и классификация полимеров

 

Полимеры — неорганические и органические, аморфные и кристаллические вещества, состоящие из «мономерных звеньев», соединённых в длинные макромолекулы химическими или координационными связями. Полимер — это высокомолекулярное соединение: количество мономерных звеньев в полимере (степень полимеризации) должно быть достаточно велико.

Судостроение является одной из наиболее насыщенных неметаллическими материалами отраслей промышленности. Эти материалы широко используются для изготовления корпусов и надстроек малотоннажных судов (шлюпок, катеров), для различных узлов конструкций, деталей судовых механизмов, всевозможных устройств, внутренней отделки помещений. Основными свойствами, способствующими значительному распространению неметаллических материалов в судостроении, а также и в ряде других отраслей техники являются: малый удельный вес, высокие удельные характеристики прочности, жесткости, эластичность (способность к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке), малая хрупкость, хорошие антикоррозионные, теплоизоляционные, звукоизоляционные, фрикционные свойства, способность макромолекул к ориентации под действием направленного механического поля (используется при изготовлении волокон и плёнок). Кроме того, технология изготовления изделий из неметаллов не сложна и значительно производительнее, чем из металлических материалов.

Наиболее широкое применение получили полимеры –синтетические высокомолекулярные органические соединения с линейной, разветвленной и пространственной (сетчатой) структурой расположения мономолекул (рис. 23.1).

а

б

в

Рисунок 23.1 – Схемы строения полимеров: линейные цепи наномолекул (а); разветвленные (б); сетчатые (пространственные) (в).

Высокомолекулярные соединения, молекулы которых содержат несколько типов повторяющихся группировок, называют сополимерами или гетерополимерами.

По химическому составу все полимеры подразделяются на органические, элементоорганические (содержат в основной цепи органических радикалов неорганические атомы (Si, Ti, Al), неорганические.

Следует отметить, что в технических материалах часто используют сочетания разных групп полимеров. Это композиционные материалы (например, стеклопластики).

Если связь между макромолекулами осуществляется с помощью слабых сил Ван-Дер-Ваальса, они называются термопласты, если с помощью химических связей — реактопласты.

23.2 Классификация пластмасс

 

Пластмассы (пластические массы) или пластики — органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры). Исключительно широкое применение получили пластмассы на основе синтетических полимеров.

Название «пластмассы» означает, что эти материалы под действием нагревания и давления способны формироваться и сохранять после охлаждения или отвердения заданную форму. Процесс формования сопровождается переходом пластически деформируемого (вязкотекучего) состояния в стеклообразное.

Производство синтетических пластмасс основано на реакциях полимеризации, поликонденсации или полиприсоединения низкомолекулярных исходных веществ, выделяемых из угля, нефти или природного газа. При этом образуются высокомолекулярные связи с большим числом исходных молекул.

В зависимости от входящих компонентов все пластмассы можно разделить на следующие виды:

- пресспорошки — пластмассы с порошкообразными наполнителями;

- волокниты — пластмассы с волокнистыми наполнителями (хлопчатобумажные волокна, стекловолокна, асбестовые волокна);

- слоистые пластики — пластмассы с наполнителями в виде ткани или бумаги (текстолит, стеклотекстолит, гетинакс);

- литьевые массы — пластики, обычно состоящие только из одного компонента — смолы; эти массы классифицируют по типу смолы;

- листовые термопластмассы, состоящие из смолы и небольшого количества пластификатора и стабилизатора (органическое стекло, винипласт).

По виду связующего материала различают:

- фенопласты, в которых в качестве связующего используют фенолоформальдегидные смолы;

- аминопласты, в которых в качестве связующего используют мочевиноформальдегидные и меламиноформальдегидные смолы;

- эпоксипласты, в которых в качестве связующего используют эпоксидные смолы и т. д.

В зависимости от поведения связующего вещества при нагреве пластмассы разделяют на термореактивные и термопластичные.

Термореактивные пластмассы при нагреве до определенной температуры размягчаются и частично плавятся, а затем в результате химической реакции переходят в твердое, неплавкое и нерастворимое состояние. Термореактивные пластмассы необратимы: отходы в виде грата и бракованные детали обычно используют после измельчения только в качестве наполнителя при производстве пресспорошков.

Термопластичные пластмассы при нагреве размягчаются или плавятся, а при охлаждении твердеют. Термопластичные пластмассы обратимы, но после повторной переработки пластмасс в детали физико-механические свойства их несколько ухудшаются.

В зависимости от области применения различают пластмассы:

- общего назначения (пресспорошки);

- с высокими диэлектрическими свойствами (полиэтилен, полипропилен, полистирол, гетинакс и др.);

- конструкционные (текстолит, стеклотекстолит, стекловолокнит и др.);

- фрикционные (асботекстолит, асбоволокнит и др.);

- антифрикционные (волокниты, полиамиды, фторопласт и др.);

- химически стойкие (фторопласт, полиэтилен, полипропилен, винипласт и др.);

- теплостойкие (стеклопластики на основе кремнийорганических смол, фторопласты, поликарбонаты и др.);

- теплоизоляционные, обладающие низким коэффициентом теплопроводности и малой плотностью (газонаполненные пластмассы — пенопласты, поропласты) и т. д.