Неметаллические материалы
К неметаллическим материалам относятся волокнистые материалы (древесина) и полимерные материалы (органические или неорганические): пластмассы, композиционные материалы на неметаллической основе, каучуки и резины, стекло и др.
Полимеры
Полимерами называют высокомолекулярные вещества, макромолекулы которых состоят из многочисленных звеньев (мономеров) одинаковой структуры.
Свойства полимера определяется не только его химическим составом, но и строением и взаимным расположением молекул.
По форме макромолекул различают полимеры (рис. 1).:
– линейные;
– разветвленные;
– плоские ленточные;
– плоские сетчатые;
– пространственные.
Рис. 1. Формы макромолекул.
Гибкие длинные макромолекулы обладают высокой прочностью вдоль цепи и слабыми молекулярными связями, что обеспечивает их эластичность, способность размягчаться при нагреве и затвердевать при охлаждении (полиэтилен, полиамид).
Разветвленные молекулы отличаются наличием боковых ответвлений, что препятствует их плотной упаковке (полиизобутилен ...).
Плоские ленточные молекулы состоят из двух цепей, соединенных химическими связями. Они обладают повышенной теплостойкостью и большей жесткостью.
Пространственные молекулы образуются при соединении молекул между собой прочными химическими связями. Образуется сетчатая структура с различной густотой сетки. Молекулы с редкой сеткой (сетчатые) теряют способность растворяться и плавиться, но обладают упругостью (мягкие резины). Густосетчатые молекулы (пространственные) отличаются твердостью и большой теплостойкостью. Эти полимеры лежат в основе конструкционных неметаллических материалов.
По отношению к нагреву полимеры разделяются:
– термопластичные;
– термореактивные.
Термопластичные полимеры имеют линейную или разветвленную структуру молекул. При нагреве они размягчаются, могут плавиться, при охлаждении затвердевают. Этот процесс обратим.
Термореактивные полимеры в начальной стадии образования имеют линейную структуру. При нагреве они размягчаются. Далее образуется пространственная структура, полимер получает термостабильное твердое состояние.
Недостаток полимеров:
старение – самопроизвольно и необратимо изменяются механические свойства под воздействием света, кислорода, влажности, теплоты, длительного хранения.
Для замедления старения, в полимеры добавляют стабилизаторы (органические вещества, антиоксиданты). Например: срок службы полиэтилена, стабилизированного сажей увеличивается до 5 лет; поливинилхлорид имеет срок службы до 25 лет.
Термопластичные полимеры
Термопласты способны работать при температурах не выше 60—70°С поскольку выше этих температур их физико-механические свойства резко снижаются. Некоторые теплостойкие пластмассы способны работать при 150—200 °С, а термостойкие полимеры с жесткими цепями устойчивы до 400—600 °С.
Предел прочности термопластов изменяется в пределах 10—100МПа, модуль упругости — (1,8—3,5)-103 МПа. Длительное статическое нагружение термопластов вызывает появление вынужденно-эластической деформации и снижает их прочность.
Полиэтилен это полимер этилена.
Его получают полимеризацией бесцветного газа этилена при низком и высоком давлении. Полиэтилен низкого давления (ПЭНД) имеет высокую плотность и кристалличность до 74—95%. ПЭВД отличается пониженной плотностью и содержит в структуре до 55—65% кристаллической составляющей.
Полиэтилен способен длительное время работать при 60—100 °С. Морозостойкость достигает -70 "С и ниже. Химически стоек и нерастворим в растворителях при 20 °С.
Полиэтилен применяют для изоляции защитных оболочек кабелей проводов, деталей высокочастотных установок и для изготовления коррозионностойких деталей — труб, прокладок, шлангов. Его выпускают в виде пленки, листов, труб, блоков.
Полиэтилен подвержен старению. Для защиты от старения в полиэтилен вводят сажу 2—3%, замедляющую процесс старения в 30 раз.
Полистирол относится к группе синтетических полимеров класса термопластов, получаемый в промышленности полимеризацией стирола.
Полистирол - твердое и бесцветное стеклоподобное вещество, которое пропускает до 90% лучей видимого спектра, имеющий преимущественно линейное строение, его плотность 1,05г/м3.
Полимер обладает слабой полярностью, имея высокие диэлектрические свойства, они мало зависимы от частоты тока и температур. Он не растворяется в спиртах, очень устойчив к кислотам, щелочам и воде. Полимер легко формируется и окрашивается, легко обрабатывается механическими способами, хорошо склеивается, он обладает высокой влагостойкостью и морозостойкостью, низким водопоглощением.
Полистирол применяют для производства слабонагруженных деталей и высокочастотных изоляторов.
Недостатками свойств полистирола являются его хрупкость при пониженных температурах, склонность к постепенному образованию поверхностных трещин.
Фторопласт-4 (политетрафторэтилен) имеет аморфно-кристаллическую структуру. Скорость кристаллизации зависит от температуры в очень малой степени до 250 °С и не влияет на его механические свойства. Температурный порог длительной эксплуатации фторопласта-4 ограничивается 250°С. Он относительно мягок. Применяют для изготовления труб, клапанов, насосов, шлангов, а также используют в качестве низкочастотного диэлектрика.
Фторопласт-4 отличается чрезвычайно высокой стойкостью к действию агрессивных сред: соляной, серной, плавиковой, азотной кислот, царской водки, пероксида водорода, щелочей. Он разрушается под действием расплавов щелочных металлов, а также фтора и фтористого хлора при повышенных температурах. Фторопласт-4 не горит и не смачивается водой и многими жидкостями.
Политетрафторэтилен не охрупчивается до -269 °С. Он сохраняет гибкость при температуре ниже -80°С. Фторопласт-4 имеет низкий коэффициент трения (0,04), не зависящий от температуры плавления (327 °С) кристаллической составляющей.
Недостатками фторопласта-4 следует считать его токсичность вследствие выделения фтора при высоких температурах, хладотекучесть и трудность переработки из-за отсутствия пластичности.
Фторопласт-4 применяют для изготовления мембран, труб, вентилей, насосов, уплотнительных прокладок, сильфонов, манжет, антифрикционных покрытии на металлах, а также электрорадиотехнических деталей.
Полиметилметакрилат (органическое стекло) – аморфный, бесцветный, прозрачный термопласт. При нагреве до 80 °С начинает размягчаться, а при 105—150 °С становится пластичным. Основным критерием, определяющим его пригодность, является прочность. Повышение механических свойств органических стекол осуществляют путем двухосного растяжения при нагреве до температуры, превышающей температуру размягчения. Механические свойства органических стекол зависят от температуры .
Стекла с ориентированными макромолекулами менее чувствительны к концентраторам напряжений, более стойки против «серебрения». «Серебро» органических стекол — результат появления на поверхности и внутри материала мелких трещин, образующих полости с полным внутренним отражением. Дефект является результатом действия внутренних напряжений, возникающих в связи с низкой теплопроводностью и высоким температурным коэффициентом линейного расширения.
Проблема повышения ударной вязкости и термостойкости органических стекол помимо их вытяжки в пластическом состоянии (ориентированные стекла) решается применением многослойных стекол (триплексов), полученных склеиванием двух листов из органического стекла с помощью бутварной опенки.
Органические стекла не подвержены действию разбавленных кислот, щелочей, углеродных топлив и смазок, растворяются в органических кислотах (уксусной, муравьиной), хлорированных углеводородах.
Органическое стекло выпускается промышленностью в виде листов толщиной 0,8—24 мм. Его используют в автомобилестроении и других отраслях техники. Из оргстекла изготавливают оптические линзы, детали светотехнических устройств.
Поливинилхлорид (ПВХ) — стоек во многих средах: воде, щелочах, разбавленных кислотах, бензине. Размягчается при температуре, близкой к 70 °С. Поливинилхлорид используют в виде винипласта и пластиката. Винипласт содержит стабилизаторы (карбонаты металлов) и представляет собой непрозрачное твердое вещество. Хорошо поддается механической обработке, легко сваривает различными клеями.
Материал применяют для облицовки ванн и в качестве защитного покрытия металлических емкостей. Склонен к хладотекучести, чувствителен к надрезам, отличается хрупкостью при низких температурах и низкой теплостойкостью. Выпускается промышленностью в виде лент, трубок. Его часто используют в качестве уплотнителя воздушных гидравлических систем, изолятора проводов и защитных оболочек аккумуляторных баков.
Полипропилен – синтетический термопластичный неполярный полимер, принадлежащий к классу полиолефинов. Продукт полимеризации пропилена. Твердое вещество белого цвета.
Полипропилен получают в промышленности путем полимеризации пропилена при помощи катализаторов.
Полипропилен обладает высокой стойкостью к кислотам, щелочам, растворам солей и другим неорганическим агрессивным средам
Одним из свойств полипропилена является высокая износостойкость. Это обуславливает широкое применение полипропилена в машиностроении, автомобилестроении и строительстве. Из полипропилена производят делали различного оборудования (холодильников, пылесосов, вентиляторов), в автомобилестроении из полипропилена делают амортизаторы, блоки предохранителей, детали окон, сидений, бамперы и детали кузова автомобилей и т.д.
Применение полимеров
Области применения и способы переработки пластмасс. Пластмасса |
Применение |
Переработка |
Полиэтилен низкой плотности |
Пленки, трубы, изделия, работающие при обычных температурах. |
Литье под давлением, экструзия, пневмо- вакуум-формирование, прессование, спекание, сварка. |
Полиэтилен высокой плотности ПЭВП (низкого давления) |
Пленки, трубы, антифрикционные и защитные покрытия |
Литье под давлением, экструзия, вакуум-формирование, прессование, спекание, сварка. |
Полистирол (АБС – пластики) |
Тара, крупногабаритные корпусные детали. |
Литье под давлением, экструзия, прессование. |
Полиметилметакрилат органическое стекло |
Остекление кабин, герметики. |
Литье под давлением, экструзия, прессование, сварка, склеивание. |
Фторопласты |
Детали антифрикционного назначения, прокладочные материалы. |
Прессование, экструзия, литье под давлением. |
Полиамиды |
Детали, работающие под нагрузкой, корпуса, гибкие детали. |
Литье под давлением, экструзия. |
Полипропилен |
Амортизаторы, блоки предохранителей, детали окон, сидений, бамперы и детали кузова автомобилей |
Литье под давлением, экструзия. |
Термореактивные полимеры
Пластмассы на основе этих смол отличаются повышенной прочностью, не склонны к ползучести, не способны работать при повышенных температурах. Смолы в пластмассах являются связкой и обладать высокой клеящей способностью, теплостойкостью, химической в агрессивных средах, электроизоляционными свойствами, доступной технологией переработки, малой усадкой при затвердевании.
Эпоксидные смолы – олигомеры, содержащие эпоксидные группы и способные под действием отвердителей (полиаминов и др.) образовывать сшитые полимеры.
В чистом виде эпоксидные смолы – вязкие жидкости, способные длительное время сохранять свойства без изменений. Они растворяются во многих органических растворителях (ацетон, толуол и др.) и нерастворимы в воде, бензине. В присутствии отвердителей (амины, их производные, ангидриды карболовых кислот и др.) эпоксидные смолы быстро затвердевают, приобретая сетчато-пространственное строение. Отверждение смолы — полимерязационный процесс, без выделения воды или низкомолекулярных веществ, и развивается равномерно в весьма толстом слое.
Тип отвердителя определяет условия процесса отверждения либо при комнатной температуре, либо при нагреве до 80—150 °С. Получению монолитной массы затвердевшей эпоксидной смолы способствует сравнительно малая, всего 0,5—2%, усадка. Обнаруживает высокую адгезию ко многим материалам: стеклу, металлам, некоторым пластмассами др.
Фенолформальдегидные смолы - синтетические смолы из группы феноло-альдегидных смол со свойствами реактопластов. Являются жидкими продуктами поликонденсации фенола с формальдегидом в щелочной или кислой среде (новолачные и резольныесмолы (бакелиты), что соответственно влияет на их свойства.
Полиэфирная смола – продукт, который получают в результате переработки (так называемой поликонденсации) многоатомных спиртов, кислот, а также ангидридов и растительных масел.
Эти смолы находят широкое применение практически во всех отраслях промышленности (машиностроение, судостроение), в строительстве, в производстве спортивного снаряжения (шлемы, доски для серфинга) и во многих других сферах.
Пластмассы
Пластмассы – это материалы, полученные на основе полимеров, выполняющих роль связующего и определяющих их свойства.
Пластмассы являются важнейшими современными конструкционными материалами.
Достоинства пластмасс:
– малая плотность (до 2 г/см³);
– высокая удельная прочность;
– низкая теплопроводность;
– химическая стойкость;
– хорошие электроизоляционные и звукоизоляционные свойства;
–хорошие технологические свойства: легко формуются, прессуются, обрабатываются резанием, их можно склеивать и сваривать;
– некоторые пластмассы обладают оптической прозрачностью, фрикционными и антифрикционными свойствами, стойкостью к истиранию и др.
Недостатки пластмасс:
– низкая теплостойкость;
– низкая ударная вязкость;
– склонность к старению для ряда пластмасс.
Исходными материалами для получения пластических масс служат дешёвые продукты переработки каменного угля, нефти и природного газа.
Пластмассы состоят из следующих компонентов:
1.Связующее – полимер, выполняющий функции основной матрицы. синтетические смолы фенолоформальдегидные (фенопласты); эпоксидные; полиамидные; полиуретановые; стирольные, эфиры, целлюлоза.
Некоторые пластмассы состоят только из одной связки (полиэтилен, фторопласты, органическое стекло).
2.Наполнители – порошкообразные, волокнистые и другие низкомолекулярные вещества (олеиновая кислота, стеарин, дибутилфторат и др.).
Наполнители повышают механические свойства (твёрдость HB, σВ, σТ), снижают усадку при прессовании и придают материалу те или иные специфические свойства.
Наполнители подразделяются на:
– порошковые (сажа, графит, древесная мука);
– волокнистые (волокна, стекловолокна, асбоволокна);
− слоистые (бумага, ткань, стеклоткань);
− газовые (газонаполненные: поропласты, пенопласты, сотопла-
сты);
3.Пластификаторы – жидкие вещества, добавляемые для повышения эластичности материала и улучшения обрабатываемости;
4.Отвердители – вещества, приводящие к быстрому отверждению двухкомпонентной эпоксидной смолы (амины);
5. Стабилизаторы, предотвращающие или замедляющие процесс старения
6. Красители – для изменения цвета пластмасс (обычно оксиды металлов) .
Пластмассы классифицируются по следующим признакам:
1.По характеру связующего веществ:
– термопластичные (термопласты);
– термореактивные (реактопласты).
Термопласты получают на основе термопластичных полимеров. Они при неоднократном нагревании и охлаждении каждый раз размягчаются и затвердевают. Термопласты удобны для переработки (при нагревании пластифицируются), отличаются большой упругостью, малой хрупкостью.
Реактопласты при нагревании размягчаются, затем ещё до охлаждения затвердевают (вследствие протекания химических реакций) и при повторном нагревании остаются твёрдыми. Отличаются хрупкостью, могут дать усадку до 15%.
- По виду наполнителя
– порошковые (карболиты) - с наполнителем в виде древесной муки, графита, талька.
– волокнистые – с наполнителем из очесов хлопка и льна (волокниты); стеклянных нитей (стекловолокниты); асбеста (асбоволокниты).
– слоистые – с листовым наполнителем: бумажные листы (гетинакс); хлопчатобумажные ткани, стеклоткани, асбестовые ткани (текстолит, стеклотекстолит, асботекстолит).
– газонаполненные – с воздушным наполнителем (пенопласты, поропласты).
Порошковые пластмассы на основе фенол-формальдегидных смол. В качестве наполнителя используют органические порошки (древесная мука, порошкообразная целлюлоза) и минеральные порошки (молотый кварц, тальк, цемент, графит). Эти пластмассы обладают невысокой прочностью, низкой ударной вязкостыо, электроизоляционными свойствами.
Пластмассы с органическими наполнителями применяются для ненагруженных деталей общетехнического назначения – корпусов приборов, рукояток, кнопок.
Минеральные наполнители придают порошковым пластмассам химическую стойкость, водостойкость, повышенные электроизоляционные свойства.
Волокнистые пластмассы представляют собой композиции из волокнистого наполнителя, пропитанного феноформальдегидной смолой. Они делятся на волокниты, асбоволокниты и стекловолокниты.
Волокниты – пластмассы на основе волокон, пропитанных фенолоформальдегидной смолой. В качестве волокнистых наполнителей используются хлопковые очесы (волокниты). асбестовое волокно (асбоволокниты), стекловолокно (стекловолокниты).
Применяются они для изготовления изделий общетехнического назначения с повышенной стойкостью к вибрациям и ударным нагрузкам, работающих на изгиб и кручение, например, шкивов ременных передач, фланцев, рукояток, крышек и др.
Асбоволокниты – композиты, содержащие волокнистый минерал – асбест, расщепляющийся на тонкие волокна диаметром до 0,5 мкм. В качестве связующего используются фенолоформальдегидные и кремнийорганические смолы. Они обладают высокой ударной вязкостью и теплостойкостью до200 °С, имеют хорошие фрикционные свойства. Применяются в основном в качестве материалов для тормозных устройств (тормозные колодки, накладки, диски сцепления).
Асбоволокниты на фенолоформальдегидной основе используются для производства высокопрочных теплостойких электротехнических деталей (электрические панели, коллекторы)
Стекловолокниты – представляют собой пластмассы, содержащие в качестве наполнителя стекловолокна. Применяются стекловолокна диаметром 5...20 мкм высокопрочные с временным сопротивлением до 3800 МПа и высокомодульные, имеющие предел прочности до 4700 МПа и модуль упругости при растяжении до 110 ГПа.
Используют волокна, нити, жгуты разной длины, что во многом определяет ударную вязкость стекловолокнита. Механические свойства стекловолокнитов зависят от состава, количества и длины стекловолокна, типа связующего, метода переработки.
Из стеклопластиков изготавливают крупногабаритные корпусные детали (кузова автомобилей, лодки, корпусные детали приборов и т. п.), элементы щитков, изоляторов, штепсельных разъемов, и т. д. Изделия, эксплуатируемые при температурах от -60 до +200 °С, изготавливают на основе фенолоформальдегидных смол а для температурного диапазона –60…+100 °С на основе эпоксидных смол.
Стекловолокниты на основе кремнийорганических смол эксплуатируются до температуры 400 °С. Слоистые пластмассы получают прессованием (или намоткой) слоистых наполнителей, пропитанных смолой. Они обычно выпускаются в виде листов, плит, труб, из которых механической обработкой получают различные детали.
Текстолит – это материал, полученный прессованием пакета кусков хлопчатобумажной ткани, пропитанной смолой. Обладает хорошей способностью поглощать вибрационные нагрузки, электроизоляционными свойствами. Теплостоек до 80 °С.
Стеклотекстолит отличается от текстолита тем, что в качестве наполнителя используется стеклоткань. Более прочен и теплостоек, чем текстолит, имеет лучшие электроизоляционные свойства. В асботекстолите наполнителем является асбестовая ткань. Кроме электроизоляционных, он имеет хорошие теплоизоляционные и фрикционные свойства.
Гетинакс представляет собой материал, полученный прессованием нескольких слоёв бумаги, пропитанной смолой. Он обладает электроизоляционными свойствами, устойчив к действию химикатов, может применяться при температуре до 120–140°С.
Газонаполненные пластмассы представляют собой материалы на основе синтетических смол, содержащие газовые включения. В пенопластах поры, заполненные газом, не соединяются друг с другом и образуют замкнутые объёмы. Они отличаются малой плотностью (0,02…0,2 г/см3), высокими тепло-,звуко- и электроизоляционными свойствами, водостойкостью. Недостатки пенопластов – низкая прочность и низкая теплостойкость (до 60 °С). Используются для теплоизоляции и звукоизоляции, изготовления непотопляемых плавучих средств, в качестве лёгкого заполнителя различных конструкций. Мягкие виды пенопластов используются для изготовления мебели, амортизаторов и т.п.
Поропласты – это газонаполненные пластмассы, поры которых сообщаются между собой. Их плотность составляет 0,02…0,5 г/см3. Они представляют собой мягкие эластичные материалы, обладающие водопоглощением.
По способу переработки в изделия
литьевые
прессовочные.
Литьевые являются термопластичными и перерабатываются в изделия методами литьевого прессованияЁ экструзии, литьевого прессования, штамповки и др.
Экструзия заключается в выдавливании расплава через калиброванное отверстие мундштука. Сечение отверстия определяет поперечную форму изделия. Данным методом получают стержни различного профиля, трубы, листы, пленки.
При литьевом прессовании, композицию в расплавленном состоянии выдавливают в ручей пресс – формы, затем выдерживают до затвердевания. Способ позволяет получать сложные изделия (наличие ребер, резьбы, выступов, выемок …) из термореактивных смол и высоковязких термопластов.
Методом штамповки перерабатываются листовые материалы из термопластов (полистирол, полиамиды, фторопласты …).
Прессовочные перерабатываются в изделия методами горячего прессования и являются термореактивными.
Прессование заключается в формообразовании изделия в закрытой полости (ручье) специального инструмента – штампа (пресс - формы). Различают горячее и холодное прессование. При горячем прессовании, нагретую композицию (гранулы, ткани, пропитанные смолой) помещают в нагретую пресс – форму. Изделие выдерживают в пресс – форме до отверждения. Подогрев композиции и пресс - формы производят токами высокой частоты, паром, перегретой водой
По назначению пластмассы делятся на:
конструкционные,
химически стойкие,
прокладочные и уплотнительные,
фрикционные и антифрикционные, теплоизоляционные и теплозащитные,
электроизоляционные,
оптически прозрачные,
облицовочно-декоративные
отделочные.
Резина
Резины различных видов и марок относятся к группе эластичных материалов – эластомеров. От других материалом, резина отличается высокой эластичностью (относительное удлинение до 1000%).
Резина – искусственный материал, получаемый в результате специальной обработки резиновой смеси, основным компонентом которой является каучук.
Каучук – это полимер, отличительной особенностью которого является способность к очень большим обратимым деформациям при небольших нагрузках. Это свойство объясняется строением каучука. Его макромолекулы имеют вытянутую извилистую форму. При нагрузке происходит выпрямление макромолекул, что и объясняет большие деформации. При разгрузке макромолекулы принимают исходную форму.
Каучук может быть:
– натуральный (НК):
– синтетический (СК).
Натуральный каучук добывают из некоторых видов тропических растений в незначительных количествах. Поэтому производство резины основано на применении синтетических каучуков. Сырьём для производства синтетическою каучука служит спирт, на смену которому приходит нефтехимическое сырьё.
Для улучшения свойств каучуков, в резину вносят специальные добавки:
1.вулканизирующие вещества - участвуют в образовании пространственно – сетчатой структуры вулканизата. Обычно применяют серу или селен;
2.Наполнители – по воздействию на каучук подразделяют на: активныет(усиливающие) и неактивные (инертные).
Активные наполнители (углеродистая сажа и белая сажа) повышают механические свойства резин: прочность, сопротивление истиранию, твердость. Неактивные наполнители (мел, тальк, барит) вводятся для удешевления стоимости резины. 3. ускорители процесса вулканизации: полисульфиды, оксиды свинца или магния;
4. противостарители (антиоксидианты) замедляют процесс старения резины (парафин, воск);
5.пластификаторы (мягчители) облегчают переработку резиновой смеси, увеличивают эластичность каучука, повышают морозостойкость резины (парафин, вазелин, стеариновая кислоту, битумы).
6.Красители: минеральные или органические вводят для окраски резин.
Некоторые красящие вещества (белые, желтые, зеленые) поглощают коротковолновую часть солнечного спектра и этим защищают резину от светового старения.
Резины подразделяются:
– неформовые
– формовые.
К неформовым относится большая группа так называемых сырых резин. Сырые резины выпускаются в виде пластин, покрытых тальком (для предохранения от слипания), или в виде рулонов с тканевой прокладкой, которая также предохраняет резину от слипания.
Неформовые изделия производятся в два шага:
–экструзия – выдавливание горячей резиновой смеси из формующей головки;
– вулканизация неформового изделия в специально оборудованных емкостях.
Основным вулканизирующим веществом является сера, а также применяют селен и теллур.
В процессе химического взаимодействия каучука с вулканизатором (серой) происходит соединение нитевидных молекул каучука и образование пространственной сетчатой структуры.
Формовая резина производятся в пресс – формах вулканизацией резины внутри самой пресс-формы или путем заливки резины в форму.
Ассортимент формовой резины состоит из манжетов (применяются для уплотнения подвижных узлов) и колец (используются как уплотнители неподвижных узлов), уплотнителей для трансформаторов, сальников, прокладок, пылезащитных колпачков и так далее.
По назначению резины подразделяются:
– общие
– специальные
Из резин общего назначения изготовляются автомобильные шины, транспортёрные ленты, ремни ременных передач, изоляция кабелей, рукава и шланги, уплотнительные и амортизационные детали, обувь и др.
Резины специального назначения подразделяются на:
– теплостойкие, которые могут работать при температуре до 250…350 °С;
– морозостойкие, выдерживающие температуру до-70°С;
– маслобензостойкие, работающие в среде бензина, других топлив, масел и нефтепродуктов;
– светоозоностойкие, не разрушающиеся при работе в атмосферных условиях в течение нескольких лет, стойкие к действию сильных окислителей;
– электроизоляционные, применяемые для изоляции проводов и кабелей;
– электропроводящие, способные проводить электрический ток.
Леция .Композиционные материалы.
Общая характеристика и классификация
Композиционные материалы или композиты (КМ) – это материалы, состоящие из двух и более компонентов (упрочнителя и связующей их матрицы) и обладающие специфическими свойствами, отличными от суммарных свойств составляющих их компонентов
Компоненты композиционного материала различны по геометрическому признаку.
Компонент, непрерывный во всем объеме композиционного материала, называется матрицей.
Компонент прерывистый, разделенный в объеме композиционного материала, называется упрочнителем (наполнителем).
Матрица придает требуемую форму изделию, влияет на создание свойств композиционного материала, защищает упрочнитель от механических повреждений и других воздействий среды.
Свойства матрицы определяют технологические параметры процесса получения композита и его эксплуатационные свойства:
– плотность;
– удельную прочность;
– рабочую температуру;
– сопротивление усталостному разрушению;
– воздействию агрессивных сред.
В зависимости от материала матрицы различают:
– металлические композиционные материалы (МКМ) с металлической матрицей;
– полимерные композиционные материалы (ПКМ) с полимерной матрицей;
– керамические композиционные материалы (ККМ) с керамической матрицей.
Ведущую роль в КМ играют упрочняющие наполнители. Они имеют высокую прочность, твердость и модуль упругости.
По типу упрочняющих наполнителей КМ подразделяют на :
– дисперсноупрочненные;
– волокнистые;
– слоистые (рис. 1.).
Рис. 1. Схемы строения композиционных материалов:
а - дисперсноупрочненные; б - волокнистые; в – слоистые.
В дисперсноупрочненные КМ искусственно вводят мелкие равномерно распределенные тугоплавкие частицы карбидов, оксидов, нитридов и др., не взаимодействующие с матрицей и не растворяющиеся в ней вплоть до температуры плавления фаз. Чем мельче частицы наполнителя и меньше расстояние между ними, тем прочнее КМ.
Эффективное упрочнение достигается при содержании 5…10 % частиц наполнителя. Такие материалы отличаются изотропностью свойств.
Армирующими наполнителями служат частицы тугоплавких оксидов, нитридов, боридов, карбидов.
В волокнистых композитах особенность структуры заключается в равномерном распределении высокопрочных, высокомодульных волокон в пластической матрице (содержание их, т.е. объемная доля, может достигать 75%).
Арматурой в волокнистых КМ могут быть волокна различной формы: нити, проволока, сетки разного плетения.
Слоистые композиционные материалы набираются из чередующихся слоев наполнителя и матричного материала (типа "сэндвич").
Слои наполнителя в таких КМ могут иметь различную ориентацию. Возможно поочередное использование слоев наполнителя из разных материалов с разными механическими свойствами. Для слоистых композиций обычно используют неметаллические материалы.