1.4.3. Основные теплофизические свойства конструкционных материалов

К основным теплофизическим свойствам и характеристикам относятся:

• теплопроводность;

• теплоемкость;

• термическое (тепловое) расширение;

• температуры фазовых переходов: Т_пл и Т_кип;

• температуры переходов из одного физического состояния в другое – для полимеров: Т_{стеклования} (Т_ст), Т_{плавления} (Т_пл) и Т_{текучести} (Т_тек).

4. Основные электрические свойства конструкционных материалов

В твердых телах перенос зарядов осуществляется либо электронами (проводники 1-го рода – электронные проводники), либо ионами (проводники 2-го рода – ионные проводники). По величине электрической проводимости КМ подразделяют на три типа: проводники, полупроводники и диэлектрики (изоляторы).

Области значений удельной электропроводимости (χ) трех вышеупомянутых типов материалов приведены ниже:

Материал χ, См·м^-1٭

Проводники 10⁸-10⁶

Полупроводники 10⁵-10^-8

Диэлектрики меньше 10^-8

٭1См (сименс)=1 Ом^-1

А. Основные свойства проводников электрического тока:

• удельная объемная электрическая проводимость χ=1/_V , где _V - удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·м;

• плотность материала =m /V , кг/м³.

Б. Основные свойства диэлектриков:

• удельное объемное электрическое сопротивление _V =1/χ , Ом·м;

• электрическая прочность (прочность на пробой) Е_пр, МВ/м;

• диэлектрическая проницаемость ';

• тангенс угла диэлектрических потерь (tg) и величина диэлектрических потерь (способность к рассеиванию электрической энергии в форме теплоты).

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

2.1. Металлы (Ме) и металлические сплавы

Ценные свойства металлов и их сплавов:

• большая механическая прочность;

• способность к значительным пластическим деформациям;

• хорошие литейные свойства;

• способность к сварке (свариваемость);

• хорошая теплопроводность и электропроводность;

• способность работать при низкой и высокой температурах.

Недостатки металлов и их сплавов:

• большая плотность;

• склонность к коррозии в различных химических средах;

• большая деформируемость ряда Ме при высоких температурах (малая жаропрочность).

2.2. Пластмассы (п)

Пластмассы – материалы, основу которых составляют полимеры, находящиеся при формовании изделия в пластическом (вязкотекучем) состоянии, а при эксплуатации изделия (детали) – в стеклообразном или кристаллическом состоянии.

Ценные свойства пластмасс:

• большая для органических материалов механическая прочность. Для конструкционных термопластов (полиформальдегид, поликарбонат, полиамиды и др.) _р=65-70 МПа (без армирующего наполнителя);

• малая (низкая) плотность

_ист= 920-2200 кг/м³ (в 1,5-2 раза легче Al, в 5-8 раз легче Fe, Cu, Pb и др.);

• хорошие диэлектрические свойства;

_V^пэ=1·10¹⁶ Ом·м; _V^пс=1·10¹⁷ Ом·м; _V^птфэ=1·10¹⁸ Ом·м;

  2,22,5; tg = 0,0001  0,0002;

(ПЭ – полиэтилен; ПС – полистирол; ПТФЭ – политетрафторэтилен)

• высокая химическая стойкость. ПТФЭ; ПерХВ; фенопласты;

• прекрасные антифрикционные или, наоборот, фрикционные свойства.

Антифрикционные материалы: тефлон, ПФА (полиформальдегид), полиамиды. Фрикционные материалы: асбофенопласты и асботехнические изделия.

• хорошие оптические свойства ряда пластмасс (органические стекла и пленки);

• хорошие теплоизоляционные и акустические свойства газонаполненных пластмасс (пенопластов);

_{Пенопл.}= 0,047 Вт/(м*град); _каж = 20 кг/м³;

• хорошие адгезионные (клеящие) свойства полярных пластмасс и синтетических смол;

• возможность изготовления изделий законченной формы без дополнительной трудоемкой механической обработки;

• легкость придания изделиям красивого внешнего вида и глянцевой поверхности.

Недостатки пластмасс:

• недостаточно высокая теплостойкость (70 – 200С);

• малая поверхностная твердость;

• высокий коэффициент термического расширения (в 2,5 – 12 раз больше, чем у стали);

• повышенная ползучесть;

• токсичность низкомолекулярных частей П (остатков мономеров, стабилизаторов, пластификаторов и т.д.);

• биологическая неразрушаемость отслуживших пластмассовых изделий;

• горючесть большинства пластиков.

К малоизученным свойствам П относится их долговечность (вследствие относительной “молодости” данного типа материалов).