ЛЕКЦІЇ.txt / ЛЕКЦІЯ Тема 14

5

Тема 14. Неметалеві конструкційні матеріали (2 год)

План

1. Будова дерева і деревини. Мікроскопічна будова деревини, хімічний склад. Види лісоматеріалів.

2. Матеріали на основі полімерів. Загальні відомості про полімери та пластмаси, види і застосування.

3. Гума. Вихідні матеріали. Технологія гуми і гумових виробів.

4. Клеї, склад, властивості, застосування, технологія склеювання.

5. Лакофарбові матеріали.

–1–

Макроструктура: серцевина, деревина, кора.

Вивчають у трьох розрізах:

• поперечному- перпендикулярно стовбуру;

• радіальному- вздовж стовбура через серцевину;

• тангенціальному - вздовж стовбура на відстані від серцевини.

Рис. 1. Розрізи стовбура: 1 - поперечний, радіальний, 3 – тангенціальний

Внутрішній шар кори луб проводить органічні речовини від крони у стовбур і корені.

За лубом камбій – шар живих клітин, за камбієм деревина і серцевина. Якщо деревина однаково забарвлена (вільха, береза, граб) –заболонні породи, якщо центральна частина темна – ядрові (дуб, сосна).

Заболонь проводить воду від коріння до листя, ядро виконує механічну функцію.

Серцевина – центральна крихка частина. На поперечному розрізі від серцевини до кори серцевинні промені (рис.3), для руху поживних речовин.

Рис. 2.Вигляд серцевинних променів на розрізах

(1- торцевий, 2 - тангенціальний,.'•З - радіальний)

На радіальному мають вигляд смуг. На тангенціальному – штрихи.

У листяних вода від коріння до крони по капілярних судинах

. У хвойних порід судин немає, сік рухається вгору по порожнистих трахеїдах просочуванням води крізь пори у стінках. У них є смоляні ходи.

Концентричні кільця навколо серцевини річні. З ранньої і пізньої деревини: рання з боку серцевини, світла і м'яка; пізня з боку кори, темна і тверда. Рання на початку літа подає воду вверх; пізня в кінці літа має механічну функцію.

Жива клітина має оболонку (0,001 мм) всередині протопласт із цитоплазмою й ядром. Оболонка з целюлози у вигляді волоконець – мікрофібрил, проміжки заповнені лігніном, геміцелюлозою і водою. Пори для проведення води з однієї клітини в іншу.

Типи клітин: паренхімні і прозенхімні витягнуті волокна.

Будова деревини хвойних порід: трахеїди і паренхімні клітини.

У річному шарі ранні і пізні трахеїди – мертві клітини. Паренхімні утворюють серцевинні промені і смоляні ходи.

49,5% С; 44,2% О₂ з азотом; 6,3% Н₂, мінеральні сполуки 0,2...1,7% (солі кальцію, натрію, магнію); органічні речовини: целюлоза, лігнін, геміцелюлоза в стінці клітин; дубильні речовини і смоли.

Лігнін –речовина ( 60...65% С), що розчиняється в лугах і кислотах.

Геміцелюлози – група речовин, що розчиняється в лугах.

Смола – живиця з каніфолі (75%) і скипидару (19%). скипидар одержують перегонкою з водяною парою, в осадку каніфоль.

Дубильні речовини для дублення шкіри. Розчинні у воді і спирті, екстрагують гарячою водою з кори і деревини.

Властивості, які проявляються при взаємодії з навколишнім середовищем фізичні.

Водопоглинання –насичення стінок клітин і міжклітинних просторів водою, що збільшує їх розміри – розбухання. При висушуванні зменшуються – усихання: у тангенціальному - 6... 10%, радіальному - 3...5%, вздовж волокон - 0,1%. Деформування при усиханні – жолоблення.

При нерівномірному усиханні тріщини вздовж серцевинних променів або вздовж річних шарів.

Вологість стан деревини як наслідок властивостей гігроскопічності і водопоглинання.

Вологість 25%: на 100 г абсолютно сухої деревини 25 г води.

А)Круглі лісоматеріали. Очищене від сучків дерево хлист, ділять на сортименти: колоди, кряжі. Колоди –довгі (4 –7 м), кряжі –короткі відрізки, менше 4 м. Кряжі: фанерні, паркетні, бондарні, лижні.

Б)Пиломатеріали поздовжнім розпилюванням колод. За перерізом: пластини, четвертини, дошки, бруски, бруси двокатні, чотирикатні, обапіл

Рис. 3. Пиломатеріали

Пластини (а) і четвертини (б) при розпилюванні на дві і чотири частини.

Дошки (в) при розпилюванні колод уздовж паралельних площин.

Бруски (г) при розпилюванні дощок. Ширина бруска не більша подвійної товщини (товщина до 100 мм).

Бруси товщиною і шириною понад 100 мм, обпиляні з двох протилежних боків двокантні, обпиляні з усіх чотирикантні.

Рис. 4. Елементи дошки:

1 - права сторона; 2 - ребра;

З - кромка; 4 - торець;

5 - ліва сторона

Площина дошки з боку кори ліва (зовнішня), а з серцевини –права (внутрішня). Боки – канти, лінія перетину пласта і канта – ребро.

Стругані пиломатеріали. Дошки пазовані і фальцьовані.

Пазована на одному канту паз, іншому – гребінь. фальцьовані на обох кантах фальці.

Фанера – листовий матеріал, виготовлений з кряжів струганням, лущенням, пилянням.

З пиляної фанери музичні інструменти.

–2–

Пластмасами називаються матеріали, одержані на основі природних і синтетичних високомолекулярних сполук (полімерів), здатних змінювати форму під дією теплоти і тиску та зберігати її.

Головна складова полімери (від грец. "полі" - багато і "мерос" - частка) - сполуки, в молекулах яких однакові ланки повторюються багато разів.

Макромолекули полімерів можна уявити як ланцюги, що складаються з елементарних ланок, зв'язаних між собою хімічним зв'язком.

Поділяють на термопластичні і термореактивні. Термопластичні здатні від нагрівання плавитись. Термореактивні здатні формуватися у вироби від нагрівання тільки один раз, вдруге не плавляться.

Сировиа для полімерів: етан, метан, бутан, пропан, фенол, бензол.

Полімеризація - це синтез молекул мономеру в довгі ланцюгоподібні великі молекули полімеру.

Поліконденсація - процес утворення високомолекулярної сполуки (полімера) із низькомолекулярних сполук (мономерів). Реакцією поліконденсації синтезують феноло-формальдегідні, сечовино-формальдегідні, гліфталеві смоли, поліуретани, поліаміди (капрон), поліефіри (лавсан).

До складу більшості пластмас входять: наповнювачі, пластифікатори, стабілізатори, барвники.

Наповнювачі - підвищують міцність, жорсткість, теплостійкість :деревинна мука, слюда, тальк, сажа; волокнисті (скляні, бавовняні, азбестові волокна); листові матеріали (скляні, бавовняні, штучні і синтетичні тканини, папір, деревний шпон, металева фольга); повітряні пори в газонаповнених пластмасах.

Пластифікатори - надають пластичності при нормальній температурі і полегшують переробку пластмас.

Стабілізатори - уповільнюють процеси старіння пластмас від впливу кисню повітря, світла, температури: солі металів, феноли, аміни, сажа.

Затверджувачі сприяють переходу пластмас у неплавкий і нерозчинний стан.

Мастильні речовини й пом'якшувачі (трансформаторне, машинне масло, стеарин, віск, мазут, мило) усувають прилипання матеріалу до пресформи, пом'якшують пластмасу.

Барвники надають декоративного вигляду.

За наявністю наповнювача поділяють на прості і складні (композиційні).

Композиційні пластмаси: 1) за видом наповнювача: з порошкоподібним (прес-порошки), з волокнистим (волокніти), з тканинним і листовим (шаруваті пластики), газонаповнені;

2) за хімічною природою наповнювача: склопластики, вуглепластики, пластики з деревним наповнювачем, з бавовняно-паперовим наповнювачем, з мінеральним наповнювачем, заповнені синтетичними волокнами (поліпропіленовим, капроновим).

За типом зв'язуючого полімеру: на основі фенольних і фенолальдегідних смол– фенопласти, на основі епоксидних смол - епоксидпласти, поліамідних смол - амінопласти.

Пластмаси без наповнювачів – це термопластичні полімери.

Поліетилен полімеризацією етилену С₂Н₄. Розрізняють: високого тиску з масовою часткою 55...65% кристалічної фази і низького тиску з кристалічністю 75...95%.

Поліпропілен - продукт полімеризації пропілену СН₃-СН-СН₃. виготовляють плівки, листи, труби для гарячої води.

Полівінілхлорид (ПВХ) - полімер хлористого вінілу СН₂-СНС1. Виготовляють труби і листовий матеріал, литі вироби.

Поліформальдегід - з альдегіду мурашиної кислоти - формальдегіду НСНО. Виготовляють водопровідну арматуру, деталі з різьбою, малі шестерні, листи, труби.

Поліаміди - група пластмас, у складі молекул яких є амідна (– N11 -СО -) і метиленова (- СН₂ -) групи: капрон, нейлон, енант. Виготовляють волокна, корди, втулки, підшипники, шестерні.

Фторопласти - похідні етилену, де атоми водню заміщені атомами фтору. Фторопласт-3 –виготовляють деталі насосів, арматуру, клапани, мембрани, діафрагми, електроізоляційні деталі. Фторопласт-4 виготовляють труби хімічної апаратури, крани, мембрани, фільтри, плівки, прокладки, волокна.

Фторопласти застосовують також для виготовлення деталей антифрикційного призначення (підшипники, поршневі кільця, сепаратори підшипників, сальникові кільця ущільнень).

Поліакрилати на основі похідних акрилової і метакрилової кислот. Найбільше значення має поліметилметакрилат -органічне скло, його використовують для транспортних засобів, освітлення, в годинниковій промисловості, світлотехніці.

Полістирол [- СН₂ - СН(С₆Н₅-)]_п - пластик з високими діелектричними властивостями, виготовляють деталі засобів зв'язку, радіоапаратури, плівку, труби, побутові вироби.

Пластмаси з порошковими наповнювачами термореактивні. Наповнювачами в них є органічні (деревні) і мінеральні (молотий кварц, азбест, слюда, графіт) порошки. Виготовляють на основі новолачної або резольної феноло-формальдегідної смоли з різними добавками, їх ще називають фенопластами.

Пластмаси з волокнистими наповнювачами.

Волокніт - на основі феноло-формальдегідної смоли з наповнювачем із бавовняної целюлози, для виготовлення шківів, роликів конвейєрів, різьбових пробок, шестерень.

Скловолокніт-на основі феноло-формальдегідної, силіцієорганічної, епоксидної смол з наповнювачем скловолокном. Для виготовлення виробів, які повинні бути міцними, водостійкими, мати високі вогнетривкі, електроізоляційні і фрикційні властивості.

Скловолокнистий анізотропний матеріал (СВАМ) з довгих скляних волокон, зв'язуючи їх рідкими смолами. виготовляють склофанеру – з однаковими властивостями у поздовжньому і поперечному напрямі. Для виготовлення хімічно стійких труб та резервуарів, деталей катерів, човнів, електроапаратури.

Азбоволокніт з азбестового волокна і добавок, зв'язаних термореактивною смолою, виготовляють електроізоляційні деталі.

Пластмаси із шаруватими наповнювачами виготовляють гарячим пресуванням просочених смолами і укладених шарами полотен тканини, паперу або деревного шпону.

Текстоліт – наповнювачем бавовняна тканина, основа феноло- і крезоло-формальдегідна смола. Виготовляють шестерні, вкладиші підшипників, електроізоляційні деталі, прокладки.

Склотекстоліт –наповнювачем є склотканина з різним переплетенням, основою - феноло-формальдегідна, епоксидна, поліефірна смоли. використовують як конструкційний і електроізоляційний матеріал.

Азбестотекстоліт –на основі феноло-формальдегідної смоли і наповнювача азбестової тканини. виготовляють деталі гальмівних пристроїв, фрикційні диски, деталі механізмів зчеплення.

Гетинакс - це аркуші паперу, просочені смолами і спресовані при 150... 160°С і 10...15 МПа. Використовують як електроізоляційний матеріал.

Газонаповнені полімерні матеріали поділяють на групи: пінопласти - матеріали з ізольованими порами і поропласти (губки) –. матеріали із сполученими порами.

Сировина: полівінілхлорид, полістирол, ефіри целюлози, амінопласти, полі-метилметакрилат, газоутворювачі: вуглекислий амоній, бікарбонат натрію (сода). З них під час нагрівання і виділяються гази (з вуглекислого амонію - вуглекислий газ).

Використовують для звукоізоляції, як теплоізоляційний матеріал.

До комбінованих газонаповнених пластмас сотопласти. Виготовляють із стрічок тканин, просочених формальдегідами, поліамідами. Після надання форми гофра стрічки склеюють так, що утворюються пустоти у вигляді стільників.

Використовують як тепло- і звукоізоляційний матеріал.

–3–

Гумою називають високомолекулярні матеріали, які отримують при вулканізації суміші каучуку з наповнювачами.

Каучук –натуральний і синтетичний –від індіанського "као чоу"- "сльози дерева". Натуральний каучук добувають із соку (латексу) гевеї– полімер ненасиченого вуглеводню ізопрену

Вулканізація - це процес обробки сформованого з сирої гуми виробу з метою підвищення міцності, твердості в автоклавах або котлах при 130...150°С і 0,1...0,4 МПа. Вулканізуючі речовини взаємодіють з лінійними молекулами каучуку, відбувається їх укрупнення і утворення сітчатої структури.

Основним вулканізуючим реагентом для шин є сірка 15 до 4% від маси каучуку.

Процес вулканізації за допомогою сірки: нагрівання гумової суміші до певної температури і витримці, щоб атоми сірки з'єднали молекули каучуку, утворивши гуму - матеріал з просторовою -структурою молекул.

Від кількості сірки залежить твердість гуми. При S 40...60% від маси каучуку перетворюється в ебоніт.

Інші інгредієнти гумової суміші:

• прискорювачі вулканізації;

• активатори вулканізації, активують дію прискорювачів (окис цинку до 5%);

• активні наповнювачі (підсилювачі), для покращення властивостей (сажа, підвищує міцність, окис магнію, каолін);

• неактивні наповнювачі (крейдяна мука, азбестова мука), 30...40% від маси каучуку для збільшення об'єму гумової суміші;

• пластифікатори, сприяють змішуванню складових частин і роблять гуму більш пластичною: мазут, гудрон, парафін, мінеральні масла, кам'яновугільні смоли, каніфоль, соснова смола від 2 до 30% від маси каучуку;

• регенерат, для часткової заміни каучуку –гума із зношених гумових виробів;

- барвники.

Технологічний процес виготовлення гуми: приготування сирої гумової суміші, отримання з неї напівфабрикатів, вулканізація. Операції: вальцювання, каландрування, одержання заготовок, формування і вулканізація виробів.

Гума, в залежності від властивостей поділяється на 10 класів:

Для захисту конструкцій від руйнівної дії навколишнього середовища.

–4–

Лакофарбові матеріали складаються із плівкоутворюючих речовин, розчинників, пігментів, наповнювачів, пластифікаторів, сикативів та інших добавок.

Плівкоутворюючі речовини: рослинна олія (оліфа), природні (каніфоль, асфальти) і синтетичні смоли, ефіри целюлози.

Розчинники - речовини, призначені для розчинення плівкоутворюючих компонентів: вуглеводні (уайт-спірит, толуол), ефіри (етилацетат), спирти (бутиловий, етиловий), кетони (ацетон).

Пігменти - речовини, які надають лакофарбовим матеріалам кольору.

Наповнювачі - надають покриттю фізико-механічних властивостей (тальк, каолін, магнезія, гіпс).

Пластифікатори - речовини, які протягом тривалого часу зберігають еластичність покриття: дибутилфталат, трикрезилфталат.

Сикативи - солі органічних кислот (нафтенати кобальту, свинцю, цинку)–діють як каталізатори в процесі полімеризації плівкоутворювача і підвищують швидкість висихання при кімнатній температурі.

За призначенням основні і допоміжні. Основні: лаки, фарби, емалі.

Лак – розчини плівкоутворюючих речовин в розчинниках, після висихання яких утворюються прозорі плівки.

Фарби - композиції компонентів лакофарбових матеріалів. Якщо плівкоутворювачем є оліфа, називають масляними фарбами, а якщо введено лак - емалями.

Грунтівки і шпаклівки - це емалі або фарби з великою кількістю пігментів і наповнювачів, для одержання густої консистенції.