Пластмассы & etc

Пластмассы (кратко)

Пластмассы - это композиционные материалы на основе полимеров, изделия из которых получают пластическим деформированием или литьем под давлением.

Основные компоненты пластмасс: наполнитель и связующее.

Наполнители:

•порошковые: каолин, слюда, кварцевый песок, асбестовая мука, древесная мука, тальк и др.;

•волокнистые: хлопковое волокно, стекловолокно, углеволокно, асбоволокно;

•слоистые: бумага, хлопчатобумажная ткань, стеклоткань, асботкань.

отвердители, пластификаторы, стабилизаторы, красители др.

Пластмассы с порошковым наполнителем называютпресспорошками, с

волокнистым - волокнитами, а со слоистым - слоистыми пластиками.

Взависимости от поведения основы при повышении темпера:

термопластичные (при нагреве расплавляются и при охл восстанавливают свои свойства); термореактивные (при нагреве в результате

прочностью. Чаще всего изделия изготовляют путем горячего прессования на гидравлических прессах при давлении10...12 МПа. Исходное сырье тщательно измельчают и перемешивают. Пресс-форма подогревается, так как процесс полимеризации и отвердения пластмассы обычно требует повыш температуры (более 60°С).

Свойства пластмасс зависят от свойств связующего и наполнителя.

Связующее должно обеспечить хорошие адгезионную и когези-онну прочность, влагостойкость, теплостойкость и высокие электрические свойства. Теплостойкость связующего определяет допустимую рабочую температу пластмасс:

•на эпоксидной смоле - до 200°С;

•на фенолформальдегидной смоле - до 250°С;

•на кремнийорганической смоле - до 370°С.

Кремнийорганическая смола, обладая высокой теплостойкостью, имеет слабую адгезию к наполнителю, поэтому пластмассы на её основе обладают невысокой прочностью.

Высокой термостойкостью и прочностью обладают пластмассы на основе смеси кремнийорганической и фенолформальдегидной или эпоксидной .смол Лучшие электрические характеристики(меньший tgδ, повышенные ρ и

уменьшению гигроскопичности. Кроме того, аминопласты можно окрашивать в любой цвет, тогда как фенолформальдегидные пластмассы из-за - тем коричневого цвета самой смолы окрашивают только в коричневый или черный цвет.

Для электротехнических изделий широкое применение нашлислоистые пластики:

•гетинакс - смола + бумага,

•текстолит - смола + х/б ткань,

•стеклотекстолит - смола + стеклоткань.

затвердевает, переходя в неплавкую стадию(бакелит С). В результате получается прочный монолитный материал. Текстолит и стеклотекстолит производят аналогичным образом из пропитанных смолой хлопчатобумажной ткани ил стеклоткани.

•р = 108...1011 Омм;

•Епр = 10...20 МВ/м.

низкочастотных цепей радиоаппаратуры. Для этой цели гетинакс облицовывают медной фольгой толщиной 0,035...0,05 мм. Требуемый рисунок получают путем

углеводород C5H8. Он обладает низкой прочностью, но высокой эластичностью, растворяется в органических жидкостях, как конструкционный материал не пригоден. Каучук получают синтетическим путемполимеризацией бутадиена и

его производных: изопрена, хлорпрена или смеси бутадиена со стиролом, изобутиленом и другими соединениями.

Вулканизация каучука проводится при температуре 120...150°С и давлении 5,0 МПа. Время выдержки - от нескольких минут до нескольких часов(

зависимости от размеров изделия). Процесс вулканизации заключается в присоединении к каучуку атомов серы в местах двойных связей молек каучука. В результате вулканизации линейная молекула каучука приобретает пространственную структуру с редкими поперечными связями в виде серных мостиков. По количеству введенной серы различают:

•мягкую резину (1...3%S) с небольшой прочностью, но высокой эластичностью: σв = 5...20 МПа, δ до 1000%,

•твердую резину - эбонит (30...35%S) с более высокой прочностью и низкой пластичностью: σв = 60...80 МПа, δ = 5...6%. При хорошей прочности, водо- и газонепроницаемости, резина

сохраняет высокую эластичность каучука. Резина из хлорпренового, тиокольного, бутадиен-нитрильного и фторкаучуков отличается повышенной керосино-, бензо-, маслостойкостью. Теплостойкие резины изготовляются на

вспомогательные вещества - стабилизаторы, пластификаторы, красители. Существенный недостаток резины, как и многих пластмасссклонность к

старению. В процессе старения происходит деструкция макромолекул и окисление резины. Свойства падают вплоть до полной потери прочности, эластичности и электроизоляционных свойств. Процесс старения усиливается за счет воздействия тепла и света, особенно ультрафиолетовых лучей. Деформация также способствует старению. Для сохранения структуры и свойств в состав резины вводят стабилизаторы - органические вещества, замедляющие старение. Например, парафин и воск, введенные в резину легко мигрируют на поверхность и образуют пленку, которая препятствует проникновению кислорода внутрь изделия. Защита резины от прямого действия солнечного света достигается увели отражательной способности введением в ее состав алюминиевой пудры и наполнителей белого цвета.

Резина - низкочастотный диэлектрик:

•р = 1012...1014 Омм;

•Епр = 20...40 МВ/м.

Наиболее высокие характеристики свойственны эбониту. Мягкая резина применяется для изоляции проводов, кабелей, шланговой изоляции, электроизоляционных резиновых ковриков, перчаток, эбонит - для изготовления панелей, аккумуляторных баков и различных деталей электроаппаратуры.

20. ПЛАСТМАССЫ

Пластмассами называют искусственные материалы, полученные на основе органических полимерных связующих веществ. Эти материалы способны при нагревании размягчаться, становиться пластичными, и тогда под давлением им можно придать заданную форму, которая затем сохраняется.

полистирол и фторопласт-4.

Полиэтилен (-СН2-СН2-)n - продукт полимеризации бесцветного газа этилена, относящийся к кристаллизующимся полимерам. Теплостойкость полиэтилена невысока, поэтому длительно его можно применять при температурах 60до...

100°С. Морозостойкость полиэтилена достигает-70°С и ниже. Полиэтилен используют для изготовления труб, литых и прессованных несиловых деталей, полиэтиленовых пленок для изоляции проводов и кабелей, чехлов; кроме того, полиэтилен служит покрытием на металлах для защиты от коррозии, влаги, электрического тока и др.

сравнению с полиэтиленом этот пластик более теплостоек: сохраняет форму до

автомобилей, мотоциклов, холодильников, корпусов насосов, различных емкостей и др. Пленки используют в тех же целях, что и полиэтиленовые.

Полистирол (-СН2-СНС6Н5-)n - твердый, жесткий, прозрачный, аморфный полимер. По диэлектрическим характеристикам близок к полиэтилену, удобен для механической обработки, хорошо окрашивается. Недостатками полистирола являются его невысокая теплостойкость, склонность к старению, образование трещин. Из полистирола изготовляют детали для радиотехники, телевидения и приборов, детали машин, сосуды для воды и химикатов, пленки стирофлекс для электроизоляции.

Фторопласт-4 является термически и химически стойким материалом. Его можно длительно эксплуатировать при температуре 250до °С. Разрушение материала происходит при температуре выше415 °С. Фторопласт-4 стоек к действию растворителей, кислот, щелочей, окислителей. Применяется для изготовления труб для химикатов, деталей (вентили, краны, насосы, мембраны),

Полярные термопластичные пластмассы: фторопласт-3, органическое стекло,

поливинилхлорид, полиамиды, полиуретаны, полиэтилентерефталат, поликарбонат, полиарилаты, пентапласт, полиформальдегид.

Фторопласт-3 - полимер трифторхлорэтилена, имеет формулу (-CF2-CFCl-)n и является кристаллическим полимером. Интервал рабочих температу фторопласта-3 от -105 до +70°С. При температуре 315°С начинается термическое разрушение. Фторопласт-3 используют как низкочастотный диэлектрик; кроме

того, из него изготовляют трубы, шланги, клапаны, насосы, защитные покрытия металла и др.

Органическое стекло - это прозрачный аморфный термопласт на основе

появляется пластичность, что позволяет формировать из него различные детали. Органическое стекло стойко к действию разбавленных кислот и , щело

Органическое стекло используют в самолетостроении, автомобилестроении. Из органического стекла изготовляют светотехнические детали и оптические линзы.

Поливинилхлорид является полярным аморфным полимером с химической формулой (-СН2-СНС1-)п. Пластмассы на основе поливинилхлорида имеют хорошие электроизоляционные характеристики, стойки к химикатам, не поддерживают горение, атмосферостойки. Непластифицирован-ный твердый поливинилхлорид называется винипластом. Из винипласта изготовляют трубы для подачи агрессивных газов, жидкостей и воды, защитные покрытия для электропроводки, детали вентиляционных установок, теплообменников, защитные покрытия для металлических емкостей, строительные облицовочные плитки.

Полиамиды - это кристаллизующиеся полимеры. У них низкая плотность. Полиамиды имеют низкий коэффициент трения, продолжительное время могут

подшипники, болты, гайки, шкивы, детали ткацких станков, мас-лобензопроводы, уплотнители гидросистем, колеса центробежных насосов, турбин, турбобуров, буксирные канаты и . дт. Полиамиды используют в электротехнической промышленности, медицине и, кроме того, как антифрикционные покрытия металлов.

Полиуретаны содержат уретановую группу -NH-COO-. Свойства полиуретана в основном близки к свойствам полиамидов. Из полиуретана вырабатывают пленочные материалы и волокна, которые малогигроскопичны и химически стойки.

Полиэтилентерефталат является кристаллическим полимером. Он является диэлектриком и обладает относительно высокой химической стойкостью, устойчив

разрушается крепкими щелочами. Выдерживает светотепловакуумное старение и тепловые удары. Поликарбонат имеет ограниченную стойкость к ионизирующим излучениям. Из поликарбоната изготовляют шестерни, подшипники, автодетали, радиодетали.

Полиарилаты - сложные гетероцепные полиэфиры. Полиарилатам присущи

клапаны, детали насосов и точных приборов, емкости, пленки и защитные

эксплуатации до 400 °С.

Ароматический полиамид имеет повышенную стойкость к радиации химическую стойкость. Обладает высокой усталостной прочностью износостойкостью. Из него изготавливают подшипники, уплотнительные детали запорных устройств, зубчатые колеса, детали электропередач.

Полифениленоксид обладает химической стойкостью, низким водопоглощением,

Полисульфон - это термически стабильный, химически стойкий материал. По прочностным свойствам близок к полифениленоксиду Полисульфон применяют в виде пленок, литых изделий и покрытий для эксплуатации при температурах от100 до +175°С. Из него изготовляют детали автомобилей, станков, бытовых машин, электротехнических изделий.

Полиимиды - ароматические гетероциклические полимеры. В зависимости от структуры они могут быть термопластичными и термореактивными. Полиимиды отличаются высокими механическими и электроизоляционными свойствами,

полимерами. Они обладают высокой термостойкостью, хорошими прочностными показателями, высокими диэлектрическими свойствами. Волокна огнестойки и термостойки. Полибензимидазолы применяют в виде пленок, волокон, тканей для специальных костюмов, могут использоваться в качестве связующих д армированных пластиков.

Термопласты с наполнителями

Вкачестве полимерных матриц используют различные термопласты. В

повышенными прочностью и теплостойкостью, усталостной прочностью и износостойкостью. Интервал рабочих температур от -60 до +150 °С.

Термопласты с наполнителями в виде синтетических волокон (капрон, лавсан) являются перспективными. Обладают высокой длительной прочностью.

Слоистые термопласты содержат в качестве наполнителей ткани из различных волокон. Из них изготовляют подшипники, зубчатые передачи, трубы, вентили, емкости для агрессивных сред и др.

Термореактивные пластмассы. В качестве связующих веществ применяются термореактивные смолы, в которые иногда вводят пластификаторы, отвердители, ускорители или замедлители, растворители. В зависимости от формы частиц наполнителя термореактивные пластмассы можно подразделить на следующие группы: порошковые, волокнистые и слоистые.

пластмасс характеризуются изотропностью, невысокой механической прочностью и низкой ударной вязкостью.

На основе фенолоформальдегидных смол с органическими наполнителями изготовляют пресс-порошки, из которых прессованием получают несиловые и электроизоляционные детали: рукоятки, детали приборов и др.

Минеральные наполнители придают пластмассе водостойкость, химическую

вытяжных и формовочных штампов, корпусов станочных, сборочных и контрольных приспособлений, литейных моделей, копиров и др.

Пластмассы с волокнистыми наполнителями. К этой группе пластмасс относятся волокиты, асбоволокниты, стекловолокниты. Асбоволокниты обладают

повышенной устойчивостью к ударным нагрузкам, работающим на изгиб и

через фильеры. В качестве наполнителя применяют непрерывное стекловолокно или короткое волокно. Они обладают хорошими прочностными характеристиками. Используются для крупногабаритных изделий простых форм(кузова автомашин и

тракторов, лодки, корпуса приборов). Слоистые пластмассы являются силовыми конструкционными и отделочными материалами.

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Структура и свойства естественно-композиционной стали

Из всего многообразия композиционных материалов большой интерес представляют естественные композиционные материалы. Эти материалы лишены недостатков, характерных для искусственных композиций, так как они получаются прямым путемнаправленной кристаллизацией эвтектики или эвтектоидным превращением, распадом пересыщенного твердого раствора или деформацией двухфазного сплава. При этом получается естественная прочная связь на границе матрица - волокно.

Свойства некоторых естественных композиционных материалов приведены в табл. 24. При соответствующем подборе составляющих(σвол < σм) удается получить композиционный материал высокой прочности.

микрокристаллов. Это свидетельствует о том, что промышленные стали и

частицы в виде длинных волокон располагались в матрице параллельно друг другу. Течение матрицы параллельно оси волокон заставляет их упру растягиваться, если волокна прочно связаны с матрицей. Прочность частиц в этом случае наиболее полно проявляется при наличии достаточной объемной доли волокон, их ориентированном расположении и определенных размерных соотношениях.

Специфическая структура волокнистого материала позволит получить более высокое сопротивление распространению трещины, чем у однофазного или дисперсно-упрочненного материала. При разрушении волокна материала рост трещины задерживается мягкой матрицей.

Возможно несколько различных методов создания в сталях естественнокомпозиционного состояния: получение слоистых ориентированных ферритномартенситных композиций или упрочнение ферритной или аустенит матрицы направленно расположенными частицами карбидов, интерметаллидов, окислов и др.

Получение ферритно-мартенситных композиций возможно в углеродистых сталях только доэвтектоидного состава. Одним из первых такую композицию получил Кейрнс, который прокатал ленту из стали с0,2 % С при температуре несколько выше А и затем закалил. Вее результате получилась слоистая ферритно-мартенситная структура с расстоянием между слоями-0,15 мкм. Объемная доля мартенсита при этом составляла0,25 %. Такая обработка

отрицательных температурах.

Схемы режимов для получения ферритно-мартенситных композиций в углеродистых сталях приведены на рис. 3.

Недостатком полученных материалов являлось отсутствие структурных исследований. В связи с этим были исследованы структура и свойства ферритно-

мартенситных композиций, полученных в сталях 20 и 50.

Плоские образцы нагревали несколько выше А со скоростью100 °С/с и затем прокатывали с одновременной закалкой.

Оценка параметров структуры ферритно-мартенситной композиции в стали

относительное удлинение, образцы имели полностью вязкий излом, состоящий из крупных глубоких«чашек». Размер их меньше участков, занимаемых отдельными составляющими композиции. Это показывает, что разрушение происходило не по границам раздела феррит-мартенсит

Обработка по предложенной схеме стали 50 не дает такого же эффекта, как в

композиционных материалов является направленное выделение структурны составляющих в процессе эвтектоидного превращения. Способ переработки стали в естественный композиционный материал заключается в быстром нагреве стали с ферритно-цементитной структурой до температур, обеспечивающих фазовое превращение, но не приводящих к полной гомогенизации ,аустен пластической деформации с одновременным охлаждением стали до температуры минимальной устойчивости аустенита и последующем направленном распаде аустенита в этой области перлитного превращения(рис. 4). После такой обработки целесообразно проводить холодную пластическую деформацию (ε=20...30%) с целью полной ориентации карбидов в одном направлении.

В процессе такой обработки в стали с ферритно-цементитной исходной структурой происходят следующие структурные изменения. При быстром нагреве стали до температуры окончания перлитно-аустенитного превращения на месте быв карбидных частиц образуются зоны концентрационной неоднородности по углероду и легирующим элементам (в легированной стали), входящих в состав карбидов. Горячей пластической деформацией эти зоны вытягиваются вдоль одного направления расплющиваются. При этом создается ориентированное расположение дефект кристаллической решетки. Все это способствует направленному выделению карбидных частиц в процессе эвтектоидного аустенитно-перлитного превращения и получению структуры стали, соответствующей требованиям, предъявляемым к композиционным материалам.