Контрольні питання

1. Машинобудування і його задачі.

2. Які питання вивчає металознавство.

3. Що вивчає металографія?

4. Склад атома хімічного елемента. Властивості елементів.

5. Центри кристалізації. Іон-атоми.

6. Кристалічні решітки і елементарні комірки. Основні типи елементарних комірок.

7. Що називають металевим сплавом? Характеристика сплаву.

8. Які сплави розрізняють по кількості компонентів? Характеристика.

9. Коли утворюється механічна суміш? Приклад.

10. Твердий розчин. Характеристики. Приклади.

11. Хімічні з'єднання. Характеристика. Приклад.

12. Опишіть процес кристалізації металу.

13. Схема кристалізації металу.

14. Криві зміни температур в процесі затвердіння металу

15. Процес утворення зерен при кристалізації металу.

16. Опишіть алотропію металів.

ЛЕКЦІЯ № 3, Неметалеві конструкційні матеріали

III. Неметалеві конструкційні матеріали

3.1. Вступ

Неметалеві конструкційні матеріали у відповідності з практикою їх використання і прийнятою класифікацією ділять на пластмаси, композити і волокна, гуму і гумові вироби, деревину і дерев'яні матеріали, мінерали і матеріали на їх основі, напівпровідники, лакофарбові і клеючі матеріали і композиції, а також папір, картон, технічні тканини, шкіру, технічні рідини.

Більшість перерахованих матеріалів відноситься до полімерів, а саме мають в своїй основі високомолекулярні органічні, елементостворюючі і неорганічні з'єднання або повністю складаються з таких з'єднань

3.2. Пластичні маси і композиційні матеріали

Пластичні маси (пластмаси) є одним з основних конструкційних матеріалів, їх використання в машино- і приладобудуванні в останні десятиріччя росло і продовжує рости.

До пластмас відносяться матеріали, головними складовими яких є полімери. При формуванні пластмас одержують корпусні, плоскі деталі, типу валів, дисків, труб, плівки і волокна.

Багато пластмас по своїм властивостям унікальні і не можуть бути замінені другими матеріалами. Створенні високоміцні, напівпровідникові, струмопровідні, магнітні, фрикційні і антифрикційні пластмаси.

Разом з тим для пластмас характерна мала теплостійкість, повзучість, тому вони не можуть замінювати метали в умовах великих статичних і динамічних навантажень і теплових впливів.

Високомолекулярні з'єднання (полімери)

Полімерами називають речовини, молекули яких (макромолекули) складаються з великої кількості угрупувань, які повторюються, або мономерних ланок, з'єднаних між собою хімічними зв'язками.

Синтетичні полімери

Прикладом синтезуючої низькомолекулярної речовини може бути етилен .В результаті полімеризації етилену одержують синтетичний продукт - поліетилен. Речовина поліетилену складається з великої кількості таких мікромолекул.

Мономерні ланки з'єднані хімічними зв'язками в ланцюги тієї чи іншої будови. Ці ланцюги і складають макромолекули. Кількість ланок в кожній макромолекулі може мінятися в широких рамках, також змінюється і моле

кулярна маса. Цю особливість полімерів називають полідисперсністю. В залежності від величини молекули змінюються і властивості речовини. Наприклад, якщо молекула складається з двох мономерних ланок С = С, то речовина представляє собою етилен, безбарвний газ. Якщо в молекулі 20 мономерних ланок, то речовина є рідкою, якщо ланок буде 1500-2000, то одержуємо еластичний гнучкий пластик, з якого виготовляють плівку, м'які труби, якщо число ланок збільшується до 5000-6000, то утворюється жорсткий, твердий поліетилен.

Синтез полімерів протікає при полімеризації низькомолекулярної речовини.

Полімеризація представляє собою ланцюгову реакцію, при якій синтез полімера здійснюється шляхом послідовного приєднання молекул мономера до рухомого активного центру, який знаходиться на вершині росту цього ланцюга. Активний центр - це вільний радикал (радикальна полімеризація) або іон, поляризована молекула (аніонна, катіонна полімеризація).

Якщо в реакції приймають участь мономери однієї речовини, то процес називають гомополяризацією, при двох і більше речовинах сополімерізацією.

Практично полімеризацію проводять у водних емульсіях, в масі, газовому середовищі, твердих фазах з використанням різних реакторів.

Процеси полімеризації протікають без виділення будь-яких речовин, склад мономерної ланки макромолекули відповідає складу мономерного ланцюга вихідної речовини. Методом полімеризації одержують коло 3/загального світового випуску синтетичних полімерів.

Поліконденсація - ступінчатий процес: п молекул утворюють дімери, з приєднанням третьої молекули утворюються тримери і т.д.

По хімічному складу розрізняють гомополімери, які з'єднують одинакові мономерні ланки, і сополімери, які з'єднують в макромолекулах два типи мономерних ланок, рідше - три (терполімери).

Фіг. 3.1. Мікромолекула.

Мікромолекула по своїй структурі може представляти відкритий ланцюг (фіг. 3.1, а), ланцюг з розгалуженнями (розгалужені полімери, фіг. 3.1, б), трьохмірну сітку (сітчаті, зшиті полімери, фіг. 3.1, в).

Фіг. 3.2. Будова полімерів.

Мономерні ланки в ланцюгах макромолекул пов'язані первинними силами головних валентностей; взаємне протягування молекул визначається вторинними силами, які в декілька десятків разів менше первинних.

Будова полімерів може бути кристалічною або аморфною. Під кристалічною будовою розуміють паралельне розміщення ланцюгів молекул в полімері (ділянка 1 на фіг. 3.2); аморфна будова полімерам придає характерне розміщення ланцюгів (ділянка 2). Кристалічна будова визначає анізотропність полімерів.

Реактопласти перед формуванням виробів знаходяться в початковій стадії синтезу і називаються смолами, олігомерами, які одержують полімеризацією або конденсацією мономерів, які протікають в умовах обмеження росту ланцюга.

Формування виробів з реактопластів супроводжується продовженням хімічної реакції утворення полімера. Таким чином, олігомери по значенню молекулярної маси займають проміжну область між мономерами і високомолекулярними з'єднаннями. При синтезі молекул проходять тверднення, утворюється сітчата структура (фіг. 3.1, в) високополімера, при якій полімерам не властиво при нагріванні переходити у в'язко-текучий стан.

Полімеризація термопластів завершується до формування з утворенням структури відкритого ланцюга (фіг. 3.1, а) або ланцюга з розгалуженнями (фіг. 3.1,6), що визначає можливість багатократного переходу термопластів у в'язко-текучий стан при нагріванні, а при охолодженні - в склоподібний. Така структура визначає також меншу в порівнянні з реактопластами стійкість проти деформації при навантаженні.

Природні полімери або біополімери - це полімери, які є структурною основою всіх рослин і тварин. Для конструкційних матеріалів використовують складові частини клітинних стінок рослин, їх молочного соку, білкових компонентів молока, а також древесний і кам'яновугільний пек, природний асфальт і т.д.