- •Москва 2010 Оглавление
- •1. Введение.
- •2. Структура твёрдых тел.
- •2.1. Механизм кристаллизации.
- •2.2. Термодинамика кристаллизации.
- •2.3. Правило фаз Гиббса, фазовые диаграммы.
- •2.4. Процессы структурообразования.
- •2.5. Надмолекулярная структура полимеров.
- •3. Основные свойства материалов.
- •3.1. Механические свойства материалов.
- •3.1.1. Особенности структуры и свойств полимерных материалов.
- •3.2. Теплофизические свойства материалов.
- •3.2.1. Теплоёмкость.
- •3.2.2. Теплопроводность.
- •3.2.3. Температуропроводность
- •3.2.4. Тепловое расширение.
- •3.2.5.Температуры фазовых переходов.
- •3.3. Электрические свойства.
- •3.3.1. Проводники, полупроводники и диэлектрики.
- •3.3.2. Основные электрические характеристики материалов.
- •Эта величина носит название температурный коэффициент диэлектрической проницаемости.
- •3.4. Магнитные свойства материалов.
- •4. Металлические материалы.
- •4.1. Сплавы железо – углерод
- •4.2. Легированные стали.
- •4.3. Термическая и химико-термическая обработка металлов.
- •4.3. Металлические проводниковые материалы.
- •4.3.1. Материалы высокой проводимости.
- •4.3.2. Материалы высокого удельного сопротивления.
- •Металлические материалы для приборов измерения температуры, основанных на тепловом расширении веществ.
- •4.4. Сверхпроводники и криопроводники.
- •4.5. Металлические магнитные материалы.
- •5. Диэлектрические материалы.
- •5.1. Стёкла, ситаллы.
- •5.2. Ситаллы.
- •5.3. Техническая керамика.
- •6.1. Традиционная электротехническая керамика.
- •6.2. Оксидная керамика
- •6.2.1. Керамика на основе ВеО (брокерит, броммелитовая керамика).
- •6.2.2. Керамика на основе МgО (периклазовая керамика).
- •6.2.3. Керамика из оксида алюминия – корундовая керамика.
- •6.2.4. Кварцевая керамика.
- •6.2.5. Керамика из диоксида циркония ZrO2
- •6.2.6. Керамика из оксида иттрия y2o3.
- •6.3. Керамика из бескислородных соединений.
- •6.3.1. Карбиды и карбидная керамика
- •6.3.1.1. Керамика на основе карбида кремния.
- •6.3.1.2. Карбид бора в4с.
- •6.3.1.3. Керамика на основе карбидов d – элементов.
- •6.3.2. Нитридная керамика.
- •6.3.2.2. Нитрид алюминия.
- •6.3.2.3. Керамика на основе нитрида кремния Si3n4
- •6.3.3. Боридная керамика.
- •6.3.4. Силицидная керамика.
- •6.4. Конденсаторная керамика - на основе диоксида титана, титанатов, цирконатов и других соединений с подобными свойствами.
- •6.5. Магнитная керамика
- •7. Полимерные материалы
- •7.1. Термопластичные полимеры.
- •7.1.1. Полиэтилен (пэ).
- •7.1.3. Полистирол (пс)
- •7.1.4. Полиметилметакрилат (пмма).
- •7.1.5. Поливинилхлорид (пвх).
- •7.1.6. Фторопласты.
- •7.1.9. Полиуретаны (пу).
- •7.1.10. Полиимиды (пи).
- •7.1.11. Эфиры целлюлозы (этролы, целлулоид).
- •7.2. Термореактивные полимеры – реактопласты.
- •7.2.1 Фенопласты.
- •7.2.2. Аминопласты (карбамидные пластики).
- •7.2.3. Эпоксидные смолы.
- •7.2.4. Ненасыщенные полиэфирные смолы (пн).
- •7.2.5. Эластомеры (каучуки и резины).
- •7.3. Герметики
- •7.3.1. Вулканизирующиеся, отверждаемые герметики (ог).
- •7.3.2. Высыхающие герметики (вг).
- •7.4. Тепло- и термостойкие полимеры.
- •7.4.1. Карбоциклические полимеры и связующие.
- •7.4.2. Гетероциклические полимеры и связующие.
- •7.5. Полимерные композиционные материалы (пкм).
- •7.6. Полимеры со специфическими свойствами
- •7.6.1. Полимеры со специфическими электрическими свойствами
- •7.6.1.1. Антистатические полимерные материалы.
- •7.6.1.2. Полимерные электреты.
- •7.6.1.3. Полимерные полупроводники и проводники.
- •7.6.2. Флуоресцирующие полимеры.
- •7.6.3. Оптические полимеры.
- •7.6.4. Светочувствительные полимерные материалы.
- •7.6.5. Ионнообменные полимеры.
- •7.6.6. Биодеструктируемые полимеры.
- •7.6.7. Полимерные материалы триботехнического назначения.
- •8. Углеродные материалы и композиции.
- •8.1. Углеродные волокна (ув).
- •8.2. Углепластики (уп).
- •8.3. Композиционные материалы на основе ув и углеродной матрицы
- •9. Полупроводниковые материалы.
- •9.1. Элементарные полупроводники.
- •9.2. Полупроводниковые соединения.
- •10. Технология конструкционных материалов.
- •10.1. Технология металлических материалов.
- •10.1.1. Характеристика литейного произвдства.
- •10.1.2. Обработка металлов давлением (омд).
- •10.1.2.1. Виды обработки металлов давлением.
- •10.1.3. Сварка и пайка металлов и сплавов.
- •10.2. Переработка полимерных материалов
- •10.3. Технология стеклянных материалов.
- •10.3.1. Вытягивание.
- •10.3.2. Прокат.
- •10.3.3. Растекание (флоат – способ).
- •10.3.4. Выдувание.
- •10.3.5. Прессование.
- •10.3.6. Центробежное формование.
- •10.4. Технология керамических материалов.
- •10.4.1. Прессование на механических прессах.
- •10.4.2. Гидростатическое прессование.
- •10.4.3. Литьё в пористые формы.
- •10.4.4 Формование способом выдавливания (пластический способ).
7.2.2. Аминопласты (карбамидные пластики).
Аминопласты изготавливают на основе меламино-формальдегидных, анилино-формальдегидных или мочевино-формальдегидных смол. Аминосодержащими мономерами выступают мочевина (карбамин) Н2N–C(O)–NH2, анилин С6Н5-NH2, меламин С3N3-(NH2)3. Аминосмолы используют для изготовления лаков и красок. Аминопласты содержат наполнители, отвердители, пластификаторы, красители и другие добавки. Изделия из аминопластов могут быть белыми или окрашенными в другие цвета. Перерабатываются прессованием и литьём под давлением. Аминопласты широко используются для изготовления самых разнообразных изделий бытового, декоративного и технического назначения, в том числе электротехнического назначения (высокая дугостойкость), слоистых пластиков из пропитанной бумаги (гетинаксы), стружки (древесно-стружечные плиты ДСП), шпона (фанера), пенопластов (мипора).
7.2.3. Эпоксидные смолы.
Эпоксидные смолы содержат в своей цепи эпоксидные группы >С - С< О
Они способны превращаться в сетчатые полимеры. Эпоксидные смолы представляют собой растворимые и плавкие низкомолекулярные (олигомерные) соединения. Молекулярная масса олигомеров 1000 – 4000. В качестве отвердителей применяют аминосодержащие соединения (быстрое отверждение) и кислородсодержащие соединения, например, различные ангидриды (медленное отверждение). С целью ускорения реакции сшивания используют катализаторы. Отвердители могут быть холодного (в основном амины) и горячего отверждения. Отверждение идёт без выделения побочных продуктов.
Эпоксидные смолы отличает высокая адгезия ко всем материалам. После отверждения эпоксидные смолы обладают высокой механической прочностью, химостойкостью, хорошими диэлектрическими свойствами. Наполнение повышает теплостойкость, уменьшает усадку после отверждения и объёмное термическое расширение.
С амые распространённые эпоксидные смолы – эпоксидиановые, являющиеся продуктами конденсации эпихлоргидрина Сl-CH2–CH–CH2 и
О
дифенилолпропана НО-С6Н4 –С(СН3)2-С6Н4-ОН.
Эпоксидные смолы используются как конструкционный, электроизоляционный материал, как связующее при изготовлении стеклопластиков, в том числе фольгированных, прессовочных композиций, для изготовления различной технологической оснастки, в качестве клеёв, герметиков, коррозионно- и водостойких покрытий, обладающих хорошей атмосферо- и светостойкостью. Разработаны шумо- и вибропоглощающие мастики. Стеклопластики являются нагревостойкими радиопрозрачными диэлектриками и используются в устройствах СВЧ – антенные обтекатели и пр. Эпоксидные смолы используются также для изготовления порошковых красок. Окраска ими производится в электростатическом поле без использования растворителей, однако отверждение осуществляется при высокой температуре.
7.2.4. Ненасыщенные полиэфирные смолы (пн).
Ненасыщенные полиэфирные смолы представляют собой растворы ненасыщенных полиэфиров с Мм= 700 – 3000 в мономерах (стироле) или олигомерах, способных к сополимеризации с этими полиэфирами. Ненасыщенные полиэфиры являются продуктами поликонденсации двухосновных кислот (малеиновой, фумаровой) с двухосновными спиртами – алифатическими (или арилалифатическими) гликолями. Например,
НО(О)С-СН=СНС(О)ОН + НО-(СН2)2-ОН ® НО(О)С-СН=СНС(О)-О-(СН2)2-ОН
Сополимеризация ПН с мономером (или олигомером) инициируется органическими перекисями, например, перекисью бензоила. В качестве ускорителя применяют третичные ароматические амины (диметиланилин), соли жирных и нафтеновых кислот и др. При сополимеризации НП с мономером образуется продукт пространственного строения.
ПН применяются главным образом в качестве связующего для изготовления различных композитов – армированных пластиков, (стеклопластиков), компаундов, шпатлёвок, клеёв, лаков, эмалей. Из полиэфирных стеклопластиков изготавливают корпуса судов, катеров, шлюпок, яхт, корпуса машин, кожухи, бачки, контейнеры. ПН используются в качестве электроизоляционных пропиточных составов различных классов нагревостойкости.
Вопросы для самопроверки.
В чём отличие термопластов от реактопластов? Как отражаются структурные различия на их свойствах?
Сравните структуру и свойства новолачных и резольных фенольных смол. Могут ли они приобрести одинаковое пространственное строение?
Что общего в химическом составе фенопластов и аминопластов?
Всегда ли эпоксидные смолы представляют собой вязкие жидкости? К какому типу реакций можно отнести реакции отверждения эпоксидных смол?
Каковы основные отличительные свойства эпоксидных смол?
Почему ненасыщенные полиэфирные смолы называют ненасыщенными? Каким образом происходит их отверждение?