Что относится к неметаллическим материалам

Классификация неметаллических материалов

К неметаллическим материалам можно отнести материалы как органического, так и неорганического происхождения. Классифика­ция неметаллических материалов по этому принципу приведена на рис 1.18.

Рис. 1.18. Классификация неметаллических материалов

К числу наиболее часто используемых в здравоохранении неорга­нических материалов относятся силикатные материалы (стекло, фар­фор, фаянс) и минералы; из органических материалов — полимеры на основе различных олигомеров или высокомолекулярных соединений.

Классификацию высокомолекулярных соединений с точки зрения их потребительных свойств целесообразно проводить по: происхож­дению, методу получения, строению полимерной цепи, составу ос­новной цепи, форме макромолекул, электрическим свойствам, отно­шению к температуре и по назначению.

СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Силикаты— соли кремневых кислот. Роль катионов в силикатах играют преимущественно элементы 2-го, 3-го и 4-го периодов пери­одической системы Д.И.Менделеева. В природе они широко пред­ставлены минералами, входящими в состав горных пород — полевой шпат (алюмосиликат), кварц (диоксид кремния) и др. В медицине чаще всего используют силикатные материалы, полученные из квар­цевого песка и глины. К силикатным материалам относятся керами­ка и стекло. Изделия медицинские из стекла в основном представ­лены в 94 классе К-ОКП в подклассе 946000 «Изделия медицинские из стекла и полимерных материалов.

Керамика— изделия и материалы, изготовляемые соответствую­щей обработкой глиняного сырья с последующим обжигом отфор­мованного и высушенного полуфабриката. При спекании или об­жиге отщепляется кристаллизационная вода, что придает изделиям повышенную химическую, механическую и термическую стойкость. В состав керамических материалов входят каолин, пластичная гли­на, кварцевый песок, полевой шпат.

Различают два вида материалов из керамики фарфор и фаянс, которые существенно отличаются по своим потребитель­ным свойствам. В табл. 1.4 представлены основные отличитель­ные особенности фарфора и фаянса.

В медицине керамика используется для изготовления санитарно-технических изделий, предметов ухода за больными (судна подкладные, поильники и др.), аптечной и лабораторной посуды (ста­каны, кружки, тигли, чашки для выпаривания и др.), при зубопротезировании и изготовлении деталей диагностической аппаратуры (пьезокерамика). При производстве эндопротезов (кости, межпоз­воночные диски, роговица, клапан сердца) используется корундо­вая керамика (в основе — до 99% оксида алюминия). Достоинства­ми корундовой керамики являются высокая механическая прочность, биоинертность (отсутствие токсичности, аллергенности, травмиру­ющего и раздражающего действия), гемосовместимость, устойчи­вость к высокотемпературной стерилизации, высокая технологич­ность.

Стекло— это переохлажденные вещества, получаемые из жид­ких расплавов неорганических соединений и их смесей. Из стекла изготавливают лабораторную посуду, тару для упаковки, хранения и транспортировки ЛС, очковые линзы, элементы обычной и волоконной оптики для оптических и медицинских изделий, термометры и другие изделия

По назначению стекла классифицируют на химически стойкие, термо­стойкие, электровакуумные, электрические, оптические и специ­альные (в том числе медицинские).

Медицинское стекло (согласно ГОСТ 19808-86) изготовляется следующих марок:

• XT, ХТ-1 — хим- и термостойкое;

• СНС-1 — светозащитное, нейтральное;

• МТО — медицинское тарное обесцвеченное;

• ОС, ОС-1 — оранжевое тарное.

Потребительные свойства медицинских стекол определяются их химическим составом. Медицинское стекло проверяют на термостойкость, водостойкость, щелочестойкость, а химико-лабораторное – дополнительно на кислотостойкость.

В изделиях из натурального стекла не допускаются крупные пу­зырьки и капилляры, грубая свиль(прозрачные нитевидные вклю­чения, обнаруживаемые невооруженным глазом) и инородные включения. Изделия должны выдерживать испытание на термостойкость с температурным перепадом в 120 °С. Изменения рН при действии пара под давлением не должен превышать 0,6.

В изделиях из щелочного стекла не допускаются крупные и про­давливающиеся пузыри, шамотные включения и грубая, ощутимая рукой свиль. Они должны выдерживать испытание на термостойкость с температурным перепадом в 100 °С, должны быть химичес­ки стойкими: изменения рН при действии пара под давлением не должен превышать 3,5.

Оптическое стекло — это стекло, используемое для изготовле­ния очковых линз и оптических элементов медицинских прибо­ров.

Оптическое стекло в зависимости от химического состава под­разделяется на бесцветное или с нормальным светопропусканием и фотохромное. Оптическое стекло с нормальным светопропускани­ем имеет следующий состав (в %):

Варьируя состав, можно получить стекло с различным коэффи­циентом преломления — от 1,47 (легкий крон) до 1,755 (тяжелый флинт).

Оптическое стекло с пониженным светопропусканием в своем составе содержит различные красители СаО, NiO, FeO, Fe₂0₃ и др., что дает возможность получать различную степень поглощения ви­димых лучей. Так, солнцезащитные очковые стекла изготовляются с коэффициентом пропускания от 10 до 80% (коэффициент пропускания указывает, какая часть в процентах светового потока, па­дающего на стекло, пропускается им).

Стекло фотохромное обладает способностью темнеть при облу­чении ультрафиолетовым или коротковолновым видимым светом и просветляется при прекращении облучения.

Фотохромные свойства стекла связаны с наличием в составе стекла светочувствительных добавок: галогенидов серебра, кадмия, меди, вольфраматов и молибдатов серебра, ионов редкоземельных элемен­тов (европия, церия, эрбия, иттербия). При облучении таких стекол происходит фотолитическая диссоциация галогенидов серебра и об­разование центров окрашивания из частиц коллоидного серебра.

Оптическое стекло должно быть однородным, голубоватого цве­та. Зеленоватый оттенок характерен для стекла пониженного каче­ства. Строго регламентируется наличие пузырей, например, в цен­тральной зоне очковой линзы не допускаются пузыри диаметром более 0,15 мм. Количество пузырей должно быть не более трех при расстоянии между ними не менее 5 мм.

Достоинством всех видов стекол является их способность к мно­гократному переплаву без изменения свойств.

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Широкое применение в настоящее время в медицине полимерных материалов определяется их высокими потребительскими свойствами, в том числе более низкой стоимостью по сравнению с изделиями из металлов и их сплавов и способностью относительно легко перерабатываться в случае использования их в качестве изделий одноразового пользования

В настоящее время наиболее широко используют искусствен­ные или синтетические материалы, поскольку в процессе их про­изводства можно влиять на свойства материалов, а следовательно, можно целенаправленно изменять потребительные свойства меди­цинских изделий.

В классификаторе ОКП органические материалы и изделия из них можно найти в 93 и 94 классах, а также в подгруппах некоторых классов, где они выделены как изделия медицинского назначения. Например: в 25 классе Продукция резинотехническая и асбестовая в подгруппе 25 1460 5 Изделия медицинские из латекса и клеев находит­ся 8 видов продукции, которая входит в товары аптечного ассорти­мента — катетеры (25 1460 5), мешки (25 1460 5), напальчники меди­цинские (25 1460 5), перчатки анатомические (25 1460 5), перчатки хирургические (25 1460 5), средства предохранения (25 1460 5), соски-пустышки (25 1460 5), соски молочные(25 1460 5) и т.п.

К числу наиболее часто используемых органических материалов в медицине относятся полимерные материалына основе различных олигомеров или высокомолекулярных соединений.

Источник

Классификация неметаллических материалов.

Классификация неметаллических материалов.

К неметаллическим материалам относятся:

Термореактивные пластмассы

Для изготовлениятермореактивных пластмасс применяются термореактивные смолы: фенолоформальдегидные, кремнийорганические, эпоксидные и непредельные полиэфиры. Часто в смолы вводят пластификаторы, отвердители, растворители, ускорители и замедлители реакций. Смолы должны обладать высокой адгезией (клеящей способностью), теплостойкостью, электроизоляционными свойствами, небольшой усадкой, технологичностью, отсутствием токсичности. Из термореактивных смол изготавливают пластмассы с порошковыми наполнителями (карболиты), волокнистыми наполнителями (волокниты), слоистыми наполнителями (гитенаксы), ДСП, ДВП и т.д.

Газонаполненные пластмассы. Это пластмассы изготавливают для теплоизоляции, шумоизоляции, незатопляемости изделий, вибростойкости; часто применяют для амортизаторов, мягких сидений, губок. К ним относятся пенополистрол (ПС), пенополивинилхлорид (ПВХ). Поропласты (губчатые материалы) изготавливаются с открытой пористостью для поглощения влаги, жидкостей в 400-700 %.

Сотопласты изготавливают из листовых гофр разных материалов, которые склеиваются в виде пчелиных сот. Они обладают высокой тепло – и электроизоляцией, радиопрозрачностью.

Термостойкие пластики

Термостойкие пластики могут эксплуатироваться до 4000 С. Интерес представляют ароматические полиамиды, полифениленоксид, полисульфон и гетероциклические полимеры (полиамиды и полибензимидазолы).

Ароматический полиамид (фенилон) – прочен, морозостоек, длительно работает при 250-2600 С, химстоек, износостоек, обладает высоким сопротивлением усталости. Из него изготавливают подшипники, зубчатые колеса, пленки, волокна, бумагу.

Арилокс – полифениленоксид – простой ароматический полиэфир – химстоек, имеет хорошие механические свойства, выдерживает температуру до 1500 С.

Полиамиды отличаются высокими механическими свойствами, хорошо сопротивляются ползучести, истиранию, имеют низкий коэффициент трения.

Полибензимидазолы – обладают высокой термостойкостью (300-4000 С), прочны, хорошие диэлектрики, огнестойки и термостойки.

Термопласты могут применяться с различными армирующими наполни- телями: стекловолокно, асбест, органические волокна и ткани. Термопласты с армированием обладают повышенной прочностью, теплостойкостью, износо- стойкостью, сопротивлением к циклическим нагрузкам, малой ползучестью.

Пластические массы производятся на основе полимеров и состоят из:

Пластмассы делятся на термопластичные и термореактивные.

По виду наполнителя пластмассы делятся на:

− карболиты, в которых наполнитель – древесная мука, графит, тальк и другие порошки;

− волокниты – очесы хлопка, льна, синтетических волокон; − асбоволокниты, где наполнителем является асбест;

− стекловолокниты наполняются стекловолокном;

− гетинаксы наполняются листами бумаги, шпоном, стружкой и т.д.;

− пенно- и поропластмассы наполняются воздухом, азотом, нейтральными и другими газами.

По применению пластмассы делятся на конструкционные, фрикционные, антифрикционные, электроизоляционные, оптические, химстойкие, теплоизоляционные, декоративные, уплотнительные и др.

К термопластичным пластмассам относятся:

− полиэтилен (-СН2 – СН2-)n, получаемый из газа этилена с помощью полимеризации. Он бывает высокого и низкого давления, применяется от температур – 700С до 1000 С;

− органическое стекло – это прозрачный аморфный материал на основе сложных эфиров акриловой и метаакриловых кислот. Оргстекло при 800С размягчается, а при 105-1500С становится пластичным;

− полиамиды (капрон, нейлон, анид и др.) относятся к элементоорганиче- ским соединениям [−ΝΗ−CO−( СН2)m −ΗΝ− CO−(СН2)n −]. Эти материалы хорошо работают на истирание, гасят удары, прочны, стойки к щелочам, бензину, спирту, отлично переносит тропические условия. Из них изго- тавливают шестерни, втулки, подшипники, болты, гайки, шкивы;

− полиуретаны содержат уретановую группу (−ΝΗ−СOО−) n. Прочны, износостойки, хорошо технологически обрабатываются;

− ловсан (полиэтилентерефталат) – прозрачный, очень прочный материал;

− поликарбонат (дифлон) – сложный полиэфир угольной кислоты. Он очень прочен, отличается высокой ударной вязкостью, стоек к солям, мас- лам, разбавленным кислотам, выдерживает тепловые удары;

− полиарилат (эстеран) – это сложные гетероцепные полиэфиры. Они прочны, антифракционны, химстойки;

Полимеры – это вещества, макромолекулы которых состоят из много- численных элементарных звеньев (мономеров) одинаковой структуры. Молекулярная масса составляет от 500 до 106 единиц. Длина цепи полимера в тысячи раз больше поперечного сечения, поэтому макромолекулам свойственна гибкость.

Полимеры встречаются в природе: каучук, целлюлоза, слюда, асбест, природный графит. Ведущей группой являются синтетические полимеры.

Полимеры классифицируются: по составу, форме макромолекул, фазовому состоянию, полярности, отношению к нагреву.

По химическому составу полимеры делятся на органические, элементоорганические и неорганические. К органическим полимерам относятся смолы, каучуки.

Элементоорганические полимеры содержат в цепи атомы O, P, Cl, S, F, Si, Al, Ti, сочетающиеся с органическими радикалами СН3, СН2, С6Н5. Эти элементы придают полимерам специфические свойства. Так атом О способствует повышению гибкости цепей, атомы Р и Cl повышают огнестойкость, атомы S придают непроницаемость, F – придает радикалу износостойкость. К неорганическим полимерам относятся силикатные стекла, слюда, асбест, графит, керамика, основу которых составляют оксиды Si, Al, Mg, Са, Na и других.

По форме макромолекул полимеры делятся на:

По фазовому состоянию полимеры подразделяются на аморфные и кристаллические.

По отношению к нагреву полимеры делятся на термопластичные и термореактивные. Термопластичные полимеры при нагреве размягчаются, плавятся, а при охлаждении затвердевают, что может повторятся неоднократно. Тер- мореактивные полимеры вначале имеют линейную структуру и при нагреве размягчаются, а затем в результате химической реакции затвердевают навсегда.

Полимеры могут находится в вязкотекучем, высокоэластичном и стеклообразном состоянии.

Полимеры также как металлы проходят технологическую обработку (льются, штампуются, механически обрабатываются, склеиваются, свариваются и т. д.), механические испытания, упрочняются, стареют, охрупчиваются и т. д. Например: ориентационное упрочнение производится в вязкотекучем состоянии при медленном растяжении. Прочность на разрыв в направлении растяжения увеличивается в 2 – 5 раз, в перпендикулярном – уменьшается на 30-50%. При релаксационном упрочнении цепи макромолекул распрямляются, раскручиваются и механические свойства увеличиваются.

При старении полимеры окисляются, образуются свободные радикалы, испаряются летучие вещества, материал становится хрупким. Для уменьшения старения в полимеры добавляют стабилизаторы (амины, фенолы и др.). При деструкции из полимеров выделяются газы, свойства их ухудшаются. При абляции полимеры разрушаются под воздействием горячего газового потока. С увеличением добавления сажи, аминов, фенолов увеличивается радиационная стойкость.

Классификация неметаллических материалов.

К неметаллическим материалам относятся:

Термореактивные пластмассы

Для изготовлениятермореактивных пластмасс применяются термореактивные смолы: фенолоформальдегидные, кремнийорганические, эпоксидные и непредельные полиэфиры. Часто в смолы вводят пластификаторы, отвердители, растворители, ускорители и замедлители реакций. Смолы должны обладать высокой адгезией (клеящей способностью), теплостойкостью, электроизоляционными свойствами, небольшой усадкой, технологичностью, отсутствием токсичности. Из термореактивных смол изготавливают пластмассы с порошковыми наполнителями (карболиты), волокнистыми наполнителями (волокниты), слоистыми наполнителями (гитенаксы), ДСП, ДВП и т.д.

Газонаполненные пластмассы. Это пластмассы изготавливают для теплоизоляции, шумоизоляции, незатопляемости изделий, вибростойкости; часто применяют для амортизаторов, мягких сидений, губок. К ним относятся пенополистрол (ПС), пенополивинилхлорид (ПВХ). Поропласты (губчатые материалы) изготавливаются с открытой пористостью для поглощения влаги, жидкостей в 400-700 %.

Сотопласты изготавливают из листовых гофр разных материалов, которые склеиваются в виде пчелиных сот. Они обладают высокой тепло – и электроизоляцией, радиопрозрачностью.

Термостойкие пластики

Термостойкие пластики могут эксплуатироваться до 4000 С. Интерес представляют ароматические полиамиды, полифениленоксид, полисульфон и гетероциклические полимеры (полиамиды и полибензимидазолы).

Ароматический полиамид (фенилон) – прочен, морозостоек, длительно работает при 250-2600 С, химстоек, износостоек, обладает высоким сопротивлением усталости. Из него изготавливают подшипники, зубчатые колеса, пленки, волокна, бумагу.

Арилокс – полифениленоксид – простой ароматический полиэфир – химстоек, имеет хорошие механические свойства, выдерживает температуру до 1500 С.

Полиамиды отличаются высокими механическими свойствами, хорошо сопротивляются ползучести, истиранию, имеют низкий коэффициент трения.

Полибензимидазолы – обладают высокой термостойкостью (300-4000 С), прочны, хорошие диэлектрики, огнестойки и термостойки.

Термопласты могут применяться с различными армирующими наполни- телями: стекловолокно, асбест, органические волокна и ткани. Термопласты с армированием обладают повышенной прочностью, теплостойкостью, износо- стойкостью, сопротивлением к циклическим нагрузкам, малой ползучестью.

Пластические массы производятся на основе полимеров и состоят из:

Пластмассы делятся на термопластичные и термореактивные.

По виду наполнителя пластмассы делятся на:

− карболиты, в которых наполнитель – древесная мука, графит, тальк и другие порошки;

− волокниты – очесы хлопка, льна, синтетических волокон; − асбоволокниты, где наполнителем является асбест;

− стекловолокниты наполняются стекловолокном;

− гетинаксы наполняются листами бумаги, шпоном, стружкой и т.д.;

− пенно- и поропластмассы наполняются воздухом, азотом, нейтральными и другими газами.

По применению пластмассы делятся на конструкционные, фрикционные, антифрикционные, электроизоляционные, оптические, химстойкие, теплоизоляционные, декоративные, уплотнительные и др.

К термопластичным пластмассам относятся:

− полиэтилен (-СН2 – СН2-)n, получаемый из газа этилена с помощью полимеризации. Он бывает высокого и низкого давления, применяется от температур – 700С до 1000 С;

− органическое стекло – это прозрачный аморфный материал на основе сложных эфиров акриловой и метаакриловых кислот. Оргстекло при 800С размягчается, а при 105-1500С становится пластичным;

− полиамиды (капрон, нейлон, анид и др.) относятся к элементоорганиче- ским соединениям [−ΝΗ−CO−( СН2)m −ΗΝ− CO−(СН2)n −]. Эти материалы хорошо работают на истирание, гасят удары, прочны, стойки к щелочам, бензину, спирту, отлично переносит тропические условия. Из них изго- тавливают шестерни, втулки, подшипники, болты, гайки, шкивы;

− полиуретаны содержат уретановую группу (−ΝΗ−СOО−) n. Прочны, износостойки, хорошо технологически обрабатываются;

− ловсан (полиэтилентерефталат) – прозрачный, очень прочный материал;

− поликарбонат (дифлон) – сложный полиэфир угольной кислоты. Он очень прочен, отличается высокой ударной вязкостью, стоек к солям, мас- лам, разбавленным кислотам, выдерживает тепловые удары;

− полиарилат (эстеран) – это сложные гетероцепные полиэфиры. Они прочны, антифракционны, химстойки;

Полимеры – это вещества, макромолекулы которых состоят из много- численных элементарных звеньев (мономеров) одинаковой структуры. Молекулярная масса составляет от 500 до 106 единиц. Длина цепи полимера в тысячи раз больше поперечного сечения, поэтому макромолекулам свойственна гибкость.

Полимеры встречаются в природе: каучук, целлюлоза, слюда, асбест, природный графит. Ведущей группой являются синтетические полимеры.

Полимеры классифицируются: по составу, форме макромолекул, фазовому состоянию, полярности, отношению к нагреву.

По химическому составу полимеры делятся на органические, элементоорганические и неорганические. К органическим полимерам относятся смолы, каучуки.

Элементоорганические полимеры содержат в цепи атомы O, P, Cl, S, F, Si, Al, Ti, сочетающиеся с органическими радикалами СН3, СН2, С6Н5. Эти элементы придают полимерам специфические свойства. Так атом О способствует повышению гибкости цепей, атомы Р и Cl повышают огнестойкость, атомы S придают непроницаемость, F – придает радикалу износостойкость. К неорганическим полимерам относятся силикатные стекла, слюда, асбест, графит, керамика, основу которых составляют оксиды Si, Al, Mg, Са, Na и других.

По форме макромолекул полимеры делятся на:

По фазовому состоянию полимеры подразделяются на аморфные и кристаллические.

По отношению к нагреву полимеры делятся на термопластичные и термореактивные. Термопластичные полимеры при нагреве размягчаются, плавятся, а при охлаждении затвердевают, что может повторятся неоднократно. Тер- мореактивные полимеры вначале имеют линейную структуру и при нагреве размягчаются, а затем в результате химической реакции затвердевают навсегда.

Полимеры могут находится в вязкотекучем, высокоэластичном и стеклообразном состоянии.

Полимеры также как металлы проходят технологическую обработку (льются, штампуются, механически обрабатываются, склеиваются, свариваются и т. д.), механические испытания, упрочняются, стареют, охрупчиваются и т. д. Например: ориентационное упрочнение производится в вязкотекучем состоянии при медленном растяжении. Прочность на разрыв в направлении растяжения увеличивается в 2 – 5 раз, в перпендикулярном – уменьшается на 30-50%. При релаксационном упрочнении цепи макромолекул распрямляются, раскручиваются и механические свойства увеличиваются.

При старении полимеры окисляются, образуются свободные радикалы, испаряются летучие вещества, материал становится хрупким. Для уменьшения старения в полимеры добавляют стабилизаторы (амины, фенолы и др.). При деструкции из полимеров выделяются газы, свойства их ухудшаются. При абляции полимеры разрушаются под воздействием горячего газового потока. С увеличением добавления сажи, аминов, фенолов увеличивается радиационная стойкость.

Источник

Неметаллические материалы

Классификация, свойства и состав пластмасс. Превращение каучука в резину методом вулканизации. Химический состав стекла. Керамические и композиционные материалы, их типы. Стекло-, боро-, карбо- и органоволокниты. Экономическая эффективность их применения.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Пластические массы

4. Керамические материалы

5. Композиционные материалы

В области создания полимерных материалов большой вклад внесен зарубежными учеными: К. Циглером (ФРГ), Д. Наттом (Италия) и др.

1. Пластические массы

Связующее вещество является обязательным компонентом. Такие простые пластмассы, как полиэтилен, вообще состоят из одного связующего вещества.

Наполнителями служат твердые материалы органического и неорганического происхождения. Наполнители придают пластмассам прочность, твердость, теплостойкость, а также некоторые специальные свойства, например антифрикционные или наоборот фрикционные. Кроме того, наполнители снимают усадку при прессовании.

В зависимости от наполнителя различают пресс-порошковые, волокнистые и слоистые пластмассы, а также пенопласты, когда наполнитель применяется в виде газа (воздух или нейтральный газ).

Пластификаторы представляют собой нелетучие жидкости с низкой температурой замерзания. Растворяясь в полимере, пластификаторы повышают его способность к пластической деформации. Пластификаторы вводят для расширения температурной области высокоэластического состояния, снижения жесткости пластмасс и температуры хрупкости. В качестве пластификатора применяют сложные эфиры, низкомолекулярные полимеры и др. Пластификаторы должны оставаться стабильными в условиях эксплуатации. Их наличие улучшает морозостойкость и огнестойкость пластмасс.

В состав пластмасс могут также входить стабилизаторы, отвердители, красители и другие вещества.

Отвердители изменяют структуру полимеров, влияя на свойства пластмасс. Чаще используют отвердители, ускоряющие полимеризацию. К ним относятся оксиды некоторых металлов, уротропин и др.

Смазывающие вещества (стеарин, олеиновая кислота) применяют для предотвращения прилипания пластмассы к оборудованию при производстве и эксплуатации изделий.

Красители и пигменты придают пластмассам желаемую окраску.

Для пластмасс характерны следующие свойства:

высокая коррозионная стойкость. Пластмассы не подвержены электрохимической коррозии, на них не действуют слабые кислоты и щелочи. Существуют пластмассы, стойкие к воздействию концентрированных кислот и щелочей. Большинство пластмасс безвредны в санитарном отношении;

высокие диэлектрические свойства;

хорошая окрашиваемость в любые цвета. Некоторые пластмассы могут быть изготовлены прозрачными, не уступающими по своим оптическим свойствам стеклам;

механические свойства широкого диапазона. В зависимости от природы выбранных полимеров и наполнителей пластмассы могут быть твердыми и прочными или же гибкими и упругими. Ряд пластиков по своей механической прочности превосходит чугун и бронзу. При одной и той же массе пластмассовая конструкция может по прочности соответствовать стальной;

антифрикционные свойства. Пластмассы могут служить полноценными заменителями антифрикционных сплавов (оловянных бронз, баббитов и др.). Например, полиамидные подшипники скольжения длительное время могут работать без добавления смазочного материала;

высокие теплоизоляционные свойства. Все пластмассы, как правило, плохо проводят теплоту, а теплопроводность таких теплоизоляторов, как пено- и поропласты, почти в 10 раз меньше, чем у обычных пластмасс;

хорошие технологические свойства.

Свойства пластмасс зависят от состава отдельных компонентов, их сочетания и количественного соотношения, что позволяет изменять характеристики пластиков в достаточно широких пределах.

В зависимости от природы полимера и характера его перехода из вязкотекучего в стеклообразное состояние при формовании изделий пластмассы делят на:

По характеру связующего вещества пластмассы подразделяют на термопластичные (термопласты), получаемые на основе термопластичных полимеров, и термореактивные (реактопласты), получаемые на основе термореактивных смол. Термопласты удобны для переработки в изделия, дают незначительную усадку при формовании (1-3%). Материал отличается большой упругостью, малой хрупкостью и способностью к ориентации. Обычно термопласты изготовляют без наполнителя. В последние годы стали применять термопласты с наполнителями в виде минеральных и синтетических волокон (органопласты).

Термореактивные полимеры после отверждения и перехода связующего в термостабильное состояние хрупки, часто дают большую усадку (до 10-15%) при их переработке, поэтому в их состав вводят усиливающие наполнители.

По применению пластмассы можно подразделить на силовые (конструкционные, фрикционные и антифрикционные, электроизоляционные) и несиловые (оптически прозрачные, химически стойкие, электроизоляционные, теплоизоляционные, декоративные, уплотнительные, вспомогательные). Однако это деление условно, так как одна и та же пластмасса может обладать разными свойствами.

Резиной называется продукт специальной обработки (вулканизации) смеси каучука и серы с различными добавками.

Для ускорения вулканизации вводят ускорители, например оксид цинка.

Главным исходным компонентом резины, придающим ей высокие эластические свойства, является каучук. Каучуки бывают натуральные (НК) и синтетические (СК). Натуральный каучук получают коагуляцией латекса (млечного сока) каучуконосных деревьев, растущих в Бразилии, Юго-Восточной Азии, на Малайском архипелаге. Синтетические каучуки (бутадиеновые, бутадиен-стирольные и др.) получают методами полимеризации. Впервые синтез бутадиенового каучука полимеризацией бутадиена, полученного из этилового спирта, осуществлен в 1921 г. русским ученым С.В. Лебедевым. Разработаны методы получения синтетических каучуков на основе более дешевого сырья, например нефти и ацетилена.

Помимо каучука в состав резин входят:

Ускорители процесса вулканизации: полисульфиды, оксиды свинца, магния и другие влияют как на режим вулканизации, так и на физико-механические свойства вулканизатов. Ускорители проявляют свою наибольшую активность в присутствии оксидов некоторых металлов (цинка и др.), называемых поэтому в составе резиновой смеси активаторами.

Противостарители (антиоксиданты) замедляют процесс старения резины, который ведет к ухудшению ее эксплуатационных свойств. Существуют противостарители химического и физического действия. Действие первых заключается в том, что они задерживают окисление каучука в результате окисления их самих или за счет разрушения образующихся перекисей каучука (применяются альдоль, неозон Д и др.). Физические противостарители (парафин, воск) образуют поверхностные защитные пленки, они применяются реже.

Мягчители (пластификаторы) облегчают переработку резиновой смеси, увеличивают эластические свойства каучука, повышают морозостойкость резины. В качестве мягчителей вводят парафин, вазелин, стеариновую кислоту, битумы, дибутилфталат, растительные масла. Количество мягчителей составляет 8-30% массы каучука.

Красители минеральные или органические вводят для окраски резин. Некоторые красящие вещества (белые, желтые, зеленые) поглощают коротковолновую часть солнечного спектра и этим защищают резину от светового старения.

В настоящее время резиновые материалы классифицируются по виду сырья, виду наполнителя, степени упорядочения макромолекул и пористости, экологическим способам переработки, типам теплового старения и изменению объема после пребывания в нефтяной жидкости.

По виду различают наполнители для резиновых материалов порошкообразные и ткани.

Среди технологических способов переработки для резиновых материалов используются выдавливание, прессование и литье.

По тепловому старению существуют семь типов: Т07, …, Т25.

По изменению объема после пребывания в нефтяной жидкости различают семь классов: К1,…, К7.

В составе стекла могут присутствовать оксиды трех типов: стеклообразующие, модифицирующие и промежуточные. Стеклообразующими являются оксиды кремния, бора, фосфора, германия, мышьяка. К модифицирующим оксидам относятся оксиды щелочных (Na, К) и щелочноземельных (Са, Мg, Ва) металлов. Модифицирующие оксиды вводят в процессе варки стекол. Глинозем А1₂0₃ повышает механическую прочность, а также термическую и химическую стойкость стекол. При добавке В₂0₃ повышается скорость стекловарения, улучшается осветление и уменьшается склонность к кристаллизации. Оксид свинца РbО, вводимый главным образом при изготовлении оптического стекла и хрусталя, повышает показатель светопреломления. Оксид цинка ZnO понижает температурный коэффициент линейного расширения стекла, благодаря чему повышается его термическая стойкость. Промежуточными являются оксиды алюминия, свинца, титана, железа, которые могут замещать часть стеклообразующих оксидов.

Технологические добавки, вводимые в состав стекол, делят по их назначению на следующие группы:

Химический состав стекла можно изменять в широких пределах, поэтому и свойства стекла могут быть различными. По химическому составу в зависимости от природы стеклообразующих оксидов различают силикатное, алюмосиликатное, боросиликатное, алюмоборосиликатное и другие виды стекла.

В зависимости от содержания модификаторов стекло может быть щелочным и бесщелочным.

По назначению различают строительное (оконное, стеклоблоки), бытовое (стеклотара, посуда) и техническое (оптическое, электротехническое, химическое и др.) стекло.

Основные свойства стекла

Свойства неорганических стекол изотропны. К основным свойствам носятся:

температуры для промышленных стекол:

Более высокие прочностные характеристики имеют стекла бесщелочного состава и кварцевые:

модуль сдвига (2-3)·10 4 МПа;

модуль Юнга (7-7,5)·10 4 МПа;

коэффициент Пуассона 0,184-0,26;

твердость 5-7 ед. по Моосу;

высокие оптические свойства.

По оптическим свойствам различают прозрачное, окрашенное, бесцветное и рассеивающее свет стекла.

К потребительским свойствам неорганических стекол относятся прозрачность, высокая стойкость к атмосферным воздействиям, водо- и воздухонепроницаемость, термостойкость. Термостойкость стекла характеризует его долговечность в условиях резких изменений температуры и определяется разностью температур, которую стекло может выдержать без разрушения при резком охлаждении в воде (t=0 °С). Для большинства видов стекол термостойкость колеблется от 90 до 170 °С, а для кварцевого стекла она составляет 800-1000 °С.

Стекло поддается механической обработке: его можно пилить циркулярными пилами с алмазной набивкой, обтачивать победитовыми резцами, резать алмазом, шлифовать, полировать.

Способы воздействия на неорганические стекла определяются необходимостью нейтрализовать дефектный поверхностный слой. Их можно разделить на четыре группы: механическая обработка (полирование), химическая обработка (травление), термическая обработка (закалка), химико-термическая обработка. Так, закалка, при которой можно получить анизотропию свойств, и химико-термическая обработка стекла в несколько раз повышают показатели прочности и ударную вязкость, а также увеличивают термостойкость. Травление закаленного неорганического стекла плавиковой кислотой способствует удалению поверхностных дефектов и также повышает прочность и термостойкость.

Неорганические стекла классифицируются по виду стеклообразующего вещества, виду модификаторов, технологии изготовления и назначению.

По виду стеклообразующего вещества неорганические стекла делятся на силикатные (SiO₂), алюмосиликатные (А1₂0₃-SiO₂), боросиликатные (В₂0₃-SiO₂), алюмоборосиликатные (А1₂0₃-В₂0₅-SiO₂), алюмофосфатные (А1₂0₃-Р₂0₅), халъкогенидные (например, Аs₃₁Gе₃₀Sе₂₁Те₁₈₀), галогенидные и другие стекла.

По виду модификаторов различают щелочные, бесщелочные и кварцевые неорганические стекла. Прочность щелочных стекол под действием влаги уменьшается вдвое, так как вода выщелачивает стекло. При этом, образуются щелочные растворы, которые расклинивают стекло, вызывая появление микротрещин в поверхностном слое.

По технологии изготовления неорганическое стекло может быть получено выдуванием, литьем, штамповкой, вытягиванием в листы, трубки, волокна и др. Стекло выпускается промышленностью в виде готовых изделий, заготовок и отдельных деталей.

По назначению неорганические стекла делятся на техническое, строительное и бытовое (стеклотара, посудное, бытовое и др.).

4. Керамические материалы

В керамической технологии используют главным образом каолины и глины, а также чистые оксиды. Под каолинами и глинами понимают природные водные алюмосиликаты с различными примесями, способные при замешивании с водой образовывать пластичное тесто, которое после обжига необратимо переходит в камневидное состояние.

Керамические изделия изготовляют способами пластического формования и полусухого прессования с последующей сушкой и спеканием.

При нагреве глины во время спекания в ней начинают последовательно происходить химические и физико-химические процессы, приводящие к полному и необратимому изменению ее структуры:

удаление химически связанной воды (500-600 °С);

разложение обезвоженной глины на оксиды (800-900 °С);

образование новых водостойких и тугоплавких минералов (1000-1200 °С);

образование некоторого количества расплава из легкоплавких компонентов глины (900-1200 °С);

5)образование прочного камневидного материала за счет связывания

твердых частиц образовавшимся расплавом.

Состав керамики образован многокомпонентной системой, включающей:

Свойства керамики определяются ее составом, структурой и пористостью. К основным свойствам керамических материалов относятся:

плотность 1800-3900 кг/м 3 и более;

теплопроводность в зависимости от пористости и химического состава 0,8-1,16 Вт/(м·К). Сравнительно высокая теплопроводность у керамики на основе А1₂О₃ и, особенно на основе ВеО;

у_раст=30-300 МПа, у_сж=3000 МПа и более;

твердость, близкая к твердости алмаза;

высокое электрическое сопротивление, отличные диэлектрические свойства;

водо-, химическая, коррозионная и жаростойкость.

Способами воздействия на свойства керамических изделий являются химико-термическая обработка и использование покрытий, в том числе глазури.

Прочность керамики с таким покрытием повышается на 15-20%, что связано со сжимающими напряжениями в поверхностном слое, которые возникают из-за разницы температурных коэффициентов линейного расширения керамики и глазури. Однако глазурь увеличивает электрические потери, поэтому ее не применяют в высокочастотной электрической керамике.

Изделия из керамики соединяют друг с другом теми же материалами, что и ситаллы: стеклокристаллическим цементом с последующей термической обработкой, клеями и замазками на основе эпоксидной смолы и жидкого стекла, а также металлизацией с последующей пайкой.

Керамику классифицируют по вещественному составу, составу кристаллической фазы, структуре и назначению.

По вещественному составу разновидностями керамики являются фаянс, полуфарфор, фарфор, терракота, керметы, корундовая и сверхтвердая керамика и так называемая каменная масса.

Фаянс, полуфарфор и фарфор получают на основе жгущихся белых глин, каолинов, кварца и полевого шпата, взятых в различных соотношениях.

По составу кристаллической фазы различают керамику из чистых оксидов (А1₂O₃, ZrO₂, МgO, ВеО, СаО и др.) и бескислородную (SiC, ТiВ₂, ZrВ₂, ВN, Si₃N₄, МоSi₂).

5. Композиционные материалы

После того как современная физика металлов подробно разъяснила нам причины их пластичности, прочности и ее увеличения, началась интенсивная систематическая разработка новых материалов. Это приведет, вероятно, уже в вообразимом будущем к созданию материалов с прочностью, во много раз превышающей ее значения у обычных сегодня сплавов. При этом большое внимание будет уделяться уже известным механизмам закалки стали и старения алюминиевых сплавов, комбинациям этих известных механизмов с процессами формирования и многочисленными возможностями создания комбинированных материалов. Два перспективных пути открывают комбинированные материалы, усиленные либо волокнами, либо диспергированными твердыми частицами. У первых в неорганическую металлическую или органическую полимерную матрицу введены тончайшие высокопрочные волокна из стекла, углерода, бора, бериллия, стали или нитевидные монокристаллы. В результате такого комбинирования максимальная прочность сочетается с высоким модулем упругости и небольшой плотностью. Именно такими материалами будущего являются композиционные материалы.

Типы композиционных материалов.

Композиционные материалы с металлической матрицей.

Композитные материалы или композиционные материалы состоят из металлической матрицы (чаще Al, Mg, Ni и их сплавы), упрочненной высокопрочными волокнами (волокнистые материалы) или тонкодисперсными тугоплавкими частицами, не растворяющимися в основном металле (дисперсно-упрочненные материалы). Металлическая матрица связывает волокна (дисперсные частицы) в единое целое. Волокно (дисперсные частицы) плюс связка (матрица), составляющие ту или иную композицию, получили название композиционные материалы.

Композиционные материалы с неметаллической матрицей.

Композиционные материалы с неметаллической матрицей нашли широкое применение. В качестве неметаллических матриц используют полимерные, углеродные и керамические материалы. Из полимерных матриц наибольшее распространение получили эпоксидная, фенолоформальдегидная и полиамидная.

Угольные матрицы коксованные или пироуглеродные получают из синтетических полимеров, подвергнутых пиролизу. Матрица связывает композицию, придавая ей форму. Упрочнителями служат волокна: стеклянные, углеродные, борные, органические, на основе нитевидных кристаллов (оксидов, карбидов, боридов, нитридов и других), а также металлические (проволоки), обладающие высокой прочностью и жесткостью.

Свойства композиционных материалов зависят от состава компонентов, их сочетания, количественного соотношения и прочности связи между ними.

Армирующие материалы могут быть в виде волокон, жгутов, нитей, лент, многослойных тканей.

По виду упрочнителя композитные материалы классифицируют на стекловолокниты, карбоволокниты с углеродными волокнами, бороволокниты и органоволокниты.

В слоистых материалах волокна, нити, ленты, пропитанные связующим, укладываются параллельно друг другу в плоскости укладки. Плоские слои собираются в пластины. Свойства получаются анизотропными. Для работы материала в изделии важно учитывать направление действующих нагрузок. Можно создать материалы как с изотропными, так и с анизотропными свойствами.

Можно укладывать волокна под разными углами, варьируя свойства композиционных материалов. От порядка укладки слоев по толщине пакета зависят изгибные и крутильные жесткости материала.

Применяется укладка упрочнителей из трех, четырех и более нитей.

Наибольшее применение имеет структура из трех взаимно перпендикулярных нитей. Упрочнители могут располагаться в осевом, радиальном и окружном направлениях.

Трехмерные материалы могут быть любой толщины в виде блоков, цилиндров. Объемные ткани увеличивают прочность на отрыв и сопротивление сдвигу по сравнению со слоистыми. Система из четырех нитей строится путем разложения упрочнителя по диагоналям куба. Структура из четырех нитей равновесна, имеет повышенную жесткость при сдвиге в главных плоскостях.

Однако создание четырех направленных материалов сложнее, чем трех направленных.

Классификация композиционных материалов.

Волокнистые композиционные материалы.

Часто композиционный материал представляет собой слоистую структуру, в которой каждый слой армирован большим числом параллельных непрерывных волокон. Каждый слой можно армировать также непрерывными волокнами, сотканными в ткань, которая представляет собой исходную форму, по ширине и длине соответствующую конечному материалу. Нередко волокна сплетают в трехмерные структуры.

Прочность композиционных (волокнистых) материалов определяется свойствами волокон; матрица в основном должна перераспределять напряжения между армирующими элементами. Поэтому прочность и модуль упругости волокон должны быть значительно больше, чем прочность и модуль упругости матрицы.

Жесткие армирующие волокна воспринимают напряжения, возникающие в композиции при нагружении, придают ей прочность и жесткость в направлении ориентации волокон.

Для упрочнения алюминия, магния и их сплавов применяют борные, а также волокна из тугоплавких соединений (карбидов, нитридов, боридов и оксидов), имеющих высокие прочность и модуль упругости. Нередко используют в качестве волокон проволоку из высокопрочных сталей.

Для армирования титана и его сплавов применяют молибденовую проволоку, волокна сапфира, карбида кремния и борида титана.

Повышение жаропрочности никелевых сплавов достигается армированием их вольфрамовой или молибденовой проволокой. Металлические волокна используют и в тех случаях, когда требуются высокие теплопроводность и электропроводимость. Перспективными упрочнителями для высокопрочных и высокомодульных волокнистых композиционных материалов являются нитевидные кристаллы из оксида и нитрида алюминия, карбида и нитрида кремния, карбидабора и др.

Композиционные материалы на металлической основе обладают высокой прочностью и жаропрочностью, в то же время они мало пластичны. Однако волокна в композиционных материалах уменьшают скорость распространения трещин, зарождающихся в матрице, и практически полностью исчезает внезапное хрупкое разрушение. Отличительной особенностью волокнистых одноосных композиционных материалов являются анизотропия механических свойств вдоль и поперек волокон и малая чувствительность к концентраторам напряжения.

Анизотропия свойств волокнистых композиционных материалов учитывается при конструировании деталей для оптимизации свойств путем согласования поля сопротивления с полями напряжения.

Армирование алюминиевых, магниевых и титановых сплавов непрерывными тугоплавкими волокнами бора, карбида кремния, доборида титана и оксида алюминия значительно повышает жаропрочность. Особенностью композиционных материалов является малая скорость разупрочнения во времени с повышением температуры.

Основным недостатком композиционных материалов с одно и двумерным армированием является низкое сопротивление межслойному сдвигу и поперечному обрыву. Этого лишены материалы с объемным армированием.

Дисперсно-упрочненные композиционные материалы.

В отличие от волокнистых композиционных материалов в дисперсно-упрочненных композиционных материалах матрица является основным элементом, несущим нагрузку, а дисперсные частицы тормозят движение в ней дислокаций.

Высокая прочность достигается при размере частиц 10-500 нм при среднем расстоянии между ними 100-500нм и равномерном распределении их в матрице.

Прочность и жаропрочность в зависимости от объемного содержания упрочняющих фаз не подчиняются закону аддитивности. Оптимальное содержание второй фазы для различных металлов неодинаково, но обычно не превышает 5-10 об. %.

Плотность этих материалов равна плотности алюминия, они не уступают ему по коррозионной стойкости и даже могут заменять титан и коррозионно-стойкие стали при работе в интервале температур 250-500 °С. По длительной прочности они превосходят деформируемые алюминиевые сплавы. Длительная прочность для сплавов САП-1 и САП-2 при 500 °С составляет 45-55 МПа.

Большие перспективы у никелевых дисперсно-упрочненных материалов.

Наиболее высокую жаропрочность имеют сплавы на основе никеля с 2-3 об. % двуоксида тория или двуоксида гафния. Матрица этих сплавов обычно твердый раствор Ni + 20 % Cr, Ni + 15 % Mo, Ni + 20 % Cr и Mo. Широкое применение получили сплавы ВДУ-1 (никель, упрочненный двуокисью тория), ВДУ-2 (никель, упрочненный двуокисью гафния) и ВД-3 (матрица Ni +20 % Cr, упрочненная окисью тория). Эти сплавы обладают высокой жаропрочностью. Дисперсно-упрочненные композиционные материалы, так же как волокнистые, стойки к разупрочнению с повышением температуры и длительности выдержки при данной температуре.

Неориентированные стекловолокниты содержат в качестве наполнителя короткое волокно. Это позволяет прессовать детали сложной формы, с металлической арматурой. Материал получается с изотопными прочностными характеристиками, намного более высокими, чем у пресс-порошков и даже волокнитов. Представителями такого материала являются стекловолокниты АГ-4В, а также ДСВ (дозирующиеся стекловолокниты), которые применяют для изготовления силовых электротехнических деталей, деталей машиностроения (золотники, уплотнения насосов и т. д.). При использовании в качестве связующего непредельных полиэфиров получают премиксы ПСК (пастообразные) и препреги АП и ППМ (на основе стеклянного мата). Препреги можно применять для крупногабаритных изделий простых форм (кузова автомашин, лодки, корпусаприборов и т. п.).

Ориентированные стекловолокниты имеют наполнитель в виде длинных волокон, располагающихся ориентированно отдельными прядями и тщательно склеивающихся связующим. Это обеспечивает более высокую прочность стеклопластика.

При старении в течение двух лет коэффициент старения К = 0,5-0,7.

Ионизирующие излучения мало влияют на их механические и электрические свойства. Из них изготовляют детали высокой прочности, с арматурой и резьбой.

Карбоволокниты (углепласты) представляют собой композиции, состоящие из полимерного связующего (матрицы) и упрочнителей в видеуглеродных волокон (карбоволокон).

Высокая энергия связи С-С углеродных волокон позволяет им сохранить прочность при очень высоких температурах (в нейтральной и восстановительной средах до 2200 °С), а также при низких температурах. От окисления поверхности волокна предохраняют защитными покрытиями (пиролитическими). В отличие от стеклянных волокон карбоволокна плохо смачиваются связующим (низкая поверхностная энергия), поэтому их подвергают травлению. При этом увеличивается степень активирования углеродных волокон по содержанию карбоксильной группы на их поверхности. Межслойная прочность при сдвиге углепластиков увеличивается в 1,6-2,5 раза. Применяется вискеризацияните видных кристаллов TiO[pic], AlN и Si[pic]N[pic], что дает увеличение межслойной жесткости в 2 раза и прочности в 2,8 раза. Применяются пространственно армированные структуры.

Связующими служат синтетические полимеры (полимерные карбоволокниты); синтетические полимеры, подвергнутые пиролизу (коксованные карбоволокниты); пиролитический углерод (пироуглеродные карбоволокниты).

Эпоксифенольные карбоволокниты КМУ-1л, упрочненные углеродной лентой, и КМУ-1у на жгуте, висскеризованном нитевидными кристаллами, могут длительно работать при температуре до 200 °С.

Карбоволокниты КМУ-3 и КМУ-2л получают на эпоксианилино формальдегидном связующем, их можно эксплуатировать при температуре до 100 °С, они наиболее технологичны. Карбоволокниты КМУ-2 и

КМУ-2л на основе полиимидного связующего можно применять при температуре до 300 °С.

Карбоволокниты отличаются высоким статистическим и динамическим сопротивлением усталости, сохраняют это свойство при нормальной и очень низкой температуре (высокая теплопроводность волокна предотвращает само разогрев материала за счет внутреннего трения). Они водо- и химически стойкие. После воздействия на воздухе рентгеновского излучения [pic] и почти не изменяются.

Теплопроводность углепластиков в 1,5-2 раза выше, чем теплопроводность стеклопластиков. Карбостекловолокниты содержат наряду с угольными стеклянные волокна, что удешевляет материал.

Карбоволокниты с углеродной матриццей.

Образующийся при пиролизе связующего кокс имеет высокую прочность сцепления с углеродным волокном. В связи с этим композиционный материал обладает высокими механическими и абляционными свойствами, стойкостью к термическому удару.

Карбоволокнит с углеродной матрицей типа КУП-ВМ по значениям прочности и ударной вязкости в 5-10 раз превосходит специальные графиты; при нагреве в инертной атмосфере и вакууме он сохраняет прочность до 2200

°С, на воздухе окисляется при 450 °С и требует защитного покрытия.

Коэффициент трения одного карбоволокнита с углеродной матрицей по другом увысок (0,35-0,45), а износ мал (0,7-1 мкм на тормажение).

Бороволокниты отличаются высокой прочностью при сжатии, сдвиге исрезе, низкой ползучестью, высокими твердостью и модулем упругости, теплопроводностью и электропроводимостью. Ячеистая микроструктура борных волокон обеспечивает высокую прочность при сдвиге на границе раздела с матрицей.

Бороволокниты обладают высокими сопротивлениями усталости, они стойки к воздействию радиации, воды, органических растворителей и горюче смазочных материалов.

Органоволокниты представляют собой композиционные материалы, состоящие из полимерного связующего и упрочнителей (наполнителей) в виде синтетических волокон. Такие материалы обладают малой массой, сравнительно высокими удельной прочностью и жесткостью, стабильны при действии знакопеременных нагрузок и резкой смене температуры. Для синтетических волокон потери прочности при текстильной переработке небольшие; они малочувствительны к повреждениям.

К органоволокнитах значения модуля упругости и температурных коэффициентов линейного расширения упрочнителя и связующего близки.

Происходит диффузия компонентов связующего в волокно и химическое взаимодействие между ними. Структура материала бездефектна. Пористось непревышает 1-3 % (в других материалах 10-20 %). Отсюда стабильность механических свойств органоволокнитов при резком перепаде температур, действии ударных и циклических нагрузок. Ударная вязкость высокая (400-700кДж/мІ). Недостатком этих материалов является сравнительно низкая прочность при сжатии и высокая ползучесть (особенно для эластичных волокон).

В комбинированных материалах наряду с синтетическими волокнами применяют минеральные (стеклянные, карбоволокна и бороволокна). Такие материалы обладают большей прочностью и жесткостью.

Экономическая эффективность применения композиционных материалов.

Области применения композиционных материалов не ограничены. Они применяются в авиации для высоконагруженных деталей самолетов (обшивки, лонжеронов, нервюр, панелей и т. д.) и двигателей (лопаток компрессора и турбины и т. д.), в космической технике для узлов силовых конструкций аппаратов, подвергающихся нагреву, для элементов жесткости, панелей, в автомобилестроении для облегчения кузовов, рессор, рам, панелей кузовов, бамперов и т. д., в горной промышленности (буровой инструмент, деталиком байнов и т. д.), в гражданском строительстве (пролеты мостов, элементы сборных конструкций высотных сооружений и т. д.) и в других областях народного хозяйства.

Применение композиционных материалов обеспечивает новый качественный скачек в увеличении мощности двигателей, энергетических и транспортных установок, уменьшении массы машин и приборов.

Технология получения полуфабрикатов и изделий из композиционных материалов достаточно хорошо отработана.

Композитные материалы с неметаллической матрицей, а именно полимерные карбоволокниты используют в судо- и автомобилестроении (кузовагоночных машин, шасси, гребные винты); из них изготовляют подшипники, панели отопления, спортивный инвентарь, части ЭВМ. Высокомодульные карбоволокниты применяют для изготовления деталей авиационной техники, аппаратуры для химической промышленности, в рентгеновском оборудовании и другом.

Карбоволокниты с углеродной матрицей заменяют различные типы графитов. Они применяются для тепловой защиты, дисков авиационных тормозов, химически стойкой аппаратуры.

Изделия из бороволокнитов применяют в авиационной и космической технике (профили, панели, роторы и лопатки компрессоров, лопасти винтов и трансмиссионные валы вертолетов и т. д.).

Органоволокниты применяют в качестве изоляционного и конструкционного материала в электрорадио промышленности, авиационной технике, автостроении; из них изготовляют трубы, емкости для реактивов, покрытия корпусов судов и другое.

пластмасса вулканизация керамический

8. Композиционные материалы

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Материалы с малой плотностью (легкие материалы), получение и способы их обработки. Химический состав стекла, его свойства и типы. Основы современной технологии получения стекла. Применение стекломатериалов в авиастроении, автомобилестроении, судостроении.

курсовая работа [1,7 M], добавлен 27.05.2013

Состав и свойства пластмасс. Композиционные материалы с неметаллической матрицей. Резиновые материалы: общая характеристика, свойства и назначение. Клеящиеся материалы и герметики. Сущность и виды каучуков. Понятие, виды и физические свойства древесины.

реферат [27,1 K], добавлен 18.05.2011

Понятие неметаллические материалы. Состав и классификация резин. Народнохозяйственное значение каучука. Резины общего и специального назначения. Вулканизация, этапы, механизмы и технология. Деформационно-прочные и фрикционные свойства резин и каучуков.

курсовая работа [104,7 K], добавлен 29.11.2016

Пластические массы (пластмассы) как основной тип неметаллических материалов. Основные технологические и эксплуатационные свойства пластмасс. Термопластичные и термореактивные материалы. Классификация пластмасс в зависимости от их основного назначения.

реферат [16,6 K], добавлен 10.01.2010

Керамика: изделия и материалы, получаемые спеканием. Распространение оксидной керамики на основе природных минералов и синтетических оксидов металлов. Виды, состав и свойства стекла. Применение силикатного стекла в быту и различных областях техники.

презентация [265,7 K], добавлен 04.03.2010

Процесс вулканизации резины, ее общая характеристика. Классификация каучука, особенности его применения в России. Специфические свойства резин. Технология получения, методы воздействия на их свойства. Описание и свойства готовых резинотехнических изделий.

реферат [13,2 K], добавлен 28.12.2009

Материалы для получения искусственной стекольной массы. Технология варки стекла. Физические, механические, термические и электрические свойства. Газопроницаемость и обезгаживание стекол. Химическая стойкость. Исходные материалы для стеклодувных работ.

курсовая работа [114,2 K], добавлен 11.07.2009

Источник