Тема Неметалічні конструкційні матеріали План 6 Пластмаси, їх властивості icon

Тема Неметалічні конструкційні матеріали План 6 Пластмаси, їх властивості




Скачати 186.27 Kb.
НазваТема Неметалічні конструкційні матеріали План 6 Пластмаси, їх властивості
Дата15.01.2013
Розмір186.27 Kb.
ТипДокументи
джерело
1. /Лекц_х/ВСТУП.doc
2. /Лекц_х/До Т. 6.3.doc
3. /Лекц_х/До теми 1.3 Структурн_ анал_зи.doc
4. /Лекц_х/Л_тература печатать.doc
5. /Лекц_х/Л_тература.doc
6. /Лекц_х/ЛЕГОВАН_ СТАЛ_.doc
7. /Лекц_х/Методи визначення механ_чних властивостей метал_в.doc
8. /Лекц_х/Побудова д_аграм стану сплав_в II _ III роду.doc
9. /Лекц_х/Рисунки до лекц_й.docx
10. /Лекц_х/Розд_л 1. Тема 1.1.doc
11. /Лекц_х/Розд_л 2 Тема 2.1.doc
12. /Лекц_х/Розд_л 3. Тема 3.1..doc
13. /Лекц_х/Розд_л 4. Тема 4.1.doc
14. /Лекц_х/Розд_л 5 Тема 5.1.doc
15. /Лекц_х/Розд_л 6 Тема 6.1.doc
16. /Лекц_х/Схеми класиф_кац.doc
17. /Лекц_х/Т.1.4. нова.docx
18. /Лекц_х/Твердомер динамический ТЭМП.doc
19. /Лекц_х/Тема 1.2.doc
20. /Лекц_х/Тема 1.3.doc
21. /Лекц_х/Тема 1.4.doc
22. /Лекц_х/Тема 1.5.doc
23. /Лекц_х/Тема 1.6доделать.doc
24. /Лекц_х/Тема 1.7.doc
25. /Лекц_х/Тема 1.8.doc
26. /Лекц_х/Тема 1.9.doc
27. /Лекц_х/Тема 2.2.doc
28. /Лекц_х/Тема 2.3.doc
29. /Лекц_х/Тема 3.2.doc
30. /Лекц_х/Тема 3.3.doc
31. /Лекц_х/Тема 3.4.doc
32. /Лекц_х/Тема 3.5.doc
33. /Лекц_х/Тема 3.6.doc
34. /Лекц_х/Тема 4.2.doc
35. /Лекц_х/Тема 5.2.doc
36. /Лекц_х/Тема 5.3doc.doc
37. /Лекц_х/Тема 5.4.doc
38. /Лекц_х/Тема 6.1 Рисунки.doc
39. /Лекц_х/Тема 6.2..doc
40. /Лекц_х/Тема 6.3.doc
41. /Лекц_х/ЦИФРОВОЙ ТВЕРДОМЕР ПО БРИНЕЛЛЮ МОДЕЛЬ 210HВS.doc
Вступ план заняття
Токарно-гвинторізних верс­татів
2. Методи дослідження структури металів та сплавів
Список використаної літератури В. В. Попович. Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство. Львів: Світ, 2006
Список використаної літератури В. В. Попович. Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство. Львів: Світ, 2006
Розділ Конструкційні матеріали Тема леговані сталі
Методи визначення механічних властивостей металів
Побудова діаграм стану сплавів, що утворюють необмежені тверді розчини (II роду) І обмежені тверді розчини (III роду)
Тема Кристалічна будова металів
Тема 1
Тема Основи термічної обробки План Теорія термічної обробки
Тема 1
Тема 1
Тема 1
Тема 1
57 18101863d67b3d46d36e255cec9641f6
Тема Механічні властивості металів та сплавів План
Твердомер динамический тэмп-4
Тема Кристалізація металів і сплавів План
Методи вивчення складу та будови металів І сплавів план Фізичні дослідження
Тема Механічні властивості металів та сплавів План
Тема Основи теорії сплавів План
Тема діаграми стану сплавів план Методика побудови діаграм стану
Тема Залізо та його з’єднання з вуглецем План Залізовуглецеві сплави
Тема 8 Основні лінії, точки та області діаграми
Тема вуглецеві сталі план Вплив вуглецю та основних домішок на властивості вуглецевих сталей
Тема Основні види термічної обробки сталі План 2 Відпал, види відпалу, технологія та структура після відпалу
Тема Хіміко-термічна обробка сталі План Основи хіміко-термічної обробки сталі
Тема Конструкційні леговані сталі План 2 Низьколеговані будівельні сталі, цементовані та покращувані сталі
Тема Чавуни, класифікація та маркування План Білі чавуни
Тема Кольорові метали та їх сплави План 4 Мідні сплави. Латуні, їх властивості та застосування
Тема Металокерамічні матеріали План Основні металокерамічні матеріали, їх властивості
Тема Неметалічні конструкційні матеріали План 6 Пластмаси, їх властивості
Тема Металокерамічні тверді сплави План Металокерамічні тверді сплави, їх склад, властивості та термін застосування
Тема Виробництво сталі План 2 Сутність процесу виробництва сталі
Тема Виробництво міді План Вихідні матеріали для виробництва міді
Тема Металургія алюмінію та титану План 4 Металургія алюмінію. Сировина для отримання алюмінію
Рисунок III технологічна проба для визначення рідкотекучості сплаву
Тема Обробка металів тиском План Сутність процесу і види обробки
Сутність процесу, основні поняття і визначення
Цифровой твердомер по бринеллю модель 210hвs-3000


Тема 3.6. Неметалічні конструкційні матеріали


План

3.6.1. Пластмаси, їх властивості. - В.В. Хільчевський, С.Є. Кондратюк. Матеріалознавство і технологія конструкційних матеріалів: Навч. посібник. - Київ: Либідь, 2002. – 382 с. Сторінки 194-203.

3.6.2. Гумотехнічні матеріали, галузь застосування.

1. Властивості гум. – В.В. Хільчевський, С.Є. Кондратюк. Матеріалознавство і технологія конструкційних матеріалів: Навч. посібник. - Київ: Либідь, 2002. – 382 с. Сторінки 203-204.

2. Класифікація гум та їх склад. - В.В. Хільчевський, С.Є. Кондратюк. Матеріалознавство і технологія конструкційних матеріалів: Навч. посібник. - Київ: Либідь, 2002. – 382 с. Сторінки 204-207.


До неметалевих матеріалів відносять пластмаси, гуми, деревину, клеї, лакофарбові матеріали тощо. В машинобудуванні неметалеві матеріали широко використовують для виготовлення з них різно­манітних виробів, а також як замінники металів. Неметалеві мате­ріали забезпечують необхідні механічні властивості, хімічну стійкість, водо- та газонепроникність, високі ізоляційні властивості та інші цінні якості.

Полімери

Полімерами називають речовини, макромолекули яких склада­ються з численних елементарних ланок (мономерів) однакової струк­тури. Властивості цих речовин визначаються не тільки хімічним складом молекул, але і їх взаємним розташуванням і будовою.

Макромолекула полімеру — це ланцюг, що складається з окремих ланцюжків. Поперечний переріз ланцюга дорівнює кільком ангстре­мам, а довжина — кільком тисячам ангстрем. Тому макромолекулам полімеру властива гнучкість, яка є однією з основних їх особли­востей.

Натуральний каучук, целюлоза, слюда, азбест, природний графіт — усі вони є природними полімерами. Однак основною гру­пою є синтетичні полімери, які отримують в процесі хімічного синтезу з низькомолекулярних сполук. Синтезом можна отримувати

полімери з різноманітними властивостями і навіть створювати мате­ріали із заздалегідь заданими характеристиками (властивостями).

Своєрідність властивостей полімерів зумовлена структурою їх макромолекул. За формою макромолекул полімери поділяються на:

  • лінійні (ланцюгові);

  • розгалужені;

  • сітчасті (плоскі, просторові).

Лінійні макромолекули полімеру мають довгу зигзагоподібну форму або є закрученими в спіраль ланцюжками (рис. 3.1). Гнучкі макромо­лекули з високою міцністю вздовж ланцюга і слабкими міжмолеку­


Рисунок 3.1. Форми макромолекул полімерів:

а – лінійна; б – розгалужена; в – сітчаста


лярними зв'язками забезпечують еластичність матеріалу, здатність його розм'якшуватися при нагріванні, а при охолоджуванні знову тверднути. Більшість таких полімерів розчиняються у певних роз­чинниках. Лінійні полімери є найбільш придатними для отримання волокон і плівок (наприклад, поліетилен, поліаміди та інші).

Сітчасті (просторові) полімери мають високу пружність (на­приклад, м'які гуми). Густосітчасті (просторові) полімери відрізня­ються твердістю, підвищеною теплостійкістю, нерозчинністю.

Полімери можуть бути в аморфному та кристалічному стані. При переході полімеру з аморфного до кристалічного стану суттєво змінюються його фізико-механічні властивості, підвищуються міц­ність та теплостійкість.

До полімерів, що кристалізуються, відносяться поліетилен, по­ліпропілен, поліаміди тощо. Кристалізація їх здійснюється в певному інтервалі температур. За звичайних умов повної кристалізації не відбувається. В зв'язку з цим реальні полімери мають двофазну структуру: нарівні з кристалічною фазою є й аморфна. Кристалічний стан надає полімеру підвищену теплостійкість, велику міцність.

За відношенням до нагріву полімери поділяють на термо­пластичні і термореактивні:

  • термопластичні полімери при нагріванні розм'якшуються (на­віть плавляться), а при охолодженні тверднуть. Цей процес є зворотним. Структура макромолекул таких полімерів лінійна або розгалужена. Типовими представниками термопластів є поліетилен, полістирол, поліамід та інші;

  • термореактивні полімери на першій стадії утворення мають лінійну структуру і при нагріванні розм'якшуються, потім внаслідок хімічних реакцій тверднуть (утворюють просторову структуру) і надалі залишаються твердими. Твердий стан полімеру називається термостабільним. Прикладом терморе­активних полімерів можуть слугувати фенолоформальдегідна, гліфталева та інші смоли.

Механічні властивості полімерів (міцність, пружність) залежать від структури, фізичного стану, температури тощо. Полімери можуть знаходитися в трьох фізичних станах: склоподібному, високоеластич-ному і в'язкотекучому:

  • склоподібний стан характеризується тим, що атоми, які входять до складу молекулярного ланцюга, здійснюють коливальні рухи навколо положення рівноваги; рух ланцюгів і переміщення макромолекул не відбувається;

  • високоеластичний стан властивий тільки високополімерам і ха­рактеризується здатністю матеріалу до великих зворотних змін форми при невеликих навантаженнях (ланцюги коливаються і макромолекула набуває здатності згинатися);

в'язкотекучий стан нагадує рідкий стан, але відрізняється від нього дуже великою в'язкістю. Зі зміною температури лінійний або розгалужений полімер може перейти з одного фізичного стану в інший.

Старіння полімерів. Під старінням полімерних матеріалів ро­зуміють незворотну зміну найважливіших технічних характеристик, що відбуваються внаслідок складних хімічних і фізичних процесів, які розвиваються в матеріалі при експлуатації і зберіганні. При­чинами старіння є світло, теплота, кисень, озон та інші немеханічні чинники. Старіння прискорюється при багаторазових деформаціях. Менш істотно на старіння впливає волога. Розрізняють старіння • теплове, • світлове, • озонне, • атмосферне.

Суть процесу старіння полімерів полягає в складній ланцюговій реакції, яка протікає з утворенням вільних радикалів та супровод­жується деструкцією (руйнуванням зв'язків між атомами та молеку­лами) і структуруванням полімеру. Зазвичай старіння є результатом окислення полімеру атмосферним киснем. Якщо переважає деструк­ція, то полімер розм'якшується і виділяються летючі речовини (наприклад, натуральний каучук).

При структуруванні підвищуються твердість, крихкість, спосте­рігається втрата еластичності. При температурах 200...500 °С і вище відбувається термічне розкладання органічних полімерів, що супро­воджується випаровуванням летючих речовин.


3.6.1. Пластмаси, їх властивості


Пластмаси — це штучні матеріали, які виготовляють на основі органічних полімерних речовин. Ці матеріали здатні при нагріванні розм'якшуватися, ставати пластичними. Тоді під тиском їм можна надати задану форму, яка потім зберігається. Залежно від природи зв'язуючої речовини перехід відформованої маси в твердий стан здійснюється при подальшому її нагріванні або охолодженні. Зв'язуюча речовина є обов'язковим компонентом пластмас. Для більшості пластмас як зв'язуюче використовують синтетичні смоли, рідше — ефірцелюлози. Більшість пластмас, головним чином термо­пластичні, складаються з однієї зв'язуючої речовини (наприклад, поліетилен, органічне скло тощо).

Важливим компонентом пластмас є наповнювач — порошко­подібні, волокнисті та речовини органічного і неорганічного поход­ження. Наповнювачі підвищують механічні властивості, знижують усадку при пресуванні й додають матеріалу відповідних специфічних властивостей (наприклад, фрикційні, антифрикційні).

Для підвищення пластичності в напівфабрикат додають пластифі­катори (органічні речовини з високою температурою кипіння і низькою температурою замерзання), наприклад олеїнову кислоту, стеарин, дибутилфталат тощо. Пластифікатори надають пластмасам еластичність, що полегшує їх обробку.

Властивості пластмас залежать від складу окремих компонентів, їх поєднання і кількісного співвідношення, що дає можливість змінювати характеристики пластмас в широких межах.

Залежно від природи зв'язуючої речовини пластмаси поділяють на термопластичні (термопласти) — на основі термопластичних полімерів, і термореактивні (реактопласти) — на основі терморе­активних смол. Термопласти зручні для переробки у вироби, дають незначну усадку при формуванні (1...3 %). Матеріал відрізняється великою пружністю і незначною крихкістю. Термореактивні полі­мери після тверднення і переходу зв'язуючого в термостабільний стан крихкі, часто дають значну усадку (до 10... 15 %) при переробці, тому до їх складу вводять зміцнюючі наповнювачі.

Термопластичні пластмаси. Основу цих пластмас складають полімери лінійної або розгалуженої структури, такі як поліетилен. Термопластичні пластмаси застосовують як прозоре органічне скло, високо- і низькочастотні діелектрики, хімічно стійкі матеріали.

Деталі, виготовлені з таких матеріалів, експлуатуються в обмеже­ному інтервалі температур. При нагріванні до температур вище 60...70 °С починається різке зниження фізико-механічних властиво­стей пластмаси, хоча більш теплостійкі пластмаси можуть використо­вуватися при 150...250 °С. Термостійкі полімери з жорсткими ланцю­гами і циклічною структурою стійкі до 400...600 °С.

Поліетилен — продукт полімеризації етилену, є хімічно стійким. Недоліком його є схильність до старіння. Для захисту від старіння в поліетилен вводять стабілізатори та інгібітори (2 — 3 % сажі уповіль­нюють процеси старіння у 30 разів).

Поліетилен використовують для виготовлення литих труб і пресо­ваних несилових деталей (наприклад, вентилі, контейнери), поліети­ленових плівок для ізоляції дроту і кабелів, чохлів, скління парників, облицювання водоймиш. Крім того, поліетилен використовують як покриття на металах для захисту від корозії, вологи, електричного струму тощо.

Поліпропілен є похідним етилену. Це жорсткий нетоксичний матеріал з високими фізико-механічними властивостями. У порів­нянні з поліетиленом цей пластик більш теплостійкий — зберігає форму до температури 150 °С. Поліпропіленові плівки міцні і більш газонепроникні, ніж поліетиленові, а волокна еластичні, міцні і хімічно стійкі. Недоліком пропілену є його невисока морозостійкість (до —10...—20 °С). Поліпропілен використовують для виготовлення труб, конструкцій і деталей автомобілів, мотоциклів, холодильників, корпусів насосів, різних ємностей тощо.

Полістирол — твердий, міцний, прозорий, аморфний полімер. За діелектричними характеристиками близький до поліетилену, зручний для механічної обробки, добре забарвлюється. Полістирол роз­чиняється в неполярних розчинниках (наприклад, бензолі), водночас він хімічно стійкий до кислот і лугів; нерозчинний в спиртах, бен­зині, маслах, воді. Недоліком полістиролу є його невисока тепло­стійкість, схильність до старіння та утворення тріщин.

Ударостійкий полістирол має у 3...5 разів більшу міцність на удар і у 10 разів більше відносне видовження порівняно зі звичайним полістиролом. З полістиролу виготовляють деталі для радіотехніки, деталі машин і механізмів, ємкості для води і хімікатів, плівки, труби тощо.

Фторопласт — термічно і хімічно стійкий матеріал. Основним представником полімерів, що містять фтор, є поліфторетилен. На­грівання до 250 °С не впливає на його механічні властивості, тому використовувати фторопласт можна до цієї температури. Руйнування матеріалу відбувається при температурі вище 415 °С. Температура склування становить —120 °С, але навіть при дуже низьких темпера­турах (до —260 °С) пластик не окрихчується. Фторопласт стійкий до дії розчинників, кислот, лугів, окислювачів. Це найбільш високо­якісний діелектрик і його діелектричні властивості в широкому діапазоні температур майже не змінюються. Фторопласт має дуже низький коефіцієнт тертя (/"= 0,04), який зберігається до температури 327 °С.

Фторопласт застосовують при виготовленні труб для хімікатів, деталей (вентилі, крани, насоси, мембрани), ущільнюючих прокла­док, манжет, сильфонів, електрорадіотехнічних деталей, антифрик­ційних покриттів на металах (підшипники, втулки).

Органічне скло — це прозорий аморфний термопласт на основі складного ефіру акрилової і метакрилової кислот. Матеріал у два рази легший за мінеральне скло (γ = 1,18 г/см3), відрізняється високою атмосферною стійкістю, оптично прозорий (світлопрозорість 92 %), пропускає 75 % ультрафіолетових променів (силікатне скло пропус­кає 0,5 %). При 80 °С органічне скло починає розм'якшуватися, при 105...150 °С з'являється пластичність, що дозволяє формувати з нього різні деталі.

Недоліком органічного скла є невисока поверхнева твердість. Органічне скло використовують в літако- і автомобілебудуванні. З органічного скла виготовляють світлотехнічні деталі, оптичні лінзи тощо.

Вініпласт — непластифікований твердий полівінілхлорид. Віні-пласти мають високу механічну міцність і пружність. З нього виготовляють труби для подачі агресивних газів, рідин і води, захисні покриття для електропроводки, деталі вентиляційних установок, теплообмінників, захисні покриття для металевих ємностей, буді­вельні облицьовувальні плитки. Крім того, вініпластом облицьовують гальванічні ванни. Недоліками цього матеріалу є низька міцність і робоча температура під навантаженням (60...70 °С), великий коефі­цієнт лінійного розширення, крихкість при низьких температурах (/кр = - 10 °С, ґт = 90...95 °С).

Термореактивні пластмаси. В цих пластмасах як зв'язуючі речовини застосовують термореактивні смоли, до яких іноді вводять пластифікатори, прискорювачі або уповільнювачі та розчинники. Основними вимогами до зв'язуючих речовин є висока здатність до склеювання (адгезія), висока теплостійкість, хімічна стійкість і електроізоляційні властивості, простота технологічної переробки, не­значна усадка і відсутність токсичності.

Для виробництва пластмас широко використовують фенол-формальдегідні, кремнійорганічні, епоксидні смоли та різні їх модифікації. Більш високою адгезією до наповнювача володіють епоксидні зв'язуючі речовини, які дозволяють отримувати армовані пластики з високою механічною міцністю. Теплостійкість скло­пластиків при тривалому нагріванні становить: на кремнійорганіч-ному зв'язуючому від 260 до 370 °С, на фенолформальдегідному — до 260 °С, на епоксидному — до 200 °С і на поліамідному зв'язую­чому 280...350 °С.

Важливою властивістю епоксидних смол є здатність їх до твердіння не тільки при підвищеній, але й при кімнатній температу­рах без виділення побічних продуктів з мінімальною усадкою. Це дає змогу виготовляти з них великогабаритні вироби.

Скловолокніти — це матеріали, що складаються зі зв'язуючого — синтетичної смоли і скловолокнистого наповнювача. Скловолокно отримують продавлюванням розплавленої скломаси крізь фільєри (отвори у днищі електропечі). Як наповнювач застосовують суцільне або коротке волокно.

Властивості скловолокна залежать також від вмісту в ньому лугу. До термотривких відносяться кварцеве, кремнеземне, алюмосилі­катне (ґпл= 1650...1700 °С) волокна. Скловолокно не горить, хімічно стійке, а також стійке до дії ультрафіолетових променів.

Механічні властивості скловолокна дозволяють пресувати з нього деталі складної форми з металевою арматурою. Матеріал має ізо­тропні характеристики міцності, набагато вищі, ніж у преспорошків і волокнитів. Застосовують їх для виготовлення силових електро­технічних деталей, деталей в машинобудуванні, для великогабарит­них виробів простої форми (кузови автомашин, човнів, корпуси приладів тощо).

Гетинакс отримують на основі модифікованих фенольних, аніліноформальдегідних, карбомідних смол і різних сортів паперу. За призначенням гетинакс поділяють на електротехнічний (для пане­лей, щитків) і декоративний, який може мати різні кольори і текстуру (імітує породи дерева). Пластик можна застосовувати при темпера­турі 120... 140 °С. Він стійкий до дії хімікатів, розчинників, харчових продуктів; використовується для внутрішнього облицьовування паса­жирських салонів літаків, залізничних вагонів, кают суден, у виготов­ленні меблів.

Текстоліт (зв'язуюче — термореактивні смоли, наповнювач — бавовняні тканини). Серед шаруватих пластиків текстоліт найбільш здатний поглинати вібраційні навантаження, чинити опір розколю­ванню. Залежно від призначення текстоліти поділяють на кон­струкційні (ПТК, ПТ, ПТМ), електротехнічні, графітизовані, гнучкі, прокладочні. Текстоліт як конструкційний матеріал застосовується для зубчастих коліс, які працюють безшумно при частоті обертання до 30 000 об/хв. Довговічність текстолітових вкладишів підшипників у 10...15 разів довша за бронзові. Проте робоча температура тексто­літових підшипників невисока (80...90 °С). Вони застосовуються в прокатних станах, відцентрових насосах, турбінах тощо.

Азботекстоліт містить 38...43 % зв'язуючої речовини, решта — азбестова тканина. Азботекстоліт є конструкційним, фрикційним і термоізоляційним матеріалом. Найбільшу теплостійкість має мате­ріал на кремнійорганічному зв'язуючому (300 °С). З азботекстоліту виготовляють лопатки ротаційних бензонасосів, фрикційні диски, гальмівні колодки (без змащення коефіцієнт тертя /= 0,3...0,38, з мастилом/=0,05...0,07).

Азботекстоліт короткочасно витримує високі температури та за­стосовується як теплозахисний і теплоізоляційний матеріал (протя­гом 1...4 год витримує температуру 250...500 °С і короткочасно — біля 3000 °С).

Склотекстоліт на фенолформальдегідному зв'язуючому недо­статньо вібраційно-міцний, але порівняно зі звичайним текстолітом він більш теплостійкий і має кращі елекроізоляційні властивості. Склотекстоліти на основі кремнійорганічних смол (СТК, СК-9Ф, СК-9А) мають відносно невисоку механічну міцність, але відріз­няються високою тепло- і морозостійкістю, стійкі до окислювачів та інших хімічно активних реагентів, не викликають корозії металів. Епоксидні зв'язуючі (ЭД-8, ЭД-10) забезпечують склотекстолітам високі механічні властивості, що дає змогу виготовляти з них велико­габаритні деталі. Склотекстоліти на основі ненасичених поліефірних смол (ПН-1) також не потребують високого тиску при пресуванні і застосовуються для виготовлення великогабаритних деталей.

Склопластики можуть працювати тривалий час при 200...400 °С, однак короткочасно — протягом кількох десятків секунд — скло­пластики витримують кілька тисяч градусів. За дії високих темпера­тур поверхневі шари матеріалу вигорають. Теплопровідність плас­тиків у сотні разів менша за метали, тому за короткочасної дії високої температури внутрішні шари матеріалу нагріваються до 200...350 °С і зберігають міцність.

Склопластики є конструкційним матеріалом, який використову­ють для силових виробів у різних галузях техніки (несучі деталі літаків, кузови і кабіни автомобілів, автоцистерни, залізничні вагони, корпуси суден). Зі склопластиків виготовляють корпуси машин, кожухи, захисні огорожі, вентиляційні труби, бачки, рукоятки, кон­тейнери тощо.


3.6.2. Гумотехнічні матеріали, галузь застосування


Гумою називається продукт хімічного перетворення (вулканізації) суміші каучуку та сірки з різними добавками. При виготовленні гуми та гумових виробів спочатку отримують сиру гуму (суміш усіх цих речовин), після чого проводять вулканізацію при 145... 150 °С. При вулканізації змінюється молекулярна структура полімеру (утво­рюється просторова сітка), що приводить до зміни його фізико-механічних властивостей: різко зростає міцність на розтяг і еластичність каучуку, а пластичність майже повністю зникає (наприклад, натуральний каучук має σв= 1,0...1,5 МПа, після вулканізації σв = 35 МПа). Крім того, збільшується твердість та опір зношуванню.


1. Властивості гум

Гума як технічний матеріал відрізняється від інших матеріалів високою еластичністю, яка властива каучуку — головному вихідному компонентові гуми. Вона здатна до дуже значних деформацій (відносне видовження перевищує 1000 %), які майже повністю зво­ротні. При кімнатній температурі гума перебуває у високо-еластичному стані. її еластичні властивості зберігаються в широкому діапазоні температур. Особливістю гуми як технічного матеріалу є релаксаційний характер деформації. При кімнатній температурі час релаксації може становити 4... 10 с і більше.

Для гумових виробів характерні висока стійкість до стирання, газо- і водонепроникність, хімічна стійкість, електроізоляційні властивості та незначна питома вага.

Сукупність технічних властивостей гумових матеріалів дає змогу застосовувати їх для амортизації та демпфірування, ущільнення і герметизації в умовах повітряних і рідких середовищ, хімічного захисту деталей машин, трубопроводів, шлангів, для покришок і камер коліс літаків та автотранспорту тощо. Номенклатура гумових виробів налічує понад 40 000 найменувань.


2. Класифікація гум та їх склад

За призначенням у машинобудуванні гумові деталі поділяють на такі групи:

  • ущільнювачі;

  • вібро- та звукоізолятори;

  • протиударні;

  • силові (шестерні, корпуси насосів, муфти, шарніри);

  • антифрикційні;

  • фрикційні деталі та інструменти;

  • несилові та захисні;

  • декоративні.

Склад і класифікація гум. Основою гуми слугує натуральний (НК) або синтетичний (СК) каучук, який визначає основні властивості гумового матеріалу. Для покращення фізико-механічних власти­востей до каучуку додають різні добавки.

Вулканізуючі речовини (агенти). Найчастіше як вулканізуючі речовини застосовують сірку і селен, іноді — перекиси. Для гуми електротехнічного призначення замість елементарної сірки (яка взаємодіє з міддю) застосовують органічні сірчисті сполуки — тіурам.

Антиоксиданти — речовини, що сповільнюють процес старіння гуми, який призводить до погіршення її експлуатаційних властивос­тей. Для цього використовують парафін та віск, які утворюють повер­хневі захисні плівки.

Пластифікатори (розм'якшувачі) полегшують переробку гумової суміші, збільшують еластичні властивості каучуку, підвищують мо­розостійкість гуми. Як розм'якшувачі у гуму вводять парафін, вазелін, стеаринову кислоту, бітуми, дибутилфталат, рослинні олії. Кількість розм'якшувачів становить 10...30 % від маси каучуку.

Наповнювачі за впливом на каучук поділяють на активні (під­силюючі) та неактивні (інертні). Активні наповнювачі (вуглецева та біла сажа, кремнієва кислота, оксид цинку й інші) підвищують механічні властивості гум: міцність, опір стиранню, твердість. Неактивні наповнювачі (крейда, тальк, барит) вводяться для здешев­лення вартості гуми.

Часто до складу гумової суміші вводять продукт переробки старих гумових виробів і відходів гумового виробництва (регенерат). Крім зниження вартості, регенерат підвищує якість гуми, знижуючи її схильність до старіння.

Барвники мінеральні або органічні вводять для забарвлення гум. Деякі фарбуючі речовини (білі, жовті, зелені) поглинають корот­кохвильову частину сонячного спектра і цим захищають гуму від світлового старіння.

Основним компонентом гуми крім каучуку є сірка. Залежно від кількості сірки, що вводиться в гуму, одержують різну частоту сітки полімеру. При введенні 1...5 % сірки утворюється рідка сітка і гума виходить високоеластичною, м'якою. Зі збільшенням процентного вмісту сірки сітчаста структура стає все щільнішою, а гума — більш твердою. При максимально можливому (30 %) насиченні каучуку сіркою утворюється твердий матеріал, що має назву ебоніт.

Гуми загального призначення. До таких гум відносять вулканізати неполярного каучуку — натуральний каучук (НК), синтетичний ка­учук бутадієновий (СКБ), бутадієн-стирольний каучук (СКС), синтетичний каучук ізопреновий (СКИ).

Натуральний каучук (НК) є полімером ізопрену (С5Н8)„. Роз­чиняється він у жирних і ароматичних розчинниках (бензині, бензолі, хлороформі, сірковуглеці тощо), утворюючи в'язкі розчини, що використовують як клеї. При нагріванні вище 80...100 °С каучук стає пластичним і при 200 °С починає розкладатися. При -70 °С НК стає крихким. Для отримання гуми НК вулканізують сіркою. Гуми на основі НК відрізняються високою еластичністю, міцністю, водо- і газонепроникністю, високими електроізоляційними властивостями. Синтетичний каучук бутадієновий (СКБ) отримують за методом Лебедева. Формула полібутадієну (С4Н6)„. Це некристалічний каучук,

що має низьку межу міцності при розтягуванні. В гуму на його основі необхідно вводити посилюючі наповнювачі (сажу, оксид, цинк та інші). Морозостійкість СКБ невисока (- 40... - 45 °С). Розбухає він у тих же розчинниках, що і НК.

Бутадієн-стирольний каучук (СКС) отримують при спільній полі­меризації бутадієну (С4Н6) і стиролу (СН2 = СН — С6Н5). З такого каучуку отримують гуми з високим опором старінню, які добре працюють в умовах циклічних деформацій. За газонепроникністю і діелектричними властивостями вони рівноцінні гумам на основі НК. Каучук СКС-10 можна використовувати при температурах -74...-77 °С.

Синтетичний каучук ізопреновий (СКИ)— це продукт полімери­зації ізопрену С5Н8. Отримання СКИ стало можливим у зв'язку з використанням нових видів каталізаторів (наприклад, літію). За бу­довою, хімічними і фізико-механічними властивостями СКИ близь­кий до натурального каучуку.

Гуми загального призначення можуть працювати в середовищі води, повітря, неконцентрованих розчинів кислот і лугів. Інтервал робочих температур становить від - 35...-50 до 80...130 °С. З таких гум виготовляють шини, паси, шланги, транспортерні стрічки, ізо­ляцію кабелів, різні гумотехнічні вироби.

Як і пластмаси, гуми схильні до процесу старіння, яке спосте­рігається при зберіганні та експлуатації гумових виробів під впливом світла, тепла, кисню та озону. Старіння по-різному позначається на механічних властивостях гум. Температура і тривалість старіння зви­чайно зумовлюють зниження міцності та підвищення твердості різ­них гум.

Гуми спеціального призначення. Такі гуми поділяють на: маслобензостійкі, теплостійкі, світлоозоностійкі, зносостійкі, електротехнічні, стійкі до гідравлічних рідин.

Маслобензостійкі гуми отримують на основі каучуку хлоропрено­вого (наірит), бутадієн-нітрильного та тіоколу.

Наірит є хлоропреновим каучуком. Вулканізація може проводи­тися термообробкою, навіть без сірки, оскільки під дією температури каучук переходить в термостабільний стан. Гуми на основі наіриту мають високу еластичність, вібростійкість, озоностійкість. Вони стійкі до дії палива і мастил, чинять опір тепловому старінню.

За термостійкістю і морозостійкістю (- 35...- 40 °С) вони поступа­ються як НК, так і СК.

Бутадієн-нітрильний каучук (СКН) — це продукт спільної полімеризації бутадієну з нітрилом акрилової кислоти.

Вулканізують СКН за допомогою сірки. Гуми на основі СКН мають високу міцність (ав = 0,34 МПа), спроможні чинити опір сти­ранню, але за еластичністю поступаються гумам на основі НК, мають високу стійкість щодо старіння та дії розбавлених кислот і лугів.

Маслобензостійкі гуми працюють в середовищі бензину, палива, мастил в інтервалі температур від - 30... - 50 °С до 100... 130 °С. Гуми на основі СКН застосовують для виробництва пасів, транспортерних стрічок, металорукавів, маслобензостійких гумових деталей (ущіль­нюючі прокладки, манжети тощо).

Механічні властивості гуми на основі тіоколу невисокі. Еластич­ність гум зберігається при температурі - 40... - 60 °С. Теплостійкість не перевищує 60...70 °С.

Морозостійкими є гуми на основі каучуку, що мають низькі температури склування. Наприклад, гуми на основі СКС можуть працювати при температурі до - 60 °С.

Зносостійкі гуми отримують на основі поліуретанових каучуків СКУ. Такі каучуки мають високу міцність, еластичність, опір сти­ранню, маслобензостійкість, а його газонепроникність в 10...20 разів вища за НК. Робочі температури гум на його основі становлять від - 30 до 130 °С.

Гуми на основі СКУ застосовують для виготовлення автомо­більних шин, транспортерних стрічок, взуття, для обкладання труб і жолобів, якими транспортуються абразивні матеріали, тощо.

Схожі:

Тема Неметалічні конструкційні матеріали План 6 Пластмаси, їх властивості iconБібліотека Довідково-бібліографічний відділ
На сьогодні пластмаси, полімери, поліетилен отримали широке розповсюдження у будівництві, містобудуванні. Очевидно, що полімери у...
Тема Неметалічні конструкційні матеріали План 6 Пластмаси, їх властивості iconПерелік дисциплін, які виносяться для вступу на освітньо-кваліфікаційний рівень магістра зі спеціальності «Пожежна безпека»
Основні властивості будівельних матеріалів. Негорючі будівельні матеріали. Горючі будівельні матеріали
Тема Неметалічні конструкційні матеріали План 6 Пластмаси, їх властивості iconПрограма фахового іспиту
Отримання деревної волокнистої сировини. Технологічний процес виготовлення паперу. Структурно-розмірні властивості. Механічні властивості....
Тема Неметалічні конструкційні матеріали План 6 Пластмаси, їх властивості iconПрограма фахового іспиту
Отримання деревної волокнистої сировини. Технологічний процес виготовлення паперу. Структурно-розмірні властивості. Механічні властивості....
Тема Неметалічні конструкційні матеріали План 6 Пластмаси, їх властивості icon«затверджую» Ректор В. П. Кравець
Конструкційні й інструментальні сталі, їх виробництво, маркування, застосування. Виробництво чавуну, його маркування та застосування....
Тема Неметалічні конструкційні матеріали План 6 Пластмаси, їх властивості icon«затверджую» Ректор В. П. Кравець
Конструкційні й інструментальні сталі, їх виробництво, маркування, застосування. Виробництво чавуну, його маркування та застосування....
Тема Неметалічні конструкційні матеріали План 6 Пластмаси, їх властивості iconХарківська національна академія міського господарства
Конструкційні матеріали” (для студентів 1 курсу денної форми навчання та 3 курсу заочної форми навчання напряму підготовки 050702-«Електромеханіка»)...
Тема Неметалічні конструкційні матеріали План 6 Пластмаси, їх властивості iconМеталургія сталі протокол №5 від 25 жовтня 2005р Затверджено: на засіданні навчально видавничої ради Доннту протокол № від 2005р Донецьк 2005
Рецензент: доцент кафедри „Кольорова металургія І конструкційні матеріали” В.І. Грєбєнніков
Тема Неметалічні конструкційні матеріали План 6 Пластмаси, їх властивості iconТеорія різання ● Основи технології машинобудування
Вимоги до фізико-механічних властивостей інструментальних матеріалів. Характеристика основних інструментальних матеріалів. Вуглецеві...
Тема Неметалічні конструкційні матеріали План 6 Пластмаси, їх властивості iconТеорія різання ● Основи технології машинобудування
Вимоги до фізико-механічних властивостей інструментальних матеріалів. Характеристика основних інструментальних матеріалів. Вуглецеві...
Тема Неметалічні конструкційні матеріали План 6 Пластмаси, їх властивості iconТема Нормативно-правові акти План
Поняття, властивості нормативно-правових актів. Юридична сила нормативно-правового акту. Види нормативно-правових актів за юридичною...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи