Строение композитов Композиционный материал состоит из основы, или матрицы (металлической или полимерной) и наполнителя, или армирующего компонента.
1 задание.
1) Материаловедение – это прикладная наука о связи между составом, структурой и свойствами материалов, а также о влиянии различных видов обработки на их структуру и свойства. 2) Исходя из природы конструкционных и инструментальных материалов, их можно разделить на следующие основные группы: 1. Металлические материалы, к которым относятся: сплавы на основе железа – чистое железо, стали, чугуны; стали и сплавы с особыми физическими свойствами (магнитные и немагнитные стали и сплавы, аморфные сплавы, сплавы с высоким электрическим сопротивлением, сплавы с эффектом памяти формы и т.д.); цветные металлы и сплавы – алюминий и сплавы на его основе (деформирующиеся и литейные; упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой), медь и сплавы на ее основе (латуни, бронзы), титан и сплавы на его основе, подшипниковые сплавы и др. композиционные материалы с металлической матрицей; 2. Неметаллические материалы: полимерные органические материалы – пластмассы (термореактивные и термопластичные), резины; композиционные материалы с неметаллической матрицей (стекло-пластики, углепластики, оргпластики и др.); неорганические материалы (стекло, ситаллы, керамика); 3. Материалы со специальными свойствами – электронные материалы, материалы с особыми оптическими свойствами (волоконная оптика, люминофоры), проводниковые материалы. Кроме того, возможна классификация конструкционных материалов по свойствам, определяющим выбор материала для конкретных деталей конструкций. Каждая группа материалов оценивается соответствующими критериями, обеспечивающими работоспособность в эксплуатации. Универсальные материалы рассматриваются в нескольких группах, если возможность их применения определяется различными критериями. 3) Конструкционными называются материалы, предназначенные для изготовления деталей машин, приборов, сооружений, которые работают в условиях механических нагрузок. Конструкционные материалы должны сопротивляться этим нагрузкам, т. е. не разрушаться и не деформироваться при эксплуатации. Применяемые в современной технике конструкционные материалы можно классифицировать по различным признакам. (Например, по назначению.) Так как структура материала в значительной степени определяет его свойства, то рассмотрим классификацию конструкционных материалов по структуре. За главный признак здесь принята степень упорядоченности элементов структуры в пространстве
2 задание.
1) Древесина — это органический материал растительного происхождения, представляющий собой сложную ткань древесных растений. Она составляет основную массу ствола деревьев. Древесина является волокнистым материалом, причем волокна в ней расположены вдоль ствола. Поэтому для нее характерна анизотропия, т.е. ее свойства вдоль и поперек волокон различны.
2) Достоинствами древесины являются относительно высокая прочность; малая объемная масса и, следовательно, высокая удельная прочность; хорошее сопротивление ударным и вибрационным нагрузкам; малая теплопроводность и, следовательно, хорошие теплоизоляционные свойства; химическая стойкость; хорошая технологичность (легкость обработки и изготовления изделий). К недостаткам древесины следует отнести гигроскопичность, т.е. способность впитывать влагу, и возникающую из-за изменения влажности нестабильность свойств и размеров (усушка и набухание), а также отсутствие огнестойкости, неоднородность строения, склонность к гниению. Для защиты древесины от увлажнения, загнивания и воспламенения производят окраску лаками и красками, опрыскивание и пропитку специальными химическими веществами. 3)Материалы из древесины можно разделить на лесоматериалы, сохраняющие природную физическую структуру и химический состав древесины и древесные материалы, полученные путем специальной обработки исходной древесины. В свою очередь лесоматериалы подразделяются на необработанные (круглые), пиломатериалы, лущеные (древесный шпон) и колотые. 4) Круглые лесоматериалы получают из спиленных деревьев после очистки от ветвей, разделения поперек ствола на части требуемой длины и окорки. Они применяются в строительстве, в качестве опор и столбов линий электропередач, в качестве сырья. Пиломатериалы получают лесопилением. Пиломатериалы с опиленными кромками называют обрезными, неопиленными — необрезными. Подвергающиеся после пиления дальнейшей обработки называют стругаными. Пиломатериалы делятся в зависимости от поперечного сечения на следующие виды: брусья (толщина или ширина больше 100 мм), бруски (ширина не более двойной толщины), доски (ширина более двойной толщины), планки (узкие и тонкие доски). Древесный шпон — это широкая ровная стружка древесины, получаемая путем лущения. Толщина листов шпона 0,5-1,5 мм. Используется шпон в качестве полуфабрикатов для изготовления фанеры, облицовочного материала для изделий из древесины. К материалам, полученным путем специальной обработки древесины можно отнести фанеру, прессованную и модифицированную древесину, древесностружечные и древесноволокнистые плиты и др. Фанера — это листовой материал, полученный путем склейки листов шпона. При этом волокна соседних листов находятся под прямым углом друг к другу. Толщина фанеры от 1 до 12 мм, более толстые материалы называют плитами. Столярные плиты представляют собой трехслойные щиты, состоящие из реечного заполнителя, оклеенного с обеих сторон древесным шпоном. Прессованная древесина — это материал, получаемый при горячем прессовании брусков, досок и других заготовок поперек волокон под давлением до 30 МПа. В результате прочность возрастает по сравнению с исходной более чем в два раза. Модифицированная древесина представляет собой материал, полученный при обработке древесины каким-либо химическим веществам (смолой, аммиаком и др.) с целью повышения механических свойств и придания водостойкости. Древесностружечные плиты изготовляют прессованием древесной стружки со связующим. Плиты могут быть облицованными шпоном, фанерой или бумагой. Древесноволокнистые плиты изготовляют путем прессования древесных волокон при высокой температуре, иногда с добавлением связующих веществ.
5) Основные виды товарной продукции: пиломатериалы; производство фанеры, ДСП, ДВП; производство мебели; производство древесных щитов и стройматериалов; производство бумаги, картона. К основным предприятиям по лесозаготовке относятся: ООО «ЛЗК «Башлеспром», ООО «Селена», ОАО «Амзинский лесокомбинат», ООО «Караидельский союз лесопромышленников», ООО «Уфалеспром»; по обработке древесины и производству изделий из дерева: ООО «Уфимский фанерный комбинат», ООО «Уфимский фанерно-плитный комбинат». по целлюлозно-бумажному производству: ООО «Картонно-бумажный комбинат»,г.Туймазы, ООО «Картон и упаковка», г.Учалы, ООО «Южный Урал», г.Стерлитамак; по мебельному производству: ООО «Уфамебель», ООО «Башмебель-плюс», ООО «Евромебель», ООО «Велес», ООО «Грета+», ООО «Агидель М» и другие; по лесохимии: ОАО «Амзинский лесокомбинат».
3 задание.
1)Керамика — это неорганический минеральный материал, получаемый из отформованного минерального сырья путем спекания при высоких температурах (1200-2500°С). Структура керамики состоит из кристаллической, стекловидной (аморфной) и газовой фазы. Кристаллическая фаза является основой керамики, ее количество составляет до 100%. Она представляет собой различные химические соединения и твердые растворы. Стекловидная фаза находится в керамике в виде прослоек стекла. Ее количество составляет до 40%. Она снижает качество керамики. Газовая фаза представляет собой газы, находящиеся в порах керамики.
2) По назначению керамика может быть разделена на строительную, бытовую и художественно-декоративную, техническую.
3) Достоинствами керамики являются: высокая твердость и износостойкость; высокие рабочие температуры (до 3500 °С); высокая коррозионная стойкость в различных средах; низкая тепло- и электропроводимость: керамические материалы – диэлектрики и теплоизоляторы; малая плотность, легкие материалы. Основной недостаток керамики: высокая хрупкость. Ударная вязкость керамики примерно в 40 раз меньше, чем у металлов. Это ограничивает ее применение в технике. Керамика имеет низкую прочность при растяжении и изгибе. Пластически не деформируется.
4)
5)
6)Фасадная керамика. Для облицовки фасадов зданий применяют кирпич и камни лицевые, плиты керамические фасадные, фасадные малогабаритные плитки и ковровую керамику.Кирпич и камни керамические лицевые не должны иметь выцветов, высолов, крупных включений и других дефектов. Лицевые поверхности кирпича и камня могут быть гладкими, рельефными или офактуренными. Ассортимент кирпича и камней и их основные размеры приведены в табл. 3.1. По пределу прочности при сжатии и изгибе кирпич и камни делят на марки 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300. Водопоглощение их должно быть не менее 6% и не более 8%. В насыщенном водой состоянии они должны выдерживать без каких-либо повреждений не менее 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Плиты керамические фасадные подразделяют на закладные, устанавливаемые одновременно с кладкой стен, и прислонные, устанавливаемые на растворе после возведения и осадки стены. Требования по морозостойкости к фасадным плитам такие же, как и к другим керамическим материалам, применяемым для облицовки зданий; водопоглощение их не должно быть более 8%. Керамические изделия для внутренней облицовки. К этой группе изделий относят плитки для облицовки стен и плитки для полов. Плитки для облицовки стен подразделяют на майоликовые, изготовляемые из легкоплавких глин с окрашенным черепком и с лицевой стороны покрытые глухой (непрозрачной) глазурью, и фаянсовые, изготовляемые из огнеупорных беложгущихся глин с добавками отощающих материалов (кварцевого песка и молотого плиточного боя) с лицевой стороной, покрытой прозрачной белой глазурью. По форме различают плитки квадратные (150х 150 мм и 100x100 мм), прямоугольные (150x25, 150x75, 150x100 мм) и фасонные. Толщина плиток не должна быть более 6 мм. Плитки применяют для внутренней облицовки стен санитарно-технических узлов, а также помещений с повышенной влажностью. Плитки для полов изготовляют полусухим прессованием и обжигают до спекания. По виду лицевой поверхности плитки подразделяют на гладкие, с рельефом и тисненые, а по цвету — на одноцветные и многоцветные. По форме различают плитки квадратные, прямоугольные, треугольные, шестигранные, четырехгранные (половинки шестигранных), пятигранные и восьмигранные. Плитки для полов характеризуются высокой плотностью (водопоглощение не более 4%) и малым истиранием (потери массы при испытании не должны превышать 0,08 г/см2). Ковровой керамикой называют набор мелкоразмерных (от 20x20 до 48x48 мм) тонкостенных глазурованных или неглазурованных плиток, наклеенных на бумажную основу (рис. 3.4). Требования к плиткам по морозостойкости и водопоглощению примерно те же, что и к лицевым керамическим камням.
7) Черепица — кровельный штучный материал.
Черепица бывает изготовлена из обожжённой глины (керамическая черепица), термопласткомпозита, цементно-песчаного раствора (цементно-песчаная черепица) или известково-песчаного раствора с обработкой изделия в автоклаве (силикатная черепица). Наиболее распространённая глиняная черепица, производится из пластичных легкоплавких глин (иногда с добавкой шамота).
4 задание.
1) Стеклом называется твердый аморфный термопластичный материал получаемый переохлаждением расплава различных оксидов.
2) Неорганические стекла – это сложные расплавы высокой вязкости, состоящие из основных и кислотных оксидов
Классификация стекол
1) По назначению
Технические Строительные Бытовые
оптические, оконные посуда
светотехнические витринные зеркала
электротехнические армированные стеклотара
химико-лабораторные стеклоблоки
приборные
трубные
2) По стеклообразующему веществу
Силикатные (SiO2) Боросиликатные(B2O3–SiO2) Алюмофосфатные (Al2O3–P2O5)
Алюмосиликатные (Al2O3–SiO2) Алюмоборосиликатные(Al2O3– B2O3–SiO2)
3) По содержанию модификаторов
Щелочные Бесщелочные Кварцевые
3) Свойства стекол
Плавятся в интервале температур, размягчаются при температуре 600–800 °С; переработка требует свыше 1000 °С.
Свойства стекол изотропны, т. е. не зависят от направления.
При сжатии прочность высокая: до 2000 МПа, а при растяжении – низкая (менее 100 МПа). Твердость стекол составляет 0,5–0,7 твердости алмаза, но они очень хрупкие. Несколько выше механические свойства у кварцевых и бесщелочных стекол.
Важнейшие свойства стекол, определяющие их применение, – оптические: прозрачность, отражение, рассеяние, поглощение, преломление. Обычное листовое стекло 90 % видимого света пропускает, а ультрафиолетовое излучение поглощает. Кварцевые стекла прозрачны для ультрафиолетовых лучей.
Стекла можно закаливать, нагревая выше температуры стеклования и быстро охлаждая в масле или потоке воздуха. Ударная вязкость стекла увеличивается при закалке в 5–7 раз, прочность – в 3–6 раз, повышается термостойкость.
Триплекс – это два листа закаленного стекла, склеенные прозрачной полимерной пленкой. Могут быть плоскими и гнутыми. При разрушении триплекса осколки удерживаются на полимерной пленке и не травмируют окружающих.
Термопан: между двумя стеклами имеется воздушный промежуток, который обеспечивает теплоизоляцию.
4) 5) Ситаллы (кристаллические стекла). Ситаллы представляют собой материалы, полученные путем кристаллизации стекол. Ситаллы изготовляют путем плавления стекольного материала с добавкой катализаторов кристаллизации. Далее расплав охлаждается до пластического состояния и из него формуются изделия. Кристаллизация обычно происходит при повторном нагревании изделий.
По структуре ситаллы занимают промежуточное место между стеклом и керамикой. Их структура состоит из зерен кристаллической фазы, скрепленных стекловидной прослойкой. Содержание кристаллической фазы составляет 30-95%. Пористость отсутствует. Ситаллы характеризуются исключительной мелкозернистостью. По внешнему виду могут быть прозрачными и непрозрачными.
Структура ситаллов определяет их свойства. Ситаллы имеют высокую твердость, высокую прочность при сжатии и низкую при растяжении, обладают жаропрочностью до 900-1200°С, жаростойкостью, износостойкостью. Они характеризуются высокой химической стойкостью и хорошими электроизоляционными свойствами. Ситаллы отличаются хрупкостью, однако меньшей, чем стекло. Применяются ситаллы для деталей, работающих при высоких температурах и в агрессивных средах, деталей радиоэлектроники, инструментов.
Ситаллы, их еще называют стеклокерамикой. Они состоят из стекловидной и кристаллической фазы. Структура ситаллов однородная, мелкозернистая: зерна имеют размер 1–2 мкм.
Получают ситаллы введением в расплав стекла веществ, служащих центами кристаллизации (солей золота, серебра, меди). В результате 95 % объема занимает кристаллическая фаза, остальное – стекловидная прослойка (см. рис. 8).
Свойства ситаллов: их твердость близка к твердости закаленной стали, они термостойки до 700–900 °С. Их ударная вязкость в 3–4 раза выше, чем у стекол. Они износостойки, являются диэлектриками и проявляют высокую химическую стойкость. Применение ситаллов включает детали ДВС, подшипники, трубы для химической промышленности, оболочки вакуумных электронных приборов, детали радиоэлектроники, жаростойкие покрытия на металлах, фильеры для вытягивания синтетических волокон, лопасти компрессоров и сопла реактивных двигателей.
5 задание.
1) Чугу́н — сплав железа с углеродом (и другими элементами). Содержание углерода в чугуне не менее 2,14% (точка предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний): меньше — сталь. Углерод придаёт сплавам железа твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют белый, серый, ковкий и высокопрочные чугуны. Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др.). Как правило, чугун хрупок. Чугун обладает важными физическими и технологическими свойствами: невысокой температурой плавления (1180-1200° С), повышенными литейными свойствами и высокой износостойкостью. Значительная хрупкость и малая пластичность обычных чугунов является их основным недостатком. Однако другие свойства и экономичность чугуна вполне компенсируют его недостатки В зависимости от того, в каком состоянии и форме находится в чугуне углерод, чугуны разделяются на белые, серые, ковкие и высокопрочные.
2) Сталь — сплав (твёрдый раствор) железа с углеродом (и другими элементами), характеризующийся эвтектоидным превращением. Содержание углерода в стали не более 2,14 %. Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Учитывая, что в сталь могут быть добавлены легирующие элементы, сталью называется содержащий не менее 45 % железа сплав железа с углеродом и легирующими элементами (легированная, высоколегированная сталь). Стали делятся на конструкционные и инструментальные. Разновидностью инструментальной является быстрорежущая сталь.
По химическому составу стали делятся на углеродистые[3] и легированные[4]; в том числе по содержанию углерода — на низкоуглеродистые (до 0,25 % С), среднеуглеродистые (0,3—0,55 % С) и высокоуглеродистые (0,6—2 % С); легированные стали по содержанию легирующих элементов делятся на низколегированные — до 4 % легирующих элементов, среднелегированные — до 11 % легирующих элементов и высоколегированные — свыше 11 % легирующих элементов.
Стали, в зависимости от способа их получения, содержат разное количество неметаллических включений. Содержание примесей лежит в основе классификации сталей по качеству: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.
По структуре сталь разделяется на аустенитную, ферритную, мартенситную, бейнитную и перлитную. Если в структуре преобладают две и более фаз, то сталь разделяют на двухфазную и многофазную.
3) Деформация - это изменение формы материала или изделия под действием нагрузок. Этот процесс зависит от величины и вида нагрузки, внутреннего строения, формы и характера расположения частиц. Деформация происходит за счет изменений в строении и расположении молекул, их сближения и удаления, что сопровождается изменением сил притяжения и отталкивания. При действии на материал нагрузок им противодействуют внутренние силы, называемые силами упругости. От соотношения внешних сил и сил упругости зависит величина и характер деформации материала. Деформацию различают: -обратимая; -необратимая; 4) Цветные металлы и сплавы Именно с цветных металлов началось применение металлов человеком. Вначале это были самородные металлы: медь, золото, серебро, затем олово и свинец. Характерные особенности цветных металлов:
· окраска,
· большая пластичность,
· низкая твердость,
· низкая температура плавления,
· отсутствие полиморфных превращений.
Общепринято подразделение цветных металлов на следующие группы:
Благородные Легкие Легкоплавкие Тугоплавкие
Pt, Ag, Au, [Cu] Be, Mg, Al, [Ti] Zn, Sn, Pb, Sb, Bi, Hg W, Mo, Ta, Nb, Zr Благородными, или драгоценными называют металлы, очень трудно поддающиеся окислению, при обычных условиях не вступающие в химические реакции. «Драгоценные» – относительное понятие: еще в XIX в. платина, месторождения которой имеются на Урале, вовсе не считалась драгоценным металлом, в отличие от золота: из нее делали ковши, обручи и другие хозяйственные изделия. Легкие металлы имеют малый удельный вес и, соответственно, высокую удельную прочность. Легкоплавкие металлы имеют низкие температуры плавления, применяются обычно для литых изделий. Самый легкоплавкий металл – ртуть (tпл = –39 °C, при комнатной температуре является жидкостью).
Тугоплавкие металлы имеют температуры плавления выше, чем у железа. Самый тугоплавкий металл – вольфрам (tпл = 3410 °C). Надо заметить, что не все ученые-металловеды относят тугоплавкие металлы к цветным, некоторые считают их черными или выделяют в отдельную группу. Медь и ее сплавы
Медь – тяжелый металл (γ = 8,9 г/см3) с ГЦК решеткой; полиморфных превращений не имеет. Температура плавления 1083 °C. Ее можно назвать «самым цветным» металлом: поверхность красная, излом розовый.
Чистая медь применяется чаще всего в электротехнике и электронике. Медь обладает высокой электропроводимостью, поэтому используется как проводник тока (шины, жилы кабелей, обмотки электродвигателей, контакты).
Высочайшая теплопроводность позволяет делать из меди водоохлаждаемые тигли, кристаллизаторы, поддоны, изложницы.
Медь проявляет коррозионную стойкость в атмосфере, морской, речной и водопроводной воде, в других агрессивных средах.
Все медные сплавы подразделяются на две группы: латуни и бронзы.
1. Латуни – сплавы меди с цинком. Если кроме цинка других легирующих элементов нет, то это простая латунь; если есть и другие добавки – специальная.
2. Бронзы – сплавы меди с любыми элементами, кроме цинка. Классические бронзы – оловянистые (до 10 % Sn). Они дороги. Сложные по составу бронзы дешевле.
Строение сплавов меди с оловом сложное: твердые растворы, интерметаллиды, имеется эвтектоидное превращение.
5) Корро́зия — самопроизвольное разрушение металлов в результате химического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. В общем случае это разрушение любого материала, будь то металл или керамика,дерево или полимер. Причиной коррозии служит термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде
Обычно выделяют три направления методов защиты от коррозии:. Конструкционный Активный Пассивный Для предотвращения коррозии в качестве конструкционных материалов применяют нержавеющие стали, кортеновские стали, цветные металлы. При проектировании конструкции стараются максимально изолировать от попадания коррозионной среды, применяя клеи, герметики, резиновые прокладки. Активные методы борьбы с коррозией направлены на изменение структуры двойного электрического слоя. Применяется наложение постоянного электрического поля с помощью источника постоянного тока, напряжение выбирается с целью повышения электродного потенциала защищаемого металла. Другой метод — использование жертвенного анода, более активного материала, который будет разрушаться, предохраняя защищаемое изделие. В качестве защиты от коррозии может применяться нанесение какого-либо покрытия, которое препятствует образованию коррозионного элемента (пассивный метод).
6 задание.
7 задание.
8 задание.
1) Пластическими массами (пластмассами) называются материалы, получаемые на основе природных или синтетических полимеров. Пластмассы являются важнейшими современными конструкционными материалами. Они обладают рядом ценных свойств: малой плотностью (до 2 г/см3), высокой удельной прочностью, низкой теплопроводностью, химической стойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами, звукоизоляционными свойствами. Некоторые пластмассы обладают оптической прозрачностью, фрикционными и антифрикционными свойствами, стойкостью к истиранию и др. Кроме того, пластмассы имеют хорошие технологические свойства: легко формуются, прессуются, обрабатываются резанием, их можно склеивать и сваривать. Недостатками пластмасс являются низкая теплостойкость, низкая ударная вязкость, склонность к старению для ряда пластмасс.
2) Основой пластмасс являются полимерные связующие вещества. Кроме связующих в состав пластмасс входят: наполнители для повышения прочности и придания специальных свойств; мистификаторы для повышения пластичности, что необходимо при изготовлении изделий из пластмасс; отвердшпели, ускоряющие переход пластмасс в неплавкое, твердое и нерастворимое состояние; стабилизаторы, предотвращающие или замедляющие процесс старения; красители.
По поведению при нагреве все пластмассы делятся на термопластичные и термореактивные. Термопластичные при неоднократном нагревании и охлаждении каждый раз размягчаются и затвердевают. Термореактивные при нагревании размягчаются, затем еще до охлаждения затвердевают (вследствие протекания химических реакций) и при повторном нагревании остаются твердыми.
По виду наполнителя пластмассы делятся на порошковые, волокнистые, слоистые, газонаполненные и пластмассы без наполнителя.
По способу переработки в изделия пластмассы подразделяются на литьевые и прессовочные. Литьевые перерабатываются в изделия методами литьевого прессования и являются термопластичными. Прессовочные перерабатываются в изделия методами горячего прессования и являются термореактивными. По назначению пластмассы делятся на конструкционные, химически стойкие, прокладочные и уплотнительные, фрикционные и антифрикционные, теплоизоляционные и теплозащитные, электроизоляционные, оптически прозрачные, облицовочно-декоративные и отделочные.
Слоистые пластмассы получают прессованием (или намоткой) слоистых наполнителей, пропитанных смолой. Они обычно выпускаются в виде листов, плит, труб, из которых механической обработкой получают различные детали. Текстолит — это материал, полученный прессованием пакета кусков хлопчатобумажной ткани, пропитанной смолой. Обладает хорошей "способностью поглощать вибрационные нагрузки, электроизоляционными свойствами. Теплостоек до 80°С. Стеклотекстолит отличается от текстолита тем, что в качестве наполнителя используется стеклоткань. Более прочен и теплостоек, чем текстолит, имеет лучшие электроизоляционные свойства. В асботекстолите наполнителем является асбестовая ткань. Кроме электроизоляционных, он имеет хорошие теплоизоляционные и фрикционные свойства. Гетинакс представляет собой материал, полученный прессованием нескольких слоев бумаги, пропитанной смолой. Он обладает электроизоляционными свойствами, устойчив к действию химикатов, может применяться при температуре до 120-140°С. Стекловолокнистый анизотропный материал (СВАМ) получают прессованием листов стеклошпона, пропитанных смолой. Стеклошпон изготовляется из стеклянных нитей, которые склеиваются между собой сразу после изготовления. Листы стеклошпона располагаются в материале так, чтобы волокна соседних листов располагались под углом 90°. СВАМ обладает высокой прочностью, хорошими электроизоляционными свойствами, теплостоек до 200-400°.
Волокнистые пластмассы представляют собой композиции из волокнистого наполнителя, пропитанного смолой. Они делятся на волокниты, асбоволокниты и стекловолокниты.
В волокнитах в качестве наполнителя применяется хлопковое волокно. Они используются для относительно крупных деталей общетехнического назначения с повышенной стойкостью к ударным нагрузкам. Асбоволокниты имеют наполнителем асбест — волокнистый минерал, расщепляющийся на тонкое волокно диаметром 0,5 мкм. Обладают теплостойкостью до 200°С, устойчивостью к ударным воздействиям, химической стойкостью, электроизоляционными и фрикционными свойствами. Стекловолокниты имеют в качестве наполнителя короткое стекловолокно или стеклонити. Прочность, электроизоляционные свойства и водостойкость стекловолокнитов выше, чем у волокнитов. Применяются для изготовления деталей, обладающих повышенной прочностью.
Порошковые пластмассы в качестве наполнителя используют органические порошки (древесная мука, порошкообразная целлюлоза) и минеральные порошки (молотый кварц, тальк, цемент, графит). Эти пластмассы обладают невысокой прочностью, низкой ударной вязкостью, электроизоляционными свойствами. Пластмассы с органическими наполнителями применяются для ненагруженных деталей общетехнического назначения — корпусов приборов, рукояток, кнопок. Минеральные наполнители придают порошковым пластмассам химическую стойкость, водостойкость, повышенные электроизоляционные свойства.
Рассмотренные выше пластмассы со слоистыми, волокнистыми и порошковыми наполнителями имеют чаще всего термореактивные связующие, хотя имеются пластмассы с термопластичными связующими.
Пластмассы без наполнителя чаше всего являются термопластичными материалами. Рассмотрим наиболее важные из них.
Полиэтилен (-CH2-CH2-)n— продукт полимеризации бесцветного газа — этилена. Один из самых легких материалов (плотность 0,92 г/см3), имеет высокую эластичность, химически стоек, морозостоек. Недостатки — склонность к старению и невысокая теплостойкость (до 60°С). Используется для изготовления пленки, изоляции проводов, изготовления коррозионно-стойких труб, уплотнительных деталей. Занимает первое место в общем объеме производства пластмасс.
Полипропилен (-СН2-СНС6Н.-)п— продукт полимеризации газа пропилена. По свойствам и применению аналогичен полиэтилену, но более теплостоек (до 150°С) и менее морозостоек (до -10°С).
Поливинилхлорид (-СН2-СНС1-)п используется для производства винипласта и пластиката. Винипласт представляет собой твердый листовой материал, полученный из поливинилхлорида без добавки пластификаторов. Обладает высокой прочностью, химической стойкостью, электроизоляционными свойствами. Пластикат получают при добавлении в поливинилхлорид пластификаторов, повышающих его пластичность и морозостойкость.
Полистирол (-CH2-CHC6H5-)n— твердый, жесткий, прозрачный полимер. Имеет очень хорошие электроизоляционные свойства. Его недостатки — низкая теплостойкость, склонность к старению и растрескиванию. Используется в электротехнической промышленности.
Органическое стекло — прозрачный термопластичный материал на основе полиакриловой смолы. Отличается высокой оптической прозрачностью, в 2 раза легче минеральных стекол, обладает химической стойкостью. Недостатки — низкая твердость и низкая теплостойкость. Используется для остекления в автомобиле- и самолетостроении, для прозрачных деталей в приборостроении.
Фторопласты имеют наибольшую термическую и химическую стойкость из всех термопластичных полимеров. Фторопласт-4 (-CF2-CF2-)nводостоек, не горит, не растворяется в обычных растворителях, обладает электроизоляционными и антифрикционными свойствами. Применяется для изготовления изделий, работающих в агрессивных средах при высокой температуре, электроизоляции и др. Фторопласт-3 (-CF2-CFCl-)nпо свойствам и применению аналогичен фторопласту-4, уступая ему по термо- и химической стойкости и превосходя по прочности и твердости.
Газонаполненные пластмассы представляют собой материалы на основе синтетических смол, содержащие газовые включения. В пенопластах поры, заполненные газом, не соединяются друг с другом и образуют замкнутые объемы. Они отличаются малой плотностью (0,02-0,2 г/см3), высокими тепло-, звуко- и электроизоляционными свойствами, водостойкостью. Недостатки пенопластов — низкая прочность и низкая теплостойкость (до 60°С). Используются для теплоизоляции и звукоизоляции, изготовления непотопляемых плавучих средств, в качестве легкого заполнителя различных конструкций. Мягкие виды пенопластов используются для изготовления мебели, амортизаторов и т.п.
Поропласты — это газонаполненные пластмассы, поры которых сообщаются между собой. Их плотность составляет 0,02-0,5 г/см3. Они представляют собой мягкие эластичные материалы, обладающие водопоглощением.
3) Теплоизоляционные материалы (ГОСТ 16381-77*) классифицируют по следующим признакам:
1. Форме и внешнему виду:
• штучные (плиты, блоки, кирпичи, цилиндры, полуцилиндры,
сегменты);
" • рулонные и шнуровые (маты, шнуры, жгуты);
• рыхлые и сыпучие (вата, перлитовый песок и др.).
2. Структуре:
• волокнистые (минераловатные, стекловолокнистые и др.);
• зернистые (перлитовые, вермикулитовые);
• ячеистые (изделия из ячеистых бетонов, пеностекло, пенопласты, совелитовые и др.).
3. Виду исходного сырья:
• неорганические;
• органические;
• композиционные.
4. Средней плотности:
• на группы и марки; материалы, которые имеют промежуточные значения плотности, не совпадающие с указанными выше, относятся к ближайшей большей марке.
5. Жесткости:
• мягкие (М) — сжимаемость свыше 30 % при удельной нагрузке 0,002 МПа (минеральная и стеклянная вата, вата из каолинового и базальтового волокна, вата из супертонкого стекловолокна, маты и плиты из штапельного стекловолокна);
• полужесткие (П) — сжимаемость от 6 до 30 % при удельной нагрузке 0,002 МПа (плиты минераловатные и из штапельного стекловолокна на синтетическом связующем);
• жесткие (Ж) — сжимаемость до 6 % при удельной нагрузке 0,002 МПа (плиты из минеральной ваты на синтетическом или битумном связующем);
• повышенной жесткости (ПЖ) — сжимаемость до 10 % при удельной нагрузке 0,04 МПа (плиты минераловатные повышенной жесткости на синтетическом связующем);
• твердые (Т) — сжимаемость до 10 % при удельной нагрузке 0,1 МПа.
6. Теплопроводности:
• класс А — низкой теплопроводности — теплопроводность при средней температуре 298 К (25 °С) до 0,06 Вт/(м • К);
• класс Б — средней теплопроводности—теплопроводность при средней температуре 298 К от 0,06 до 0,115 Вт/(м • К);
• класс В — повышенной теплопроводности — теплопроводность отО,115доО,175Вт/(м-К);
7. Горючести (СНиП 21-01-97):
• негорючие (НГ);
• слабогорючие (П);
• умеренногорючие (Г2);
• нормальногорючие (ГЗ); • сильногорючие (Г4).
4)Среди большого разнообразия теплоизоляционных изделий из органического сырья наибольший интерес представляют плиты древесноволокнистые, камышитовые, фибролитовые, торфяные, пробковая теплоизоляция натуральная, а также теплоизоляционные пенопласты. Плиты древесноволокнистые применяют для тепло- и звукоизоляции ограждающих конструкций. Изготовляют их из распушенной древесины или иных растительных волокон - неделовой древесины, отходов, лесоперерабатывающей промышленности, костры, соломы, камыша, хлопчатника. Наибольшее распространение получили древесноволокнистые плиты, получаемые из отходов древесины. Процесс производства изоляционных древесноволокнистых плит состоит из следующих основных операций: дробления и разлома древесного сырья, проклеивания волокнистой массы, формования и термической обработки, Для уменьшения сгораемости древесноволокнистые плиты пропитывают специальными огнезащитными составами-антипиренами, а для придания водостойкости в состав волокнистой массы вводят парафиновые, смоляные, масляные и другие эмульсии.
5) Неорганические теплоизоляционные материалы – это вспученные вермикулит и перлит, пеностекло, минеральная вата, стеклянное волокно, асбестосодержащие изделия, ячеистые бетоны и другие.
6) минеральная вата. Это теплоизоляционный волокнистый материал, который получают из силикатных расплавов. В её производстве используют горные породы (диориты, мергели, известняки и другие), отходы строй материалов (силикатный кирпич и глиняный бой), отходы металлургической промышленности (топливные и доменные шлаки). Производство данного утеплителя состоит из двух технологических процессов: первый процесс – получение силикатного расплава, второй процесс – превращение расплава в очень тонкие волокна. Образовывается силикатный расплав в вагранках плавильных шахтных печей, в которые кладут топливо (кокс) и минеральное сырьё.
Стеклянная вата
Стеклянная вата – это материал, который состоит из стеклянных беспорядочно расположенных волокон, добытых из расплавленного сырья. Производство стекловаты, также изделий из неё состоит из двух технологических процессов. Первый процесс – в ванных печах осуществляется варка стекломассы при температуре 1300 – 1400 градусов. Второй процесс – изготавливается стекловолокно, после формируются изделия. Из расплавленной массы стекловолокно можно получить при помощи двух способов: дутьевым или вытягиванием.
9 задание
1)Композиционные материалы (композиты) – это новый класс легких и высокопрочных материалов с большим сопротивлением развитию трещины.
По удельной прочности и удельной жесткости композиты превосходят все обычные конструкционные материалы. Кроме того, они сохраняют высокую прочность при повышенных температурах, хорошо сопротивляются усталостному разрушению.
Композиты – сложные материалы, в состав которых входят сильно отличающиеся по свойствам, не растворимые друг в друге компоненты, разделенные ярко выраженной границей.
Сам принцип создания композитов заимствован у природы: стволы деревьев состоят из жестких волокон целлюлозы и мягкого лигнина, кости человека и животных строятся из жестких нитей фосфатных солей и мягкого, вязкого белка коллагена.
Свойства композиционных материалов (КМ) зависят от свойств компонентов и прочности связи между ними. Отличительная особенность: композиты проявляют достоинства компонентов, а не их недостатки. Вдобавок появляются свойства, которых не имели отдельно взятые компоненты. Поэтому для создания композитов выбирают компоненты с дополняющими друг друга свойствами.
Строение композитов Композиционный материал состоит из основы, или матрицы (металлической или полимерной) и наполнителя, или армирующего компонента.
Матрица связывает материал в единое целое, придает ему форму. От свойств матрицы зависят технология получения материала, рабочая температура, удельная прочность σв/γ, предел усталости σ-1.
Наполнитель равномерно распределяется в матрице в определенном порядке. Наполнитель воспринимает нагрузку, поэтому должен иметь высокие прочность, твердость, модуль упругости.
Матрица распределяет нагрузку между частицами наполнителя, защищает их поверхность и повышает энергию распространения трещины, предупреждая хрупкое разрушение. Сама матрица не упрочняется, и в этом отличие композитов от металлических сплавов.
2) Волокнистые композиционные материалы
Наполнителями в них служат волокна или нитевидные кристаллы: углеродные, борные, из SiC, Al2O3, стекла, а также проволока из коррозионно-стойкой стали, молибдена, вольфрама, бериллия. Волокна являются элементами, воспринимающими нагрузку. Для матриц используются те же металлы, что и для предыдущей группы.
3) Композиционные материалы на полимерной основе
В композитах на полимерной основе усилие от матрицы передается армирующему волокну за счет сил межмолекулярного взаимодействия адгезионного характера. Необходимо полное смачивание жидким связующим поверхности волокон.
Борные и углеродные волокна лучше смачиваются эпоксидной смолой. Так получаются боропластики и углепластики.
Стекловолокниты имеют максимальную прочность и удельную прочность: σв составляет 700 МПа и даже 2400 МПа (при уменьшении диаметра волокон и добавке монокристаллов Al2O3 в матрицу).
Соединяют композиты точечной сваркой, склеиванием, клееболтовыми и клеезаклепочными соединениями. 4) Наноматериалы
Наноматериалы ‑ материалы, содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых хотя бы в одном измерении не превышают 100 нм, и обладающие качественно новыми свойствами и эксплуатационными характеристиками.
К таким материалам можно отнести наноразмерные частицы (нанопорошки), нанопроволоки и нановолокна, очень тонкие пленки (толщиной менее 100 нм), нанотрубки и т. п. Такие материалы могут содержать от одного структурного элемента или кристаллита (для частиц порошка) до нескольких их слоев (для пленки).
10 задание
1)
11 задание.
1) Асбестоцемент - строительный композиционный материал, представляющий собой затвердевший цементный камень, армированный волокнами асбеста.
Свойства асбестоцементных изделий определяются качеством цемента и асбеста и их количественным соотношением, подготовкой асбестоцемент- ной суспензии, технич. приемами формования, условиями и продолжительностью твердения и влажностью А. и.
2) Кровельные изделия для промышленного строительства отличаются от изделий, применяемых в жилищно-гражданском строительстве, большими размерами и формой.
Стеновые изделия разделяют также на два вида: а) для жилищного и гражданского строительства и б) для промышленного строительства.
В свою очередь, стеновые изделия для жилищного и гражданского строительства подразделяют на следующие три типа: изделия для наружной облицовки стен; изделия для внутренней облицовки стен и перегородок и панели.
Для наружной облицовки стен применяют серые и цветные прессованные плиты и тисненые изделия. Для внутренней облицовки стен и панелей санитарных узлов (ванн, уборных, душевых и т, п.) а также кухонь используют листы, лицевая сторона которых окрашена водонепроницаемыми цветными эмалями и лаками.
В качестве стеновых изделий промышленных зданий используют крупногабаритные волнистые и полуволнистые листы переменной толщины, изготовляемые на листоформовочной машине системы Маньяни. Используют их обычно при строительстве неутепленных зданий и устанавливают по металлическому каркасу.
Асбестоцементные панели применяются у нас пока еще в опытном порядке, но они очень перспективны, так как позволяют создавать очень легкие стеновые ограждения, что очень важно в сейсмостойком строительстве.
Трубы .Вырабатываются трубы напорные и безнапорные.
Трубы напорные применяют в сетях водопровода, теплофикации, нефтепровода, газопровода и для обсадки буровых скважин на воду глубиной до 80 м. Поставляют их комплектно с соединительными муфтами, изготовленными также из асбестоцемента или из металла.
Доски электроизоляционные используют для изготовления искрогасительных перегородок в электроприборостроении и для устройства электрораспределительных щитов.
Изделия специального назначения представляют собой большеразмерные фигурные листы, используемые для станций метрополитенов, сводчатых покрытий, градирен, зерносушилок и других сооружений.
12 задание
1)Битумные и дегтевые вяжущие вещества наряду с полимерами и органическими клеями образуют группу органических вяжущих веществ. На основе этих вяжущих производят большое количество материалов и изделий для строительства: асфальтовые бетоны и растворы, рулонные кровельные и гидроизоляционные материалы, мастики, пасты, эмульсии и некоторые лаки.
Применение битумных вяжущих
Твердые и полутвердые нефтяные битумы применяют для дорожных покрытий, изготовления кровельных и гидроизоляционных материалов, некоторых герметизирующих материалов, а жидкие битумы используют в основном при строительстве дорог (для обработки гравийных и щебеночных смесей, изготовления асфальтовых материалов).
2) Битумные материалы могут быть как природные, встречающиеся в виде отдельных скоплений или чаще пропитывающие горные породы, так и искусственные, получаемые при переработке нефти. Дегтевые - искусственные материалы, получаемые в заводских условиях при сухой перегонке твердых видов топлива.
3) Битумные мастики делятся по способу применения на холодные и горячие. В частной практике чаще используются холодные, потому что работать с ними можно без специальных инструментов и навыков. И когда заходит речь о битумной мастике для фундамента, в 95 % случаев именно мастика холодного применения имеется в виду.
Эму́льсия — дисперсная система, состоящая из микроскопических капель жидкости (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости (дисперсионной среде). В зависимости от способа применения эмульсия должна отвечать определённым требованиям. В различных странах имеются отличия в плане выбора типа эмульсии для каждого конкретного способа её применения. В приводимой ниже таблице сведены воедино те рекомендации, которые практикуются наиболее широко. Анионные эмульсии практически не используются за пределами стран Северной Америки в дорожном строительстве, но могут использоваться при устройстве некоторых промышленных покрытий.