Презентации по материаловедению "Неметаллические материалы" (СПО)

Пластическими массами  называют материалы, полученные на основе синтетических или природных высокомолекулярных соединений (смол).
При обычных условиях они представляют собой твердые тела, легко перерабатываемые в детали (изделия) литьем, прессованием и т. д.

Термин "пластик" происходит от древнегреческого слова "пластикос« (податливый).

Первая пластмасса была получена английским металлургом и изобретателем Александром Парксом в 1855 году. Паркс назвал её паркезин (позже получило распространение другое название — целлулоид). Паркезин был впервые представлен на Большой Международной выставке в Лондоне в 1862 году.

Развитие пластмасс началось с использования природных пластических материалов (жевательной резинки, шеллака), затем продолжилось с использованием химически модифицированных природных материалов (резина, нитроцеллюлоза, коллаген, 
галалит) и, наконец, пришло к полностью синтетическим молекулам (бакелит, эпоксидная смола, поливинилхлорид, полиэтилен и другие).

В 1866 году Паркс создал фирму Parkesine Company для массового производства материала. Однако, в 1868 году компания разорилась из-за плохого качества продукции, так как Паркс пытался сократить расходы на производство. Преемником паркезина стал ксилонит (другое название того же материала), производимый компанией Даниэля Спилла, бывшего сотрудника Паркса, и целлулоид, производимый Джоном Весли Хайатом.

Пластмассы 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
легко формуются, прессуются, обрабатываются резанием, их можно склеивать и сваривать.
Недостатками пластмасс являются
низкая теплостойкость,
низкая ударная вязкость,
склонность к старению для ряда пластмасс.

Простые пластмассы в основном состоят из чистых смол. К ним относятся:
полиэтилены,
полистирол,
органическое стекло,
полиамиды и др.

связующие вещества,
наполнители, пластификаторы,
смазывающие вещества,
катализаторы,
красители и другие специальные добавки.

Связующее вещество (смола) (до 60%).

Применяют различные природные (янтарь, шеллак, канифоль) и синтетические смолы (фенолоформальдегидные, мочевиноформальдегидные, меламиноформальдегидные, эпоксидные и др.).
Они связывают все компоненты между собой и определяют главные свойства пластмасс.

Пластмассы, полученные на основе искусственных смол, относятся к полимерным соединениям. Естественные смолы и продукты переработки естественных материалов (асфальт, канифоль и др.) применяются значительно реже.

Придают пластмассам определенные физико-механические свойства и во многих случаях удешевляют стоимость пластмассовых деталей.
B качестве наполнителей используются органические вещества: древесная мука, древесный шпон, бумага, ткани, хлопковые очесы, стружка, опилки и пр., а также минеральные вещества: кварцевая мука, тальк, каолин, асбест, стекловолокно, стеклоткань и пр.
Содержание наполнителей в пластмассах достигает 50—70%.

Обеспечивают пластмассам пластичность, увеличивают текучесть.
В качестве их используются дибутилфталат, трикрезилфосфат, камфора и т. п.

Предотвращают прилипание изготовленного изделия к форме.
К ним относятся стеарин, воск, трансформаторное масло и т. п.
В пластмассе содержится 1—2% смазывающих веществ

Повышают термостабильность и связывают побочные продукты.   
Стабилизаторами служат неорганические (вода, фосфаты) и органические (аминокислоты) вещества.

Красители (нигрозин, мумия и др.) придают пластмассам требуемую окраску.

Катализаторы (известь, окись магния) сокращают время отвердевания.

Специальные добавки— это ускорители отвердения:
Стабилизаторы, способствующие сохранению пластической массой первоначальных свойств;
Отвердители —вещества, отверждающие жидкие смолы.

При производстве газонаполненных пластмасс в качестве специальных добавок применяют газообразователи — вещества, способные разлагаться при определенных давлениях и температуре с выделением большого количества газа, обеспечивающего создание в материале пор или изолированных газонаполненных ячеек.

основано на реакциях полимеризации, поликонденсации или полиприсоединения низкомолекулярных исходных веществ, выделяемых из угля, нефти или природного газа. При этом образуются высокомолекулярные связи с большим числом исходных молекул (приставка «поли-» от греческого «много», например этилен-полиэтилен).

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.

порошковые,
волокнистые,
слоистые,
газонаполненные
пластмассы без наполнителя.

Литьевые перерабатываются в изделия методами литьевого прессования и являются термопластичными.
Прессовочные перерабатываются в изделия методами горячего прессования и являются термореактивными.

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 матерная (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 °С.

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 волокиитов. 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 вязкостыо, 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.

Полиэтилен — 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 — продукт полимеризации газа пропилена. По свойствам и применению аналогичен полиэтилену, но более теплостоек (до 150 °С) и менее морозостоек (до 10 °С).
Поливинилхлорид 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 — 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 - водостоек, 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 по свойствам и применению аналогичен фторопласту-4, уступая ему по термохимической 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.