Реферат по Материаловедению на Тему Пластмассы

Реферат по Материаловедению на Тему Пластмассы.rar
Закачек 645
Средняя скорость 2822 Kb/s

Реферат по Материаловедению на Тему Пластмассы

«Пластмассы общего назначения. классификация. Свойства. Области применения. «

Выполнила: студентка факультета ФИХ,

группы Ст-21 Иванова Ольга

3. Состав пластмасс . 4

4. Структура полимеров. 5

5. Классификация пластмасс . 7

6. Свойства пластмасс. 9

6.2.Стойкость в агрессивных средах. 9

6.3.Теплофизические свойства. 10

6.4 Электрические свойства. 10

6.5. Механические свойства.. 12

6.6. Свойства полимеров, определяющие качество. 17

7.6.Органическое стекло.. 21

8.Термореактивные полимеры и пластмассы…………………….22

8.1.фенолформальдегидные смолы. 22

8.2.Полиэфирные полимеры. 22

8.4.Кремнийорганические полимеры. 24

9. Области применения пластических масс……………………….25

10. Заключение.…. 27

11. Список использованной литературы…………………………….28

Одним их самых распространенных искусственных, отсутствующих в природе и потому получаемых в процессе химической обработки, материалов являются полимеры, пластмассы, появление которых относится к 20 веку, веку бурного развития новых технологий. Их распространенность, применение обусловлено рядом их специфических свойств, таких как малая плотность при удовлетворительной технологической прочности, высокая химическая коррозионная стойкость, хорошие электроизоляционные свойства и прочее.

Их широкое применение в машиностроении, промышленности позволяет экономить расход дорогих цветных металлов, снижать массу изделий, повышать их долговечность, снизить трудоемкость продукции. Одним из преимуществ является также возможность не разделения процессов изготовления продукции путем совмещения процессов формообразования заготовки и получения готовых деталей. Процесс обработки является высоко автоматизированным, с незначительным уровнем механической доработки.

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет — УПИ» имени первого президента Б.Н. Ельцина

Кафедра «материаловедение в строительстве»

Тема: Пластмассы, как конструкционный материал

Руководитель: Спиридонова А.М.

Студент: Пономарева А.В.

Целью работы является ознакомление со свойствами пластмассы, их использованием и применением в качестве конструкционного материала.

Пластмассы зачастую называют материалами будущего, а XXI столетие — веком синтетических материалов. Однако широкое внедрение пластмасс в основных и многих отраслях техники возникло уже во второй половине XX в. Наибольшая эффективность применения полимерных композиционных пластиковых материалов в промышленности и строительстве.

В сегодняшнее время грандиозная стройка зданий почти целиком из пластмасс или с максимальным их использованием не всего-навсего объяло многие облики родовитых конструктивных систем, однако зачастую и породило новые, необычные для традиционного сооружения архитектурные формы.

Невиданное развитие индустриализации, неодолимое стремление к снижению массы, к совмещению конструктивных и эстетических качеств, функциональная здоровая значительная гибкость, всестороннее сближение сроков морального и физиологического старения — эти и многие прочие особенности архитектуры XX в. потребовали создание такого материала как пластмасса.

Конструкционные материалы , материалы, из которых изготовляются детали конструкций (машин и сооружений), воспринимающих силовую нагрузку. Определяющими параметрами конструкционных материалов являются механические свойства, что отличает их от других технических материалов (оптических, изоляционных, смазочных, лакокрасочных, декоративных, абразивных и др.). К основным критериям качества конструкционных материалов относятся параметры сопротивления внешним нагрузкам: прочность, вязкость, надежность, ресурс и др. Длительный период в своём развитии человеческое общество использовало для своих нужд ограниченный круг материалов: дерево, камень, волокна растительного и животного происхождения, обожжённую глину, стекло, бронзу, железо. Промышленный переворот 18 в. и дальнейшее развитие техники, усложнили и дифференцировали требования к материалам их деталей, которые стали работать при сложных знакопеременных нагрузках, повышенных температурах и др.

Конструкционные материалы подразделяются: по природе материалов — на металлические, неметаллические и композиционные материалы, сочетающие положительные свойства тех и других материалов; по технологическому исполнению — на деформированные (прокат, поковки, штамповки, прессованные профили и др.), литые, спекаемые, формуемые, склеиваемые, свариваемые (плавлением, взрывом, диффузионным сращиванием и т.п.); по условиям работы — на работающие при низких температурах, жаропрочные, коррозионно-, окалино-, износо-, топливо-, маслостойкие и т.д.; по критериям прочности — на материалы малой и средней прочности с большим запасом пластичности, высокопрочные с умеренным запасом пластичности.

К металлическим конструкционным материалам относится большинство выпускаемых промышленностью марок стали. Исключение составляют стали, не используемые в силовых элементах конструкций: инструментальные стали, для нагревательных элементов, для присадочной проволоки (при сварке) и некоторые другие с особыми физическими и технологическими свойствами. Стали составляют основной объём К. м., используемых техникой.

Неметаллические конструкционные материалы включают пластики, термопластичные полимерные материалы, керамику, огнеупоры, стекла, резины, древесину. Пластики на основе термореактивных, эпоксидных, фенольных, кремнийорганических термопластичных смол и фторопластов, армированные (упрочнённые) стеклянными, кварцевыми, асбестовыми и др. волокнами, тканями и лентами, применяются в конструкциях самолётов, ракет, в энергетическом, транспортном машиностроении и др. Термопластичные полимерные материалы — полистирол, полиметилметакрилат, полиамиды, фторопласты, а также реактопласты используют в деталях электро- и радиооборудования, узлах трения, работающих в различных средах, в том числе химически активных: топливах, маслах и т.п.

Стекла (силикатные, кварцевые, органические), триплексы на их основе служат для остекления судов, самолётов, ракет; из керамических материалов изготовляют детали, работающие при высоких температурах. Резины на основе различных каучуков, упрочнённые кордными тканями, применяются для производства покрышек или монолитных колёс самолётов и автомобилей, а также различных подвижных и неподвижных уплотнений.

Развитие техники предъявляет новые, более высокие требования к существующим конструкционным материалам, стимулирует создание новых материалов. С целью уменьшения массы конструкций летательных аппаратов используются, например, многослойные конструкции, сочетающие в себе лёгкость, жёсткость и прочность. Внешнее армирование металлических замкнутых объёмов (шары, баллоны, цилиндры) стеклопластиком позволяет значительно снизить их массу в сравнении с металлическими конструкциями. Для многих областей техники необходимы конструкционные материалы, сочетающие конструкционную прочность с высокими электрическими, теплозащитными, оптическими и другими свойствами.

Первый этап (до 1950 года) характеризуется сравнительно узким перечнем производимых пластмасс и их слабым влиянием на сферы применения традиционных материалов.

Второй этап (до 1965 года) — интенсивно развиваются крупнотоннажные производства пластмасс для упаковки, изготовления тары, изоляции, товаров широкого потребления (полиэтилен, полистирольные пластмассы, поливинилхлорид и др.). Эти материалы начинают постепенно вытеснять традиционные материалы — бумагу, дерево, резину, керамику.

Третий этап (1965-1975 годы) — появляются конструкционные пластмассы инженерно-технического назначения: полиамиды, поликарбонаты, полиформальдегид и его сополимеры, полибутилентерефталат, полисульфон и др.

Четвертый этап (с 1975 года по настоящее время) характеризуется расширением марочного ассортимента пластмасс за счет химического модифицирования, создания механических смесей и сплавов полимеров, разработки высоконаполненных композиционных материалов, с улучшенными эксплуатационными и технологическими возможностями.

Пластмассы — материалы на основе высокомолекулярных веществ (полимеров). Помимо полимеров пластмассы, как правило, содержат и другие компоненты: пластификатора, наполнители и т. п. Наличие полимеров в составе пластмасс обусловливает ряд специфических свойств этих материалов.

Пластмассы подразделяются на термопластичные, изготовляемые на основе линейных полимеров, и термореактивные — на основе полимеров с пространственной структурой. Первые при нагревании приобретают пластичность, а при охлаждении вновь возвращаются в исходное состояние; вторые, будучи отверждены, при нагревании не переходят в пластическое состояние.

К пластмассам, применяемым в строительных конструкциях, относятся стеклопластики, оргстекло, винипласты, пенопласты, сотопласты, древесные пластики, синтетические клеи и др.

К строительным конструкциям с применением пластмасс относятся: трехслойные конструкции (плоские панели, складки, оболочки, своды и т. п.) с обшивками из высокопрочных листовых материалов (металла, асбестоцемента, фанеры, стеклопластика) и средним слоем из пенопласта или сотопласта; трехслойные конструкции с ребристым средним слоем; однослойные и многослойные светопрозрачные элементы ограждений (панели, купола, волнистые листы) из полиэфирного стеклопластика, оргстекла и винипласта, пневматические (надувные) и тентовые конструкции из воздухонепроницаемых тканей и пленок.

Применение пластмасс в конструкциях наиболее целесообразно в случаях, когда необходимо уменьшить вес конструкций: при строительстве в районах вечномерзлых грунтов, просадочных грунтов, на подрабатываемых территориях, когда надо сократить объем транспортных и строительно-монтажных работ, особенно при строительстве в отдаленных и труднодоступных районах, когда требуется облегчить монтаж и демонтаж сборно-разборных конструкций и уменьшить мощность подъемно-транспортного оборудования. Целесообразно, применение конструкций с использованием пластмасс для повышения надежности сооружений при их эксплуатации в агрессивных средах, районах высокой сейсмичности, а также для исключения влияния магнитных свойств строительных конструкций и возможности искрообразования.

Многие пластмассы легко обрабатываются, их можно пилить, строгать, сверлить.

Универсальность, легкая обрабатываемость, антикоррозионность, красивый внешний вид обусловили возможность и целесообразность широкого использования пластмасс в строительстве. Кроме того, некоторые виды пластмасс обладают высокой механической прочностью, теплозвукоизоляционными, диэлектрическими свойствами. К недостаткам пластмасс следует отнести ползучесть.

Полимерные материалы различаются по молекулярной структуре и физическому состоянию. Свойства термопластичных полимеров связаны с их молекулярным строением, непосредственно определяющим структуру и физическое состояние полимеров. Молекулярная структура термопластов, состоящих из линейных или разветвленных макромолекул, описывается химической природой и строением звеньев, образующих основную цепь макромолекулы, регулярностью чередования звеньев и разветвленностью цепи, средней молекулярной массой и наличием в полимере макромолекул с различной молекулярной массой и их распределением по объему (полидисперсность). Молекулярная структура формируется на стадии синтеза полимера и определяется природой исходных мономеров, методом и условиями синтеза и механизмом протекающих при этом реакций. Мерой длины цепной молекулы служит молекулярная масса.

Термопласты различаются по химической структуре звеньев макромолекул и могут быть:

· карбоцепными (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, политетрафторэтилен (фторопласт-4), полистирол и его сополимеры, полиакрилаты);

· гетероцепными ((простые полиэфиры (полифениленоксид, полисульфон), полиацетали (полиформальдегид), сложные полиэфиры (поликарбонаты), полиамиды)).

Карбоцепные полимеры, получаемые полимеризацией мономеров по радикально-цепному механизму, характеризуются разветвленной нерегулярной структурой макромолекул с высокой полидисперсностью, а синтезированные по ионно-цепному механизму на твердых катализаторах — неразветвленной стереорегулярной структурой с малой полидисперсностью.

Гетероцепные полимеры, получаемые поликонденсацией бифункциональных мономеров или ионной полимеризацией циклических мономеров, обладают неразветвленной линейной структурой макромолекул. Средняя молекулярная масса промышленных марок термопластов подбирается эмпирически для обеспечения оптимального сочетания технологических и эксплуатационных свойств

Термические и механические свойства полимера в значительной степени зависят от расположения мономерных звеньев в полимерных цепях. Если цепи имеют регулярное строение и расположены параллельно друг другу (например, при ориентационном вытягивании с отжигом при производстве синтетических волокон), полимеры могут сильно кристаллизоваться. Чем выше степень кристалличности, тем тверже продукт, выше его температура размягчения и больше устойчивость к набуханию и растворению. Низкая степень кристалличности характерна для более мягких продуктов, с более низкими температурами тепловой деформации и повышенной растворимостью.

В зависимости от температуры, полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном (твердое тело), высокоэластическом (каучукоподобное тело) и вязкотекучем (вязкая жидкость).

Часто при разработке технологического процесса производства нового вида изделия приходится ориентироваться на образец, происхождение которого не всегда известно. На этой стадии между потребителем и производителем происходит диалог, во время которого выясняются все необходимые детали, касающиеся требований к будущему изделию. Это, прежде всего, тип материала и условия эксплуатации изделия. Не всегда по внешнему виду изделия и характерным признакам можно определить тип материала. Поэтому полезно иметь представление о методах идентификации полимерных материалов.

Природу полимерного материала обычно определяют химическими методами в специальных лабораториях, оснащенных соответствующими приборами, реактивами и методиками проведения анализа. Химический анализ позволяет установить природу вещества, его состав, определить степень чистоты и т. д. Он отличается простотой, дает точные результаты и может проводиться на приборах, имеющихся в большинстве аналитических лабораторий.

При проведении химического анализа вещества в настоящее время широко используются также физико-химические методы, такие как хроматография, инфракрасная и ультрафиолетовая спектроскопия, масс-спектроскопия и др. Большинство этих методов — высокочувствительны, не требуют существенных затрат времени на проведение анализа, позволяют разделять сложные смеси.

Для определения природы полимерного материала по образцу готового изделия проводят качественный и количественный анализ материала и идентификацию с известными типами полимеров по следующей схеме:

· Внешний осмотр образца. Отмечают внешний вид, физическое состояние, цвет, твердость и эластичность, прозрачность, запах образца.

· Определение растворимости образца. По интенсивности растворения материала в определенных растворителях судят о принадлежности его к тому или иному классу полимеров. В процессе испытания в течение нескольких часов отмечают степень растворения навески — полная, частичная, набухание, отсутствие изменений. Растворимость отдельных компонентов материала может быть в дальнейшем использована для разделения смеси на составляющие компоненты.

· Поведение образца в пламени. При поджигании полимерного материала отмечают характерные особенности его горения: воспламеняемость, обугливание, плавление, запах, цвет пламени, наличие копоти, самогашение, наличие золы и ее цвет при длительном прокаливании.

Таблица. Характеристики горения некоторых термопластов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ КУРСОВАЯ РАБОТА

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПЛАСТМАСС М., 2006

Введение 3 1. Пластмассы, их классификация и физические свойства 4 2. Технология изготовления пластмасс 5 3. ТЕНДЕНЦИИ НА РЫНКЕ ПОЛИМЕРОВ 7 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 9 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ: 11

Одним их самых распространенных искусственных, отсутствующих в природе и потому получаемых в процессе химической обработки, материалов являются полимеры, пластмассы, появление которых относится к 20 веку, веку бурного развития новых технологий. Их распространенность, применение обусловлено рядом их специфических свойств, таких как малая плотность при удовлетворительной технологической прочности, высокая химическая коррозионная стойкость, хорошие электроизоляционные свойства и прочее.

Их широкое применение в машиностроении, промышленности позволяет экономить расход дорогих цветных металлов, снижать массу изделий, повышать их долговечность, снизить трудоемкость продукции. Одним из преимуществ является также возможность не разделения процессов изготовления продукции путем совмещения процессов формообразования заготовки и получения готовых деталей. Процесс обработки является высоко автоматизированным, с незначительным уровнем механической доработки.

1. Пластмассы, их классификация и физические свойства

Пластмассы представляют собой материалы, сложную композицию высокомолекулярных соединений, которые могут находится в аморфном и кристаллической состоянии. Иным словами, на языке науки, эти материалы представляют собой группу органических материалов, основу которых составляют синтетические или природные смолообразные высокомолекулярные вещества (полимеры), способные при нагревании и давлении формоваться, устойчиво сохраняя приданную им форму.Средняя плотность пластмасс от 15 до 2200 кг/м3. Они обладают значительной прочностью (предел прочности при сжатии 120. 160 МПа, при изгибе 40. 60 МПа), хорошими теплоизоляционнымии электроизоляционными качествами, коррозийной стойкостью и долговечностью. Отдельные пластмассы характеризуются прозрачностью и высокой клеящей способностью, а также способностью образовывать тонкие пленки и защитные покрытия. Пластмассы имеют исключительно важное значение как строительные материалы, частоприменяемые в комбинации с вяжущими веществами, металлами каменными материалами1.

В зависимости от степени влияния теплоты эти вещества могут быть классифицированы на следующие группы: термопласты – полиэтиленовые, капроновые, полистирольные, фторопластмассы — и реактопласты — различные текстолиты, пресс материалы, стеклопластики. При нагревании исходных компонентов переходит в вязко-текучее состояние, но с завершением хим. реакции становится твердым и больше не могут размягчатся ( в отличие от термопластов).

По своим физическим свойствам эти материалы могут быть также подразделены на: жесткие – имеющие незначительное удлинение, называются пластиками, мягкие — обладающие большим относительным удлинением, низкой упругостью наз. эластики. Кроме того, в зависимости от числа компонентов теория и практика химической промышленности выделяет: простые, композиционные (3-4 и 10 компонентов)

2. Технология изготовления пластмасс

Пластмассы изготовляют из связующего вещества-полимера2, наполнителя, пластификатора и ускорителя отверждения. При изготовлении цветных пластмасс в их состав вводят минеральные красители. При изготовлении пластмасс в качестве связующих веществ используют синтетические смолы, синтетические каучуки и производные целлюлозы, относящиеся к высокомолекулярным соединениям полимерам.

Способы переработки пластмасс подразделяют на группы: в вязком текущем состоянии: прессованием, давлением, выдавливанием. в высокоэластичном состоянии: штамповка, пневмо — и вакуум-формовка.Получение деталей из жидких полимеров: литье.

Переработка в твердом состоянии состоит из следующих этапов: резка, механическая обработка. Получение неразъемных соединений: сварка, пайка, склеивание. К прочим способам можно отнести: напыление, спекание и др.Прессование – производство выполняется в металлических пресс-формах с одной или несколькими формовыми полостями — матрицами. В них пластмасса подается в исходном состоянии в виде порошков, таблеток. Под воздействием тепла и давления пресс-материал заполняет формирующие полости, приобретая требуемую форму и размер, здесь же протекает процесс полимеризации.

Пресс-форма Арматура. Недостатком является достаточно быстрый износ пресс-форм, т. к. прессование начинается при недостаточно пластичном материале. Литьевое прессование начальные этапы проводятся в отдельном устройстве – предварительная камера. повышается стойкость пресс-формы, точность и качество деталей, т. к. заполнение идет только в жидком состоянии. Но усложняется конструкция.Литьевое под давлением (наиболее эффективный метод). Применяется для термопластичных материалов. Повышенная производительность до нескольких сот деталей в минуту. Возможна полная автоматизация циклов, на машинах получают детали очень сложной формы. Процесс литья заключается в том, что расплавленный материал подается в рабочую полость стальной пресс-формы под давлением 300-500 МПа. Весь процесс осуществляется на одной машине, которая работает в автоматическом или полуавтоматическом режиме. Это наиболее известная форма литья. металл подогревОдна часть формы подвижная. Металл подается в специальный мундштук из цилиндра. Чтобы металл не остывал камера сжатия подогревается постоянно.Экструзия — пластмассу заставляют течь через фасонное отверстие – фильеру. Формование — тонкий лист пластмассы укладывается на металлические пресс-формы. Воздух откачивается. Формирование происходит под действием атмосферного давления; применяют для получения крупногабаритных и корпусных деталей.

Наполнителями при изготовлении пластмасс служат различные минеральные (кварцевая мука, мел, барит, тальк) и органические (древесная мука) порошки, асбестовые, древесные и стеклянные волокна, бумага, хлопчатобумажная и стеклянная ткани, асбестовый картон, древесный шпон и др. Наполнители снижают стоимость изделий, а также улучшают отдельные их свойства, например повышают прочность, твердость, теплостойкость, кислотостойкость, снижают хрупкость, увеличивают долговечность. Пластификаторы (цинковая кислота, стеарат алюминия и др.) придают пластмассе большую пластичность. Они должны быть химически инертными, малолетучими и нетоксичными. Катализаторы применяют для ускорения отверждения пластмасс. Например, для ускорения отверждения фенолоформальдегидного полимера ускорителем служит известь или уротропин.


Статьи по теме