Неметаллические материалы

Неметаллические материалы

• Неметаллические материалы Общая характеристика и классификация пластмасс. Пластик или просто пластик-это материал на основе полимеров. Состав композиции разнообразен. Простой пластик-это полимер без добавок, а сложный пластик-это смесь полимеров и различных добавок(наполнителей, стабилизаторов, пластификаторов и др.). Наполнители добавляют в количестве 40-70%(масса) для повышения механических свойств, снижения затрат и изменения других параметров.

Наполнители представляют собой органические и неорганические вещества в виде порошка (древесный порошок, сажа, слюда, SiO2, тальк, TiO2, графит), волокна (хлопок, стекло, асбест, полимер), листа (бумага, различные волокна ткани, шпон древесины). 。 Стабилизаторы — это различные органические вещества, которые вводятся в количестве нескольких процентов для сохранения структуры молекул и стабилизации их свойств. Происходит под воздействием окружающей среды!

Как разрушение части макромолекулы, так и соединение макромолекулы боковыми связями. Людмила Фирмаль

Изменение исходной структуры макромолекулы составляет суть пластического старения, необратимо снижающего прочность и долговечность изделия. Добавки стабилизатора замедляют старение. Пластификаторы добавляют в количестве 10-20% для уменьшения хрупкости и улучшения формуемости. Пластификаторы — это вещества, которые уменьшают межмолекулярные взаимодействия и хорошо сочетаются с полимерами. Часто пластификаторами являются сложные эфиры, иногда полимеры с гибкими молекулами.

Специальные присадки-смазочные материалы, красители, добавки, снижающие электростатические заряды и воспламеняемость, а также защищающие от плесени и плесени, а также ускорители и регуляторы твердения-помогают изменить или усилить любые свойства. В гормон-активированную пластмассу добавляют несколько процентов отвердителя для curing. In в этом случае происходит сшивание между макромолекулами, и молекулы отвердителя интегрируются в общую молекулярную сеть. В качестве отвердителя используют органические пероксиды и другие вещества, серу (в резине). Основой классификации пластмасс является химический состав полимеров.

• Зависит от полимерного пластика Фенолформальдегид (фенопласт), эпоксидная смола, полиамид, полиуретан, стирол и др. Использование пластика в качестве конструкционного материала экономически целесообразно. По сравнению с металлом, обработка пластика не занимает много времени, количество операций в несколько раз меньше, да и времени мало waste. As как правило, пластиковые детали не требуют отделочных работ. Характерной особенностью пластика является низкая плотность (1’2 т / м3) и форма 0,015-0,8 т / м3.Высокая химическая устойчивость, хорошая электрическая изоляция, низкая термальная проводимость[0.2-0.3 W /(M°C)] и замечательное тепловое расширение, 10-30 времен нормальной стали.

Несмотря на низкую термостойкость, Жесткость и вязкость по сравнению с металлами, сочетание преимуществ пластика и удобства обработки позволило применить его в машиностроении. Механические свойства термопластика. Термопласты (термопласты), в отличие от термореактивных материалов, применяются в широком диапазоне применений и выпускаются в больших количествах. Большинство термопластичных полимеров перерабатываются в пленки, волокна и ткани, которые трудно или невозможно изготовить из термореактивных полимеров. Под нагрузкой полимер действует как вязкоупругое вещество, деформация которого является суммой терминов упругая деформация

, высокоупругая деформация и деформация вязкого течения. Людмила Фирмаль

Связь между составляющими частями деформации неустойчива и зависит как от структуры полимера, так и от условий деформации и температуры. Поведение пластика под нагрузкой очень сложное. Стандартные испытания на растяжение и удар дают приблизительную оценку механических свойств. Эта оценка действительна только для конкретных условий испытаний (удельный коэффициент нагрузки, температура, Условия образца).в других условиях испытания результаты отличаются.

Изменения внешних условий и скоростей деформации вообще не влияют на механические свойства металлических сплавов, резко изменяя механические свойства термопластичных полимеров и пластиков. Скорость деформации механических свойств термопластов, время действия нагрузки, температура, чувствительность к структуре являются характерными их особенностями. Рис. 12.14.Диаграмма растяжения пластика. Заштрихованная область-допустимая нагрузка и удлинение： вязкий аморфный и кристаллический слой k * rmo. B-хрупкий термопластик: термопластик с молекулярной ориентацией вдоль направления удлинения и термореактивной смолой

Стекловидные термопласты имеют тенденцию растягиваться при растяжении. Остаточная деформация при разрыве составляет десятки и сотни процентов. Эта деформация называется вынужденной высокой упругостью. Она здесь. Он появляется в результате растяжения полимера, скрученного под действием нагрузки. При растяжении материал начинает течь, и в образце появляется горловина. Пластический поток образца в сечении Пт (рис.12.14) равен ns, за исключением мягкого распространения шейки по всему образцу. Высокая упругая сила при разрыве

образца Деформация ns сводится к нулю. Это связано с тем, что в стеклообразном состоянии растянутый полимер скручивается и не может удерживать получившийся колпак. Чем больше молекулярная масса полимера, тем больше общая деформация перед разрывом. Аналогичная картина наблюдается и при растяжении кристаллических polymers. By пластичный поток, кристаллический! в случае о-полимеров исходная кристаллическая структура заменяется новой one. In новая структура, форма кристалла отличается, в основном той же ориентации.

Этот процесс называется перекристаллизацией. Рекристаллизация состоит из 3 последовательных стадий. Разрушение кристалла под действием напряжения. Растяните молекулы в направлении натяжения, в области, где кристаллы разрушаются. Появление новых кристаллов между параллельными макромолекулами. Новый кристалл фиксирует полученную очень упругую деформацию, поэтому капот останется после разгрузки. термопластик с ориентационной молекулярной структурой, когда растяжимое вдоль направления ориентации НС показывает пластмассу flow. In в этом случае диаграмма растяжения имеет вид, показанный на рисунке. 12.14, а относительное удлинение не превышает нескольких десятков процентов. Из. 12.15.

Температурная зависимость пластической прочности： / — Полиэтилен: 2-поливинилхлорид; Z-фгоро-пласт-4; 4-полиимид; 5-полиамид Механические свойства термопластов описаны ниже. 1.Зависимость от температуры. При нагревании прочность уменьшается (рис. 12.15), а пластик становится более вязким и легче ползет. Вблизи температуры стеклования(или температуры кристаллизации кристаллического термопласта), несущая способность теряется. Полиэтилен, полистирол и поливинилхлорид нельзя использовать в качестве конструкционного материала даже при температурах ниже 100°С, так как их прочность значительно снижается. Охлаждение ниже 25°C повышает прочность, но в то же время повышает уязвимость и чувствительность к зазубринам(рис.12.16). 2.

It зависит от продолжительности нагрузки. При длительном действии нагрузки прочность уменьшается(рис. 12.17), появляется остаточная деформация. Эта деформация является вынужденной деформацией высокой упругости. Под статической нагрузкой в те годы, временное сопротивление уменьшается вдвое. 3.Зависимость от скорости деформации. Деформация с высоким модулем упругости не успевает развиться, поэтому по мере увеличения скорости деформации жесткость пластмассы возрастает. Рис. 12.16.Зависимость температуры от силы удара и тяжести разреза:/ — поливинилхлорид. г «= 2 мм; 2-то же, г-0,25 мм; 5-органическое стекло без насечки; 4-то же, г » 0,25 мм РНС. 12.17.Зависимость пластической прочности от времени нагружения： / — Полистирол; 2-сополимеры стирола АВС; 3-поливинилхлорид; 4-Опи аничискос стекло; 30% стекловолокно; 5-полиэтилентерефталат: 6-эпоксидное стекловолокно (для сравнения)） И тенденция к хрупкому разрушению возрастает. 4.

Зависимость от структуры. Пластик с ориентированной молекулярной структурой анизотропен. Если вы извлекаете термопласт 2-4 раза, прочность будет уменьшена вдвое. Прочность увеличена вдоль ориентированных, вытянутых молекул, и поперечная прочность уменьшена.1. ориентация молекул является одной из причин растрескивания продукта, особенно под воздействием определенных растворителей и других активных сред. В кристаллических полимерах механические свойства зависят от степени кристаллизации. Чем она больше, тем выше прочность и жесткость низа. Некоторые полимеры проявляют хрупкость, когда их кристалличность превышает 85%.

Модуль упругости термопластичных полимеров и пластиков в 10-100 раз больше, чем у металлов и керамики. Модуль упругости наиболее жесткого полистирола и органического стекла при 25°С составляет 3,5 * 103 и 3,3•103 МПа соответственно, а модуль упругости наименее жесткого полиэтилена-1,8-103 МПа даже при −50°С. Прочность термопластов колеблется от 10 до 100 МПа. Этого достаточно для многих целей, несмотря на то, что допустимое напряжение не превышает 10 МПа. Термопласты устойчивы к усталости, а прочность пластика выше, чем у многих сталей и сплавов. Предел выносливости-временное сопротивление 0,2-0,3.

Однако, если нагрузка изменяется на частотах выше 20 Гц, пластик быстро разрушается из-за поглощения энергии, нагрева и снижения прочности. Общим недостатком пластика является его низкая термостойкость, нестабильность из-за старения и ползучесть под нагрузкой. Чем выше значение и gcr, тем лучше теплостойкость. Механические свойства термопластов улучшаются на 20-30% при использовании в качестве наполнителей. Стекло fiber. At в то же время, можно также обрабатывать термопласты с помощью литья под давлением и экструзии. Заполняющий пластик характеризуется высокой размерной стабильностью под нагрузкой и высокой прочностью, но он менее устойчив к ударам.

Механические свойства термопластика изменяются под влиянием environment. It происходит старение атмосферы под воздействием влаги, света и кислорода. Атмосферные условия старения характерны для многих текстильных изделий, пленочных изделий и сыпучих продуктов. Органическое стекло обладает хорошей устойчивостью к старению, и большинство термопластов также имеют пониженную прочность, но они очень стабильны. Полиэтилен наименее стойкий, он очень сильно портится через 2-3 года, особенно на солнце под воздействием ультрафиолета radiation.

To замедляют старение полиэтилена, используются специальные антиоксиданты. Они используются для сохранения естественного цвета и прозрачности материала. Добавка сажи (2-3%) также Он замедляет скорость старения примерно в 30 раз и преобразует жесткие УФ-лучи в неопасное тепло. Обычно термопластичные смолы не взаимодействуют с водой и не изменяют свои механические свойства под воздействием влаги. Исключение составляет полиамид, который способен поглощать 3-10% Н2О.

для них корова является своеобразным пластификатором, снижающим прочность и повышающим устойчивость к воздействию Урала (табл. 12.6).Водяной пар (выше 100°с) разрушает полиамид, поэтому изделие изготовлено из сухого материала и впитывает влагу из атмосферы в течение нескольких дней, пока не насытится. Насыщенность очень стабильна и не сильно меняется при колебаниях влажности воздуха. В большинстве случаев термопласты не реагируют на горюче-смазочные материалы, и при соприкосновении с ними они снижают свою прочность НС. При выборе термопластов учитывается их воспламеняемость account. As как правило, термопласты самозатухают, когда их вынимают из пламени. Во время горения выделяются различные токсичные вещества, такие как HC1, но 1 из наиболее горючих полимеров-полистирол, особенно пористые пластмассы на его основе.

При необходимости воспламеняемость пластика снижается специальными добавками. Механические свойства термореактивного пластика. Термореактивные пластики (термореактивные материалы) получают на основе эпоксидных, полиэфирных, полиуретановых, фенолформальдегидных и органических кремниевых полимеров. Пластик используется в затвердевшем виде. Они имеют сетчатую структуру, поэтому не плавятся при нагревании, выдерживают старение и не взаимодействуют с горюче-смазочными материалами. Цмормсактивные пластики нерастворимы и могут набухать только с отдельными растворителями.

Он водостойкий и поглощает 0,1 НС 0,5% Н2О или больше. МА 1 Эрма л с, МПа 6,% » а *.КДж / м-максимальная рабочая температура (без нагрузки), СС Полиэтилен: низкая плотность (<0,94 т / м’) 10-18 300-1000 НС перерыв 60-75 Высокая плотность (>0,94 т / м -’) 18-32 100-600 5-20 70-80 Полипропилен 26-38 700-800 3-15 100 Полистирол 40-60 3-4 2 50-70 АБС (Акстобутираты! Ирол)30-55 15-30 8-40 75-85 Поливинилхлорид: жесткий 50-65 20-50 2-4 65-85 Пластиката 50-350 10-40 Дж 1С перерыв 50-55 Oroprasast-4 фут 20-40 250-500 16250 Хлоропласты-3 37160-190 8-10 150 Органическое стекло 80 5-6 2 65-90 Поликарбонат i: 60 без наполнителя-65 80-120 20-30 135 30% волокна 90 3.5 8 145 Капрон: сухой 75-85 50-130 3-10 10-100 Насыщенный водой 35-50 160-250 45- Сухой+ 30%волокна 180 3 12100-130 Вода насыщенная 4-30% волокна 100-125 4 18- Эпоксидная смола 60 4 > 1.8- 4 65% стеклоткань (для сравнения) 500 −2.5 130 * По ГОСТ 4647-ко.

Когда он затвердеет, все полимеры shrink. It будет минимальным (0,5-2%) для эпоксидных полимеров, и особенно высоким (около 10%) для polyester. To уменьшают усадку и повышают прочность, используют наполнитель, корректируют условия затвердевания. Отверждение эпоксидных и полиэфирных НС связано с выделением побочных продуктов, поэтому производство изделия не требует высокого давления. Эти пластмассы подходят для больших изделий.

Если в процессе отверждения выделяется низкомолекулярное вещество (например, фенопласт), то продукт получают под давлением, чтобы избежать образования вредных пористостей и других дефектов. Фенол-при переработке формальдегида и некоторых других пластмасс、 Допустимое давление больше в пределах 10-100 МПа, поэтому размеры изделия ограничены технической целесообразностью использования пресс-оборудования. Все термореактивные полимеры после отверждения используют с наполнителями из-за их низкой ударной вязкости.

Преимуществом наполненного термореактивного пластика является его высокая стабильность механических свойств и относительно низкая зависимость от температуры, скорости деформации и времени нагружения. Надежнее, чем thermoplastic. In при испытании на растяжение материал разрушается без пластического течения и образования горловины (см. Рисунок 12.14).Верхний предел рабочей температуры термореактивного материала является термической стабильностью полимера или Арендаторы (2 из пяти).

Несмотря на Для снижения прочности и жесткости при нагреве термореактивный пластик имеет лучшую несущую способность в диапазоне рабочих температур, а допустимое напряжение (15-40 МПа) выше, чем у thermoplastic. An важным преимуществом термореактивного пластика является высокая удельная жесткость£ / (pg) и удельная прочность aj(pg).С точки зрения механических свойств термореактивные материалы, содержащие стекловолокно или волокна, превосходят многие стали, титановые сплавы и алюминиевые сплавы. Термореактивный порошковый пластик обладает наиболее однородными свойствами.

Такой пластик хорошо сжимается и используется в самых сложных изделий. Недостатком порошкового пластика является снижение ударной вязкости (табл. 12.7). Наполнитель волокна-ЗГО пластика. Они характеризуются повышенной прочностью, а главное-ударной прочностью. Благодаря волокнам ударная вязкость превышает 10 кДж / м2, а при использовании стекловолокна достигает 20-30 кДж / м2.Асбестовые волокна обладают высоким коэффициентом термостойкости (до 200°С Трение совмещено с сталью, поэтому оно использован для приборов подкладки и пусковой площадки тормозя. Текстильные изделия прессуются под высоким давлением. Из-за низкой текучести материала, применение волокон ограничивается изделиями простых форм. В материале с параллельным наполнителем образуется особая группа волокон fibers.

In в этой структуре есть изделия, которые обернуты стекловолокном. Ориентация волокон вызывает анизотропию. Прочность будет максимальна вдоль волокон, а в поперечном направлении-минимальна. Ламинат-это первая группа конструкционных пластмасс, которая является наиболее прочной и универсальной в использовании. Слоистые наполнители добавляют материалу анизотропию. Свойства ламинированного пластика различны! Тип полимера, наполнитель, способ укладки листа и объемное отношение полимера к наполнителю.

В зависимости от вида наполнителя, слоистый пластик делится на следующие виды: Гегунакс в бумаге; древесный пластик с древесным шпоном; стеклопластик-стеклопластик с тканью. Гетинаки наименее прочны, а стеклопластиковый ламинат обладает наибольшей прочностью. Среди всех слоистых пластиков, печатная плата отличается самой сильной адгезией между полимером и наполнителем, который лучше поглощает вибрацию. Обычно ламинат содержит около 50%полимера. При низком содержании материал будет более экономичным, но менее прочным и не водонепроницаемым.

Способ укладки листов на ламинированный пластик особенно важен, когда структура и характеристики самих листов наполнителя являются different. In в случае деревянных досок, разница в прочности вдоль волокон и прочности целых волокон хорошо known. In ткань, наибольшая однородность свойств обеспечивается полотняным переплетением. Здесь нити основы и утка вплетены друг в друга равномерно. Напротив, в коде gkapi, вдоль нитей основы, прочность максимизирована, уток разрежен, и он используется только для плетения нитей основы.

Стеклянные волокна не так гибки, как полимеры или хлопок. Стекловолокно простого переплетения стекловолокно обеспечивает минимальную прочность, потому что чем чаще изгиб волокна, тем больше вероятность его разрыва. Наибольшая прочность (правда, в одном направлении) получается при укладке слоя стекловолокна в соотношении 10: 1.То есть в 10 слоях волокна имеют одинаковое направление, а в 11-м направление волокон изменяется на 90 градусов. Прочность на растяжение такого материала составляет 850 950 МПа.

При укладке одного и того же наполнителя в соотношении 1:1, то есть направление волокон соседнего слоя пересекается под углом 90°, прочность уменьшится на half. In любой способ укладки волокнистых или тканевых материалов Она анизотропна, и степень анизотропии составляет от 2 до 10. В зависимости от характеристик комплектующих, Гетинаки применяются в качестве утеплителей или строительных отделочных материалов для облицовки производственных помещений, кабин самолетов и др. Текстолит используется для различных деталей трения средней нагрузки, таких как шестерни и кулачки.

К достоинствам печатных плат можно отнести износостойкость, отсутствие адгезии к стальным деталям. Стеклотекстилит имеет низкую плотность (1,6-1,9 г / м3) и высокую плотность Прочность и жесткость. Наибольшая прочность обеспечивается эпоксидным связующим, а наименьшая-органическим кремниевым полимером. Стеклопластиковый ламинат обладает отличной стойкостью к различным нагрузкам, так как его способность поглощать вибрацию превосходит стальные, титановые и алюминиевые сплавы. Из-за теплового расширения, эти материалы ближе к стали. Обратите внимание, что минимальные значения прочности и жесткости указаны под углом 45°к волокнам.

При нагревании полимерное связующее затвердевает быстрее волокон, поэтому прочность на сжатие и сдвиг уменьшается быстрее, чем прочность на растяжение. Ламинат со стеклом или полимерными волокнами течет Десятки секунд выдерживают температуру выше 3000°C. In поверхностный слой полимера разрушается, наполнитель плавится, образуются огнеупорные Коксы, а более глубокие слои материала защищаются. Эта особенность лежит в основе использования пластика в качестве теплозащитного материала. Термореактивные полимеры применяются в виде клеев, а также оболочечных форм для литья, различного технического оборудования, а также для изготовления абразивного инструмента. Клей-это сложная смесь, наполненная порошком! Жир необходим для уменьшения теплового расширения.

После отверждения тонкая адгезионная пленка (0,05-0,25 мм) устойчива к сдвигу(Tcpexi»4-20 МПа»), обеспечивая прочное сцепление, не снижая прочность адгезивной части, хорошо сопротивляется усталости. Макс. Фенолоформальдегидные клеи обеспечивают необходимую прочность и обеспечивают термостойкость клеев на основе органических кремниевых полимеров. Если клейкая пленка работает в разрезе, используется склеивание. Склеивание тормозных накладок, крепление болтов и шпилек, крепление вкладышей подшипников и др.

Смотрите также:

Материаловедение — решение задач с примерами

Стали для измерительных инструментов	Сплавы на основе алюминия
Стали для инструментов горячей обработки давлением	Сплавы па основе магния