Краткая характеристика термопластов

⇐ ПредыдущаяСтр 20 из 20

Полиэтилен (ПЭВД, ПЭНД) – продукт полимеризации этилена, имеющий формулу (—СН₂—СН₂—)_n. Он представляет собой бесцветный, полупрозрачный воскообразный материал. Обладает высокой химической стойкостью, водонепроницаемостью, малой газопроницаемостью. Теплостойкость невелика – 60…100 °С морозостойкость –70 °С.

Полиэтиленовые пленки при комнатной температуре нерастворимы ни в одном из известных растворителей, устойчивы к воде, ацетону, спирту. Из полиэтилена изготавливают трубы, литые и прессованные, несиловые детали, пленки для изоляции проводов, кабелей, покрытия на металлах для защиты от коррозии (питьевые цистерны, трубопроводы).

Полипропилен (П) – производное от этилена с элементарной химической формулой (—CH₂—CHCH₃—)_n. Он более прочен и газонипроницаем, чем полиэтилен. Теплостойкость 150 °С, морозостойкость слабая (-15…20 °С).

Из пропилена изготавливают трубы, детали насосов, подшипники.

Поливинилхлорид (ПВХ) – является аморфным полимером с химической формулой (—CH₂—CHC—). Обладает хорошей химической стойкостью, атмосферостойкостью, не поддерживает горения. Одним из вариантов поливинилхлорида является хорошо известный винипласт – непрозрачный материал, выпускаемый в виде листов и пластин, толщиной от 2 до 200 мм. Из винипласта изготовляют трубы, детали вентиляционных устройств, облицовочные плитки, облицовку сосудов для агрессивных жидкостей. Хрупок при температурах ниже –10 °С.

Полиметилметакрилат (органическое стекло) – прозрачный термопласт на основе сложных эфиров акриловой и метакриловой кислот со сложной формулой. Выпускается в виде листов. Он легче в 2 раза минеральных стекол, пропускает ультрафиолетовые лучи, химически стоек во многих средах. Из него изготавливают многослойное стекло «триплекс», которое нашло широкое применение при моделировании судовых конструкций.

Полиамиды (капрон, перлон, нейлон, капролон). Исходным продуктом для получения полиамидов является капролактан (ГОСТ 7850-74), получаемый синтетически из бензина, анилина, фенола. В цепях этих полимеров повторяются амидные группы —CО—H—.

Амидные группы содержатся в некоторых природных веществах: белках, шерсти, шелке. Вследствие этого искусственные волокна из полиамидных смол обладают свойствами, близкими к свойствам натуральных волокон. Полиамидами являются капрон, нейлон, перлон, из которых изготавливают канаты, веревки и т.д.

В последнее время на основе капролактана стали широко применять полиамиды – капролон или капролиг. Из них изготавливают различные малогабаритные детали, такие как дейдвудные подшипники, подшипники балеров рулей на судах, шлюпках, катерах, крышки клапанов, шестерни и т. д.

Значительное повышение свойств у полиамидов получено за счет армирования их стекловолокном. Прочность на разрыв при этом возросла в 2 раза, возросли также стабильность размеров, термостойкость, морозостойкость, уменьшились усадка и плотность. Сейчас имеется более 1000 марок стеклонаполненных термопластов.

Сфера применения полиамидов за счет введения стеклона-полнителей значительно расширилась. Широко зарекомендовали себя «стеклонаполненные полиамиды» (ГОСТ 17648-72) – пенопласт и фторопласт. Пенопласт отличается высокой водостойкостью, прочностью, твердостью и низким коэффициентом трения, кроме того, химически стоек. У него высокая теплостойкость, морозостойкость.

Он используется для покрытия различных изделий сельскохозяйственного машиностроения (трубопроводы, арматура).

Фторопласт – продукт полимеризации тетрафторэтилена. Отличается высокой коррозионной стойкостью и теплостойкостью до 250 °С, не охрупчивается до -270 °С. Стоек к действию кислот, щелочей, растворителей. Имеет высокий коэффициент трения, удельный вес 2, 15г/см³.

Применяют фторопласт для изготовления труб, различных деталей, уплотнительных прокладок.

Полиформальдегид – линейный полимер (—СН₂—О—) имеет высокую жесткость, ударопрочность, упругость. Водостоек, химически стоек к бензину, минеральным маслам. Рабочие температуры от - 40 °С до 130 °С. Изготавливают зубчатые колеса, шестерни, подшипники и т.д. По усталостной прочности превосходит все остальные термопласты.

Ползучесть термопластов

Термопласты отличаются от других материалов наличием эластичной деформации, т.е. способностью под действием нагрузки изменять в некоторых пределах форму и размеры (медленно, в течение времени); а при снятии нагрузки тоже медленно восстанавливать свои размеры и форму.

Наличие такой деформации обусловлено линейной структурой термопластов (рис. 16.1, а), при которой внутри элементарных звеньев цепи (молекул) действуют химические силы связи, а между отдельными звеньями – силы физической природы. Прочность химических связей значительно превосходит межмолекулярное взаимодействие, и поэтому элементарные звенья линейных полимеров подвижны – могут легко менять свое положение и цепи их могут принимать форму спиралей, клубков, зигзагов. Подвижность цепей и определяет характерные свойства термопластов – способность размягчаться при повышении температуры, проходя стеклообразное, высокоэластичное и вязкотекучее состояния. При охлаждении они постепенно затвердевают, проходя те же состояния.

В стеклообразном состоянии у термопластов преобладает упругая деформация, которая мало зависит от температуры, устанавливается и снимается мгновенно при действии нагрузки.

В вязко-эластичном состоянии, кроме упругой, может быть эластичная и пластическая деформации. Как уже говорилось, эластичная деформация со временем прекращается и после снятия нагрузки исчезает.

Пластическая деформация связана с необратимыми перемещениями молекул. Ее величина зависит от вязкости полимера и времени. После снятия нагрузки она не исчезает.

Таким образом, при любой температуре, при действии нагрузки у линейных полимеров могут наблюдаться все три вида деформаций: упругая, эластичная и пластичная. В зависимости от состояния температуры и величины нагрузки будет преобладать тот или иной вид.

При некоторой постоянной температуре под действием определенного напряжения в деталях из термопластов может возникать явление ползучести – постепенное увеличение размеров во времени, что, конечно, нежелательно При этом, если по условиям эксплуатации имеет место только упругая и эластичная деформация, то через некоторое время изменение размеров прекратится. При наличии всех трех видов деформации изменение размеров будет продолжаться до разрушения.

Итак, в любом состоянии общая деформация;

Можно определить каждую из них, анализируя зависимость общей относительной деформации от времени (рис. 16.2) при приложении постоянного напряжения (участок OABD) и после полного разрушения образца (участок DCF).

Рис. 16.2. График зависимости деформации от времени

(для винипласта)

Общая относительная деформация ОF является суммой отрезков ОF₁, FC₁, CD. Отрезок – упругая деформация, т.к. она развивается мгновенно после нагружения и исчезает после снятия нагрузки. Отрезок F₁C₁ – выражает эластичную деформацию и может быть найден следующим образом:

Исследовательская часть

Порядок выполнения работы

1. Получить образцы винипласта у преподавателя.

2. Измерить диаметр образца, вес груза, температуру испытания.

3. Образец 1 (см. рис. 16.3) закрепить в зажиме 2, надеть на него указатель 5 и груз 3. На шкале прибора отметить положение указателя.

Рис. 16.3. Схема прибора для определения ползучести полимеров: 1) образец; 2) зажим; 3) груз; 4) спираль-нагреватель; 5) шкала

4. Опустив груз, включить секундомер и отметить положения указателя через 2, 30, 60, 120 с, и далее через каждые 2 мин. Общее время выдержки под нагрузкой – 10 мин.

5. Для каждого замера вычислить относительное удлинение образца по формуле:

6. Построить график зависимости относительного удлинения от времени, определить величины , , .

Содержание отчета

1. Название, цель работы.

2. Краткие теоретические сведения о строении термопластов и природе их ползучести.

3. Схема установки.

4. График зависимости относительного удлинения от времени испытаний.

5. Расчет , , .

6. Вывод.

3. Контрольные вопросы

1. Что такое полимеры?

2. Чем отличаются термореактивные и термопластичные полимеры?

3. Какие характерные свойства способствуют широкому применению полимеров в судостроении?

4. Перечислите основные термопласты и дайте их краткую характеристику.

5. В чем заключается явление ползучести у полимеров?

6. Что такое эластичная деформация полимеров?

7. Как определить значения , , .

Литература

1. Богодухов, С. И. Курс материаловедения в вопросах и ответах: Учеб. пособие для ВУЗов, обуч. по направлению подгот. бакалавров «Технология, оборуд. и автомат. машиностр. пр-в» и спец. «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты» и др. / С. И. Богодухов, В. Ф. Гребенюк, А. В. Синюхин. – М.: Машиностроение, 2003. – 255 с.: ил.

2. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей ВУЗов. В 4 ч.; Под ред. Д. М. Соколова, С. А. Васина, Г. Г Дубенского. – Тула. Изд-во ТулГУ. – 2007.

3. Дриц, М. Е., Технология конструкционных материалов и материаловедение: Учеб. для студентов немашиностроительных спец. ВУЗов. – М.: Высшая школа, 1990. – 446 с., ил.

4. Колесов, С. Н. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для студентов электротехнических и электромеханических спец. ВУЗов / С. Н. Колесов, И. С. Колесов. – М.: Высшая школа, 2004. – 518 с.: ил.

5. Лахтин, Ю. М., Материаловедение: Учебник для ВУЗов технич. спец. – 3-е изд. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.

6. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для ВУЗов / Ю. П. Солнцев, В. А. Веселов, В. П. Демьянцевич, А. В. Кузин, Д. И. Чашников. – 2-е изд., перер., доп. – М.: МИСИС, 1996. – 576 с.

7. Материаловедение и технология металлов: Учебник для ВУЗов по машиностроительным специальностям / Г. П. Фетисов, М. Г. Карпман, В. М. Матюнин и др. – М.: Высшая школа, 2000. – 637 с.: ил.

8. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учебное пособие для студентов ВУЗов, обуч. по напр. «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» / А. В. Шишкин и др.; под ред. В. С. Чередниченко. – 3-е изд., стер. – М.: ОМЕГА-Л, 2007. – 751 с.: ил.

9. Материаловедение: Учебник для ВУЗов, обучающих по направлению подготовки и специализации в области техники и технологии / Б. Н. Арзамасов, В. И. Макарова, Г. Г. Мухин и др. – 5-е изд., стереотип. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003. – 646 с.: ил.

10. Тарасов, В. Л. Технология конструкционных материалов: Учеб. для ВУЗов по спец. «Технология деревообработки» / Моск. гос. ун-т леса. – М.: Изд-во Моск. гос. ун-т леса, 1996. – 326 с.: ил.

* Дендрон (греч.) — дерево.

* Запомните, что в сталях обыкновенного качества цифры показывают не содержание углерода, а группу прочности. Для определения приблизительного содержания углерода группу прочности необходимо умножить на 0, 07

* На практике для получения отливок чугунов с требуемой структурой, скорости охлаждения не варьируют, а только учитывают, что малые отливки будут охлаждаться быстрее, чем большие. Для получения конкретной структуры в чугун добавляют примеси, способствующие (Si, C) или препятствующие (Mn, S) процессу графитизации.

* Иногда в литературе встречается иное написание – троостит или трустит (названо по имени ученого – Troost)

⇐ Предыдущая 11 12 13 14 15 16 17 18 1920