Неметаллические детали, в машиностроении и их свойства

Министерство  образования и  науки Украины

Донецкий  национальный технический  университет 

Кафедра: «Истории инженерной деятельности» 
 

                           Реферат

На тему: « Неметаллические детали, в машиностроении и их свойства» 
 
 
 

                                                                     Выполнил

     Ст. гр. ТМ – 08 (б)

  Кравченко Александр

         Проверил 
 
 

                               Донецк – 2010

Оглавление:

Содержание  ………………………………………………………………2

Общие сведения о неметаллических материалах……………………....3

Особенности свойств полимерных материалов………………………..3

Пластические  массы……………………………………………………..6

Резиновые материалы……………………………………………………8

Общие сведения, состав и классификация  резин……………………...8

Резины  общего назначения……………………………………………...9

Физико-механические свойства резин и их применение…………….10

Клеящие материалы…………………………………………………….14

Общие сведения, состав и классификация  клеев……………………..14

Конструкционные смоляные и резиновые клеи………………………16

Свойства  клеевых соединений…………………………………………18

Лакокрасочные материалы……………………………………………..19

Сравнительные свойства лакокрасочных покрытий…………………22

Список  литературы…………………………………………………….23 
 
 
 
 
 
 
 

1. Общие сведения  о неметаллических  материалах

Понятие неметаллические  материалы включает большой ассортимент  материалов таких, как пластические массы, композиционные материалы, резиновые  материалы, клеи, лакокрасочные покрытия, древесина, а также силикатные стекла, керамика и др.

Неметаллические материалы являются не только заменителями металлов, но и применяются как  самостоятельные, иногда даже незаменимые  материалы. Отдельные материалы  обладают высокой механической прочностью, легкостью, термической и химической стойкостью, высокими электроизоляционными характеристиками, оптической прозрачностью  и т. п. Особо следует отметить технологичность неметаллических  материалов.

Применение неметаллических  материалов обеспечивает значительную экономическую эффективность.

Основой неметаллических  материалов являются полимеры, главным  образом синтетические. Создателем структурной теории химического  строения органических соединений является великий русский химик А. М. Бутлеров. Промышленное производство первых синтетических  пластмасс (фенопластов) явилось результатом  глубоких исследований, проведенных  Г. С. Петровым (1907—'1914 гг.). Блестящие  исследования позволили С. В. Лебедеву впервые в мире осуществить промышленный синтез каучука (1932 г.). Н. Н. Семеновым разработана теория цепных реакций (1930—1940 гг.) и распространена на механизм цепной полимеризации.

Успешное развитие химии и физики полимеров связано  с именами видных ученых: П. П.. Кобеко, В. А. Каргина, А. П. Александрова, С. С. Медведева, С. Н. Ушакова, В. В. Коршака и др. Важный вклад внесен К. А. Андриановым в  развитие химии кремнийорганических  полимеров, широко применяемых в  качестве термостойких материалов.

1.2. Особенности свойств  полимерных материалов

Особенности строения полимеров оказывают большое  влияние на их физико-механические и химические свойства. Вследствие высокой молекулярной массы они  не способны переходить в газообразное состояние, при нагревании образовывать низковязкие жидкости, а некоторые, обладающие термостабильной пространственной структурой, даже размягчаться. С повышением молекулярной массы уменьшается  растворимость. При молекулярной массе (300 —400)*103 и низкой полярности полимеры растворимы в растворителях, процесс  протекает медленно: через стадию набухания с образованием очень  вязких растворов. Если молекулярная масса  очень велика или присутствуют высокополярные группы, то полимер становится нерастворимым  ни в одном из органических растворителей.

Полидисперсность, присущая полимерам, приводит к значительному  разбросу показателей при определении  физико-механических свойств полимерных материалов. Механические свойства полимеров (упругие, прочностные) зависят от их структуры, физического состояния, температуры и т. д. Полимеры могут находиться в трех физических состояниях: в стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем.

Стеклообразное  состояние — твердое, аморфное (атомы, входящие в состав молекулярной цепи, совершают колебательное движение около положения равновесия; движения звеньев и перемещения макромолекул не происходит).

Высокоэластическое  состояние присуще только высокополимерам, характеризуется способностью материала  к большим обратимым изменениям формы при небольших нагрузках (колеблются звенья, и макромолекула  приобретает способность изгибаться).

Вязкотекучее  состояние напоминает жидкое состояние, но отличается от него очень большой  вязкостью (подвижна вся макромолекула). С изменением температуры линейный или разветвленный полимер может  переходить из одного физического состояния  в другое.

Полимеры с  пространственной структурой находятся  только в стеклообразном состоянии. Редкосетчатая структура позволяет  получать полимеры в стеклообразном и высокоэластическом состояниях. Различные  физические состояния полимера обнаруживаются при изменении его деформации с температурой. Графическая зависимость  деформации, развивающейся за определенное время при заданном напряжении от температуры, называется термомеханической  кривой.. Средние температуры переходных областей называются температурами  перехода. Так, температура перехода из стеклообразного в высокоэластическое состояние (и обратно) называется температурой стеклования (tc); температура перехода из высокоэластического состояния  в вязкотекучем (и обратно) — температурой текучести (tт)-

Точка txp, лежащая  ниже точки tc, является температурой хрупкости. При температуре ниже txp полимер  становится хрупким, т. е. разрушается  при очень малой величине деформации. Разрушение происходит в результате разрыва химических связей в макромолекуле (например, для полиметилметакрилата tc=100°C, txp=+10"C; для полистирола tс=100сС и txp= 9O°C; для поливинилхлорида tc = 81°C, txp = -90°С; для резины на основе натурального каучука tс = — 62°С, txp = — 80°С). С повышением температуры увеличивается энергия теплового движения молекул, и температура становится достаточной для проявления гибкости молекул. Небольшие напряжения вызывают перемещение отдельных сегментов макромолекул и их ориентацию в направлении действующей силы. После снятия нагрузки молекулы в результате действия межмолекулярных сил принимают первоначальную равновесную форму. Высокоэластическое состояние характеризуется значительными обратимыми деформациями (сотни процентов). В области, соответствующей этому состоянию, развиваются упругая и высокоэластическая деформации. Около точки tT кроме упругой и высокоэластической деформации возникает и пластическая.

Кристаллические полимеры ниже температуры плавления  — кристаллизации tк - являются твердыми, но имеют различную жесткость  вследствие наличия аморфной части, которая может находиться в различных  состояниях. При tK кристаллическая  часть плавится, и термомеханическая  кривая почти скачкообразно, и соответствует  высокоэластической деформации, как  у некристаллического полимера.

Узлы сетки  редкосетчатого полимера препятствуют относительному перемещению полимерных цепей. .В связи с этим при повышении  температуры вязкого течения  не наступает, расширяется высокоэластическая область и ее верхней границей становится tx (химическое разложение полимера).

Рассмотренные температурные переходы (tc и tт) являются одними из основных характеристик полимеров  и имеют большое значение. Например, при использовании волокон, пленок, лаков в промышленности, где необходима высокая прочность, лежащие в  их основе полимеры должны находиться в стеклообразном состоянии. Резиновой  промышленности необходимы высокоэластические полимеры, сохраняющие свои свойства в широком диапазоне температур. Процесс технологической переработки  полимеров происходит в области  вязкотекучего состояния.

Зависимость напряжения от деформации для линейных и сетчатых полимеров различна. Линейные полимеры в стеклообразном состоянии обладают некоторой подвижностью сегментов, поэтому полимеры не так хрупки, как неорганические вещества.

При действии больших  напряжений в стеклообразных полимерах  развиваются значительные деформации, которые по своей природе близки к высокоэластическим. Эти деформации были названы А. П. Александровым  вынужденно-эластическими, а само явление  — вынужденной эластичностью. Вынужденно-эластические деформации проявляются в интервале  температур txp—tc, а при нагревании выше tc они обратимы, т. е. образец  полностью восстанавливается до первоначального размера. Диаграмма  растяжения стеклообразного полимера показана па рис.2.1. Область / является областью образования упругой деформации, а в области II происходит процесс  высокоэластической деформации. Максимум на кривой соответствует условию dQ/dE = 0 и называется пределом вынужденной  эластичности Qвын. Эл.- Ниже tхр полимер  приобретает плотную структуру  с прочными межмолекулярными связями, теряет все преимущества, обусловленные  гибкостью цепей, и разрушается  хрупко.

В интервале  температур tc — tT, когда полимер  находится в высокоэластическом состоянии, диаграмма напряжение —  деформация имеет вид плавной S-образной кривой. Зависимость напряжения от деформации для аморфного термопласта (полиметилметакрилат, полистирол, поливинилхлорид  и др.) при разных температурах и  постоянной скорости растяжения дана

Ориентационное  упрочнение. Полимеры как в кристаллическом, так и в стеклообразном состоянии  могут быть ориентированы. Процесс  осуществляется при медленном растяжении полимеров, находящихся в высокоэластическом или вязкотекучем состоянии. Макромолекулы  и элементы надмолекулярных структур ориентируются в силовом поле, приобретают упорядоченную структуру  по сравнению с неориентированными. После того как достигнута желаемая степень ориентации, температура  снижается ниже tс, и полученная структура  фиксируется.

В процессе ориентации возрастает межмолекулярное взаимодействие, что приводит к повышению tc, снижению tхр и особенно к повышению механической прочности. Свойства материала получаются анизотропными. Различают одноосную  ориентацию, применяемую для получения  волокон, пленок, труб, и многоосную, производимую одновременно в нескольких направлениях (например, в процессе получения пленок).

Прочность при  разрыве в направлении ориентации увеличивается в 2-5 раз, в перпендикулярном направлении прочность уменьшается  и составляет 30-50% прочности исходного  материала. Модуль упругости в направлении  одноосной ориентации увеличивается  примерно в 2 раза. Высокая прочность  сочетается с достаточной упругостью, что характерно только для высокополимеров (звенья макромолекул могут обратимо перемещаться без разрушения материала).

Некоторые свойства ориентированных аморфных и кристаллических  полимеров одинаковы, однако они  различаются фазовым состоянием, поэтому с течением времени у  кристаллических полимеров улучшается их структура, а аморфные ориентированные  полимеры чаще всего в дальнейшем дезориентируются (особенно при нагреваний).

Релаксационные  свойства полимеров. Механические свойства полимеров зависят от времени  действия и скорости приложения нагрузок. Это обусловлено особенностями  строения макромолекул. Под действием  приложенных напряжений происходит как распрямление и раскручивание  цепей (меняется их конформация), так  и перемещение макромолекул, пачек  и других надмолекулярных структур. Все это требует определенного  времени, и установление равновесия (релаксация) достигается не сразу. Например, для полимера в высокоэластическом состоянии время релаксации при  конформационных изменениях равно 10-4 - 10-6 с, а время релаксации при  перемещении самих макромолекул и надмолекулярных структур очень  велико и составляет сутки и месяцы. Примером может служить волокно, являющееся ориентированным полимером. В обычных условиях его молекулы очень долго не переходят в  равновесное неориентированное  состояние; поэтому такие процессы релаксации обычно не учитываются. Однако это волокно достаточно упруго, так  как при растяжении и сокращении проявляются быстрые релаксационные процессы изменения конформаций. Кинетика релаксационного процесса выражается формулой :