Конструкциялық материалдар және термоөңдеу Конструкционные материалы и термообработка Constructional materials and heat treatment Учебное пособие для специальности: 5В071200– «Машиностроение»

155 
По химическому составу макромолекул различают полимеры: 
-органические., 
-неорганические., 
-элементоорганические. 
К органическим полимерам относят соединения, молекулы которых
содержат атомы углерода, водорода, азота, кислорода и серы, входящие
в состав главной цепи и боковых групп полимера. 
Неорганические полимеры- это соединения, которые не содержат в
составе макромолекул атомов углерода. 
В процессе получения полимерного соединения мономерные звенья
выстраиваются в определенную цепь. По характеру строения
полимерных цепей различают полимеры линейного, разветвленного и
сетчатого строения. 
Полимерные материалы изменяют свои свойства под воздействием
температуры. По этому признаку полимеры подразделяют на: 
-термореактивные., 
-термопластичные. 
Термореактивные полимеры (термореакты) при нагревании выше
определенных, характерных для этого типа полимера, температур, 
становятся неплавкими и практически нерастворимыми. 
Темропластичные полимеры (термопласты) обладают свойством
многократно переходить при нагревании в расплавленное состояние. 
Термопластичные и термореактивные полимеры. 
По отношению к нагреву полимеры подразделяются на
термопластичные и термореактивные. 
Термопластичные полимеры имеют линейную или разветвленную
структуру молекул. При нагреве они размягчаются, могут плавиться, 
при охлаждении затвердевают. Этот процесс обратим. 
Термореактивные полимеры в начальной стадии образования имеют
линейную структуру. При нагреве они размягчаются. Далее образуется
пространственная структура, полимер получает термостабильное
твердое состояние. 
Особенности строения полимеров определяют их свойства. Высокая
молекулярная масса приводит к невозможности перехода в
газообразное состояние или образованию низковязких жидкостей. 
Термостабильные полимеры не размягчаются. Полимеры могут
находиться в трех стабильных состояниях: стеклообразном, 
высокоэластичном и вязкотекучем. 
Стеклообразное- твердое аморфное состояние, где нет движения
звеньев и перемещения макромолекул. Высокоэластичное состояние
характеризуется способностью материала к большим обратимым
изменениям формы под действием незначительных нагрузок. 

156 
Вязкотекучее состояние напоминает жидкое состояние с большой
вязкостью. 
Полимеры стареют (самопроизвольно и необратимо изменяются их
важнейшие механические свойства) под воздействием света, кислорода 
(озона), влажности, теплоты, длительного хранения. Процессы старения
ускоряются под воздействием механических напряжений. Сущность
старения заключена в сложной цепной реакции с образованием
свободных радикалов. Наиболее устойчивы к воздействию высоких
атмосферных температур и влаги полиэтилен, полиамидные волокна. 
Для замедления старения в полимеры добавляют стабилизаторы. 
Например, срок службы полиэтилена, стабилизированного сажей, 
увеличивается до 5 лет, поливинилхлорид имеет срок служб до 25
лет. 
Свойства полимеров. 
Полимерным материалам свойственны только два агрегатных
состояния: твердое и жидкое. Перевод полимерного материала в
газообразное состояние без разрушения связей в основной цепи
макромолекул невозможен. 
Полимерные материалы могут находиться в четырех физических
состояниях: 
-кристаллическом., 
-стеклообразном., 
-высокоэластическом., 
-вязкотекучем. 
Состояние полимеров, при котором главным видом деформаций
являются большие упругие деформации, называют высокоэластическим. 
При температуре текучести воздействие на полимер механической
нагрузки приводит к развитию в нем необратимой деформации- 
состояние вязкотекучести. 
Важной особенностью полимерных материалов является сочетание
высокой удельной прочности и больших обратимых деформаций. Это
их свойство обусловлено наличием в макромолекулах полимеров двух
типов связей- прочных внутримолекулярных (межатомных) и более
слабых межмолекулярных. 
Долговечность полимерных материалов- это отрезок времени от
момента приложения нагрузки до разрушения материала. Установлена
функциональная зависимость долговечности полимерных материалов
от разрушающего напряжения, из которой следует, что прочность
полимерных материалов изменяется во времени и зависит от
температуры. Поэтому при выборе полимерных материалов по
эксплуатационным характеристикам необходимо учитывать не только
предельную нагрузку, но и время, в течение которого материал не
разрушается. 

157 
Прочность полимерных материалов существенно зависит от
структуры, которую они приобретают в процессе переработки. Широко
используется метод упрочнения полимеров путем ориентации
макромолекул. 
Модифицирование полимеров. 
Для улучшения свойств полимерных материалов применяют их
физическое и химическое модифицирование- введение в составы: 
-стабилизаторов., 
-пластификаторов, 
-смазок, 
-антипиренов, 
-красителей, 
-легирующих элементов. 
Для повышения пластичности и эластичности полимерного
материала при его переработке перед эксплуатацией в его состав
вводят пластификаторы (эфиры кислот и гликолей, полиэфиры, 
хлорсодержащие соединения). Для пластификации каучуков применяют
продукты переработки нефти (парафин, церезин, нефтяные масла) и
каменного угля, растительные масла, жирные кислоты. 
Противоположным 
пластификации 
эффектом 
обладают
антипластификаторы, обеспечивающие повышение жесткости связи
макромолекул при введении небольших добавок с полярными
группами в стеклообразные полимеры. 
Для защиты полимерных материалов от старения применяют
стабилизаторы. Принцип действия стабилизаторов основан на
подавлении процессов разрушения полимерных макромолекул под
воздействием внешних факторов. Различают стабилизаторы следующих
типов: 
- антиоксиданты (замедляющие термическое и термоокислительное
разрушение). 
-антиозонанты (замедляющие озоновое старение)., 
-светостабилизаторы (препятствующие фотоокислительному разрушению
под воздействием солнечных лучей)., 
- антирады (препятствующие разрушению полимерного материала под
воздействием радиационного разрушения)., 
-противоутомители (замедляющие процессы усталостных явлений в
материале). 
Стабилизаторы вводят в небольших количествах (0,01-2% по массе) 
при синтезе или переработке полимеров. 

158 
Полиэтилен. 
Типичный представитель подгруппы полиолефинов. В зависимости от
условий полимеризации (давление, вид катализатора, температура) 
получают продукт различной молекулярной массы. 
Различают полиэтилен: 
-высокого давления и низкой плотности., 
-низкого давления и высокой плотности., 
-среднего давления., 
-высокомолекулярный низкого давления. 
Полиэтилен обладает рядом ценных свойств: влаго- и
газонепроницаем, не набухает в воде, эластичен в широком интервале
температур, устойчив к действию кислот и щелочей, обладает очень
хорошими диэлектрическими свойствами. 
Сочетание высокой химической стойкости, удовлетворительных
механических свойств с технологичностью переработки 
(перерабатывается всеми известными способами: литьем под
давлением, механической обработкой, вакуумформованием, сваркой и
др.) и низкой стоимостью определяет его широкое применение в
машиностроении, радиотехнике, химической промышленности. 
Полиэтилен низкого давления обладает большей механической
прочностью и жесткостью и используется для изготовления труб, 
шлангов, листов, пленки, деталей радиоаппаратуры, различных емкостей. 
Литьем под давлением изготовляют вентили, зубчатые колеса, 
работающие с малой нагрузкой. Полиэтилен высокого давления
применяют как упаковочный материал в виде пленки или в виде
небьющейся тары (бутылки, канистры, ящики). 
Однако ввиду недостаточной механической прочности для
изготовления деталей машин его применяют ограниченно. Главный
недостаток полиэтилена- его невысокая теплостойкость, изделия из него
рекомендуется использовать при температурах не выше 80ºС. 
Полипропилен. 
Полипропилен- синтетический полимер, характеризуется температурой
плавления около 170ºС. По сравнению с полиэтиленом отличается
более высокой ударной вязкостью, прочностью, износостойкостью, 
обладает высокими диэлектрическими свойствами, низкой паро- и
газопроницаемостью, устойчив к действию кипящей воды и щелочей, 
но обладает низкой термо- и светостойкостью. Применяется для
изготовления деталей, работающих в контакте с агрессивными
жидкостями. 
Винипласт. 

159 
Достоинствами винипластов являются высокие механические
свойства, химическая стойкость, технологичность переработки в
изделия, обрабатываемость резанием. 
Рабочая температура винипласта от 0 до +40ºС, при резких
колебаниях температуры коробится, а при нагреве выше 40ºС
разупрочняется и теряет жесткость. Винипласт при пониженных
температурах становится хрупким. Он не горит, но при температуре
120-140ºС начинает размягчаться, что используется при сварке изделий
из винипласта. Температура разложения 160-200ºС. Склонен к старению
под влиянием атмосферных воздействий и химических реагентов. 
Винипласт выпускают преимущественно в виде листов и
профильного проката (труб, прутков, уголка и т.п.). Изделия из
винипласта изготовляют выдавливанием, штамповкой при температуре
130ºС., механической обработкой., сваркой., склейкой перхлорвиниловым
клеем. 
Из винипласта изготовляют емкости в химическом машиностроении, 
корпуса и сепараторы для аккумуляторных батарей, вентили, клапаны, 
фитинги для трубопроводов, детали насосов и вентиляторов и другие
изделия. 
Капрон. 
Капрон получил наибольшее распространение как относительно
дешевый и наименее дефицитный материал из многих марок
полиамидов. Главным его достоинством как конструкционного
материала является сочетание высокой прочности, износо-, тепло- и
химической стойкости с технологичностью переработки в изделие. 
Износостойкость капрона в несколько раз выше, чем стали, чугуна и
некоторых цветных металлов. Наилучшими антифрикционными
свойствами обладает капрон с добавлением 3-5% графита. 
Для изготовления деталей из капрона и других полиамидов наиболее
широко используют метол литья под давлением. Капрон хорошо
обрабатывается резанием, склеивается и сваривается. Из него
выполняют детали антифрикционного назначения, подшипники, 
зубчатые 
колеса, 
кронштейны, 
рукоятки, 
крышки, 
корпуса, 
трубопроводную арматуру. 
Полистирол. 
Полистирол представляет собой продукт полимеризации стирола. 
Выпускают следующие виды полистирола и материалов на его
основе: 
-общего назначения., 
-ударопрочный., 
-вспенивающийся., 

160 
-сополимеры стирола. 
Полистирол общего назначения- это бесцветный прозрачный
материал, обладающий абсолютной водостойкостью, высокими
электроизоляционными свойствами, светостойкостью и твердостью. 
Полистирол стоек к плесени, к щелочным и кислым средам. Главное
применение полистирола- детали радиоаппаратуры, неответственные
конструкционные детали, изделия бытового назначения. 

жүктеу/скачать 1,99 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: