Композиционные материалы

матрицы Vm, полученных из объемов vfи vm отдельных компонентов:

Vf=vf/(vf+vm)

Vm = vm /(vf + vm) Vf+ Vm = 1

б) Объемные доли также  используются для предсказания теоретической плотности композита, ρ, на основе плотностей компонентов и в предположении полного отсутствия полостей:

в) Полная стоимость на единицу веса композита, C, также  может быть рассчитана из объемных долей и стоимостей отдельных компонентов и стоимости связующего на единицу веса композита, Ci:

С = Vfρf/ ρCf+ (1 -Vf)ρm/ ρCm + Ci.

 

Нижний предел модуля упругости композита определяется из выражения

    

 

Другие прочностные  характеристики КМ, упрочненных частицами, определяются пока только экспериментально.

Для КМ с однонаправленными  волокнами и матрицей, более пластичной, чем волокна, значение минимальной  концентрации волокон определяется из условия

          

 

Критическая концентрация волокон рассчитывается следующим образом:

                      

 

Все это позволяет  определить процентную долю наполнителя  б матрице для обеспечения  требуемых свойств.

 

2. Пластмассы

 

2.1. Основные условия применения пластмасс

 

Выбор пластмасс для  конкретного применения основывается на знании эксплуатационных свойств, определяющих работоспособность пластмасс и  технологических свойств, определяющих поведение пластмасс при переработке  различными методами.

Пластмассы - это материалы, представляющие собой композиции, в которых основным компонентом является высокомолекулярное соединение (полимер). В отличие от других композиций на основе высокомолекулярных соединений (например, резин), пластмассы применяют в виде твёрдых соединений, разрушающихся при сравнительно небольших деформациях. Условной фаницей показателя, при превышении которой материал относится к классу пластмасс, можно считать значение модуля упругости 200 Мпа.

Все пластмассы, используемые в народном хозяйстве, можно разделить на четыре группы:

1) общего назначения       

2) конструкционные    

3) антикоррозионные    

4) теплоизоляционные    

Пластмассы общего назначения - это материалы с прочностью

60-160 МПа           

 

Применяются

К этим материалам относятся  отделочные, декоративные, упаковочные, хозяйственно-бытовые и другие изделия из пластмасс

 

Конструкционные, или  высокопрочные, пластмассы имеют прочность

400МПа          

 

Применяются

Эти материалы способны заменить бронзу и баббит, например, в подшипниках, втулках; их используют для изготовления труб, зубчатых колес, гребных винтов 

 

Термостойкие  полимеры  эксплуатируются при температуре

600⁰С  

 

Достоинства пластмасс:

малый объемный вес (плотность), высокие механическая прочность  и идеальные электроизоляционные свойства, оптические свойства, красивый, привлекательный внешний вид, химическая стойкость и коррозионная стойкость      

 

Недостатки пластмасс.

низкую теплостойкость к повышенным температурам; недостаточную твердость; старение под действием кислорода в воздухе, солнечных лучей и других химических воздействий        

 

Возможные варианты замены различных материалов пластмассами

Материал	Замена пластмассой
Сталь	Полифениленсульфид
Чугун	полипропилен
Цветные металлы	полиформальдегид
Керамика	поливинилхлорида
Бетон	фенопласты
Стекло	полиметилметакрилат, полистирол
Дерево	полипропилена

 

Каждый вид пластмассы имеет широкий спектр применения, но для эффективной эксплуатации изделий из пластмасс требуется, чтобы они работали при строго определенных температурных, силовых и временных нагрузках с учетом условий различных климатических зон.

Наиболее ценные технические  и экономические свойства пластмасс  проявляются только при их правильном подборе и эксплуатации.

 

Качественное сопоставление  основных свойств пластмасс и других материалов

 

Показатель	Пластмасса	Металл	Бетон	Керамика	Стекло	Дерево
Плотность	+	-	-	+	+	+
Химическая стойкость	+	-	+	+	+	-
Диэлектрические свойства	+	-	+	+	+	+
Теплоизоляционные свойства	+	-	+	-	-	+
Жесткость	-	+	+	+	-	-
Сопротивление ползучести	+	-	+	+	-	+
Высокая рабочая температура	-	+	+	+	-	-
Огнестойкость	-	+	+	+	-	-
Окрашиваемость	+	+	-	-	+	+
Эффективность переработки  в изделия	+	+	-	-	+	+
Энергоемкость при переработке	+	-	-	-	+	+

Примечание. Если показатель хороший, поставьте знак «+», если плохой - знак «-».

Один из важнейших  показателей каждою материала - технологичность  получения из него изделий (эффективность  переработки). У пластмасс этот показатель высокий. Именно этим во многих случаях определяется эффективность их использования вместо традиционных материалов.

 

2.2 Основные свойства и физическое состояние полимера

 

Пластические массы  обладают многими преимуществами по сравнению с металлами, деревом, бумагой и другими природными и искусственными материалами.

Наиболее важными преимуществами полимерных материалов являются

Возможность варьировать  свойства и конструкцию покрытия в зависимости от области применения.

Бесшовность, трещиностойкость.

Высокая износостойкость.

Температурные пределы  эксплуатации от -50 до +90 оС.

Химическая стойкость  к воздействию воды, растворов  щелочей и кислот, бензина, масел  и эмульсий из них, растворителей  и других химически активных сред.

Антистатичность, беспыльность.

Гигиеничность и экологическая  чистота.

Широкая цветовая гамма.

Высокие декоративные характеристики.

Простота и легкость уборки и ремонта.

 

Технологичность и эксплуатационные свойства пластмассы определяются основными (или фундаментальными) свойствами полимера.

К основным свойствам  полимера относятся

высокая стойкость в таких средах, как щелочи и концентрированные кислоты; не подвержены электрохимической коррозии; является диэлектриками; относятся к немагнитным веществам; имеют наименьшую теплопроводность и наибольшие теплоемкость и тепловую усадку

 

В зависимости от температуры  полимеры могут находиться в твердом, высокоэластическом и вязкотекучем состоянии. В каждом из этих состояний  они имеют определенные свойства, обеспечивающие их работоспособность  в изделиях или перерабатываемость разными методами.

 

2.3. Классификация пластмасс по физическому состоянию

 

 

Изделия из пластмасс  могут эксплуатироваться в разнообразных  условиях:

воздействия повышенных или пониженных температур (кратковременного или длительного), механической нагрузки (кратковременной, длительной статической или циклической, растяжения, изгиба или сжатия, вдавливания тел, ударного воздействия), в условиях трения относительно других тел, действия электрических нагрузок (внешнего электрического поля, частотных нагрузок, электрической дуги), в пожароопасных условиях, в условиях контакта с пищевыми продуктами и питьевой водой.

 

2.4. Классификация пластмасс по эксплуатационному  назначению

 

При выборе пластмасс  методом аналогий используют классификацию  пластмасс по эксплуатационному назначению.

Пластмассы включают широкий перечень термопластичных  и термореактивных материалов, которые  используют для изготовления различных  деталей машин, механизмов, приборов, а также пленок, листов, труб, заготовок  и пр. В этих изделиях пластмассы характеризуются параметрами механических свойств и теплостойкости, которые должны быть не ниже определенного уровня.

 

Такие пластмассы принято  называть.

полимерные         

 

Полимерные материалы (в основном это синтетические  смолы) получают, как правило, на основе низкомолекулярных полимеров и применяют для

Во всех областях: медицина, промышленность, строительство и  т.д             

 

Существует несколько  систем классификации пластмасс:

Система классификации  основаная на принадлежности к обширной группе материалов, подгруппам внутри этой обширной группы, наличии наполнителей/армирующих добавок и физических свойствах       

 

Характеристика пластмасс  общетехнического назначения:

имеют более низкие характеристики параметров эксплуатационных свойств, чем пластмассы инженерно-технического назначения; работают в ненагруженном или слабонагруженном состоянии при обычной и средних температурах (до 55 С)

 

Характеристика пластмасс  инженерно-технического назначения:

сохраняют высокие значения механических свойств не только при нормальной и повышенной температурах, но могут работать  и при кратковременных нагрузках при повышенных температурах        

 

По совокупности параметров эксплуатационных свойств пластмассы делят на две большие группы: общетехнического и инженерно-технического назначения.

 

 

2.5. Новые пластические массы

Пентапласт - простой полиэфир, полученный на основе продуктов хлорирования пентаэритрита.

По химической стойкости  занимает промежуточное положение  между фторопластом и ноливинилхлоридом.

Высокая химическая стойкость сохраняется при температурах 120-135°С.

Свойства изделий из пентапласта:

Химическистойкие; теплостойкие;      

 

Такие свойства позволяют  использовать его для изготовления коррозионностсйкой аппаратуры.

Поликарбонат (дифлон) - полимерный эфир угольной кислоты и двухатомных фенолов, получаемый взаимодействием фосгена с двухатомными фенолами.

Свойства дифлона:

Антифрикционные; стоек к действию некоторых неорганических и органических продуктов: солей, кислот, растворителей;                         

 

Преимущество перед  другими пластиками -

Меньщее водопоглащение по сравнению с полиамидами;     стабильность электрических свойств при нагревании до 100 - 120 С    

 

Применяют для изготовления.

применяют для производства труб, санитарно-техниче-ской арматуры, пленок, а также клеевых композиций на его основе   

 

В изделия перерабатывается методами:

поддаются штамповке, прокатке, вытяжке, сварке ( ультразвуком), резке и склеиванию с помощью  растворителей  

 

Полимер «ПМ» является полимером  класса полиамидов. Обладает свойствами:

Термостоек; устойчив в маслах, бензине, разбавленных и концентрированных растворах щелочей, разбавленных кислотах; тугоплавок      

Применяется

в машиностроении, судостроении, энергетике, в химической, нефтяной и целлюлозно-бумажной пром-ти    

 

Полиариаты представляют собой термостойкие материалы на основе двухатомных фенолов.

Обладают свойствами:

Термостойкие; прозрачные в массе аморфные полимеры с низкой температурой стеклования;  растворимы  

 

Применяются.

в производстве конструкционных деталей, пленок, антифрикционных пластмасс, синтетической бумаги, для электроизоляции 

 

Способы производства изделий  из пластмасс определяются типом  изделия.

Почти во всех случаях  формирование изделия (или переработка  материала) осуществляется переводом материала в жидкое (текучее) состояние.

Выбор оптимальной технологии формирования определяется типом изделия.

Профильные (погонажные) изделия

Методы экструзии,                         

 

Штучные (единичные) изделия

Литье под давлением;          

 

Эти изделия изготовляются  из термопластов на литьевых машинах, а из реактопластов на прессах.

Листовые изделия бывают двух типов.

Изделия первого типа –

жесткие 

 

Изготовляют на этажных  прессах.

Изделия второго типа –

вспененные           

 

Изготовляют методом  вакуум – вытяжки заранее полученной листовой заготовки.

Методы выбора вида пластмасс  по заданным требованиям условий  эксплуатации различны: метод аналогий; количественный метод; выбор базовой  марки полимера; выбор марки с  улучшенными технологическими свойствами.