ПКМ з порошкоподібним зміцнювачем

Полімерна матрицяпорівняно з металевою має меншу гус­тину, вищу корозійну тривкість, ліпші технологічні, тепло- та електроізоляційні властивості, а подекуди міцніша й жорсткі­ша. Недоліком більшості полімерних композитних матеріалів є порівняно невисока міцність зв'язку між матрицею та зміцнювальним компонентом, втрата основних властивостей під час підвищення температури до 100...200 °С і схильність до старін­ня в кліматичних умовах.

Матрицею є різні полімери: фенолоформальдегідні, епоксид­ні, поліефірні та деякі інші термореактивні смоли і такі термопласти як поліетилен, поліпропілен, полістирол, поліаміди тощо. Порошкоподібними зміцнювальними компонентами, або наповнювачами служать тонко-дисперсні частинки сажі, оксиду кре­мнію, деревинної муки, крейди, тальку, графіту, металів. Роз­мір частинок наповнювача здебільшого не перевищує 40 мкм. Порошкоподібний зміцнювач підвищує міцність, твердість і жорсткість, зменшує усадку, а в окремих випадках надає виробам з ПКМ специфічних властивостей, зокрема заданих тепло- й електропровідності.

Волоконні ПКМ

Матрицеюслужать епоксидні, фенолоформальдегідні, поліефірні та інші смоли. Зміцнювальним компонентом волокон­них полімерних композитних матеріалів є органічні, вуглецеві, борні, а також скляні волокна й металевий дріт.

Органічні волокнавиробляють з льону, бавовни, лавсану, капрону, нейлону та ін.

Скловолокнамають високу міцність (σ_в = 3000...5000 МПа), задовільну теплостійкість (350...550 °С), добру корозійну трив­кість, низьку тепло- та електропровідність.

Найпоширенішими з волоконних ПКМ є скловолокніти. Вони характери­зуються підвищеною міцністю і низькою ціною. Незважаючи на порівняно низький модуль пружності скляних волокон, скло­волокніти за питомою жорсткістю перевершують леговані сталі та сплави алюмінію і титану. Скловолокніти використовують у суднобудуванні, транспортному машинобудуванні, для вигото­влення ємкостей і труб.

Широко застосовуються також органоволокніти (ПКМ, що складаються з полімерної матриці і синтетичних волокон), вуглеволокніти (полімерна матриця та високоміцні вуглецеві волокна) та бороволокніти (епоксидна, поліефірна, фенолоформальдегідна чи інша смола і волокна бору).

Волоконні ККМ

Особливістю волоконних керамічних композитних мате­ріалів(ККМ) є їх висока теплова стійкість, корозійна трив­кість і водночас підвищена крихкість. Матрицею в ККМ слу­жить нітрид та карбід кремнію, оксиди алюмінію і цирконію.

Як зміцнювальний компонент використовують волокна з вуг­лецю, карбіду кремнію або оксиду алюмінію. ККМ на основі нітриду кремнію Si₃N₄, армований волокна­ми з карбіду кремнію (40 % об'єму), характеризу-ються під­вищеними теплостійкістю і густиною. Цей матеріал є перспектив-ним для виготовлення деталей двигунів підвищеної економічності.

Тема 4.3. Скло та склокристалеві матеріали

Скло має високу міцність на стискування (600 – 1200 МПа), низьку міцність на розтягування (30 – 90 МПа) та дуже високу крихкість. При різкому і сильному нагріванні чи охолодженні в склі можуть виникати тріщини. При нагріванні скло розм'ягчується і при температурі близько 1000 °С починає плавитись. Більшість мінеральних кислот, за винятком плавикової, не руйнують скло.

Основною сировиною для виготовлення скла є чистий кварцовий пісок, вапняк, доломіти, кальцинована сода чи сульфат натрію. До складу окремих видів скла вводять оксиди бору (підвищує термостійкість), оксиди алюмінію (підвищує міцність і хімічну стійкість), оксиди фтору, цинку тощо. Для виготовлення кольорового скла використовують перекис марганцю, оксиди хрому, кобальту та інші мінеральні барвники.

Виробництво скла складається з таких технологічних операцій: підготовка сировинних матеріалів (збагачення, сушіння, подрібнення, змішування компонентів і брикетування); варіння скла в скловарільних печах при 1400 – 1500 °С; охолодження скломаси до температури, при якій вона має потрібну в’язкість; формування виробів та їх термічну, механічну чи хімічну обробку.

Спосіб формування залежить від виду виробу. Для отримання будівельного скла застосовують витягування, прокатування та пресування.

В будівництві найбільш широко застосовується неполіроване листове віконне скло товщиною 2 – 6 мм з світлопропускною здатністю 85 – 90 %.

Вітринне скло товщиною 6 – 10 мм для великих вікон випускається полірованим і неполірованим. Для компенсації температурних деформацій при монтажі таких вікон застосовують гумові чи пластмасові прокладки.

Армоване скло виготовляють методом прокатування розплавленої скломаси з металевою сіткою. Воно має підвищену вогнестійкість і безпечність.

Візерунчасте скло отримують прокатуванням прозорої чи кольорової скломаси на гравірованих валках. Таке скло добре розсіює світло і є декоративним.

Гартоване скло отримують шляхом термічної обробки скла шляхом нагрівання до 620 – 680 °С, витримки при цій температурі і швидкого охолодження в струмені повітря або в маслі. При цьому міцність скла на згинання зростає в 5 – 8 разів, міцність на удар збільшується в 4 – 6 разів, а термостійкість збільшується в 2 рази. Листи гартованого скла товщиною 6 мм, покриті зі зворотної сторони кольоровими керамічними фарбами, називають стемалітом. З нього виготовляють багатошарові панелі, перегородки тощо.

Безосколкове скло (триплекс) – це два або більше листів загартованого скла товщиною 2 – 3 мм, склеєних еластичним прозорим полімером, який утримує осколки скла після руйнування.

Із скла також виготовляють порожнисті скляні блоки, склопакети, скляні труби, облицювальну плитку та ін. Порожнисті скляні блоки отримують шляхом зварювання двох випресованих з скломаси половин. Для розсіювання світла на зовнішню сторону наносять рисунок. Блоки виготовляють прозорими та кольоровими.

Склопакети – вироби з двох чи більше листів скла, з’єднаних по периметру металевою рамкою так, що між ними утворюється замкнутий простір, заповнених сухим повітрям. Склопакети виготовляють із звичайного віконного, гартованого чи іншого листового скла. Вікна з склопакетів не потіють, не замерзають і мають в 2 – 3 рази кращу звукоізоляцію.

Профільне скло – це великогабаритні будівельні вироби коробчастого, таврового, ребристого та іншого профілю. Виготовляються такі вироби шляхом безперервного прокатування армованого чи неармованого, прозорого чи кольорового скла.

Скляні труби отримують методом витягування чи методом відцентрового формування. Вони випускаються діаметром 0,1 – 200 мм і розраховані на тиск до 0,3 МПа і температуру 120 °С.

Облицювальна скляна плитка за міцністю та експлуатаційними якостями краща за керамічну. Випускають скляну плитку емальовану, з нанесенням на одну сторону білої чи кольорової емалі, та з непрозорого різноколірного скла.

Склокристаліт отримують методом кристалізації з одночасним процесом вогневого полірування лицевої поверхні склокристалевого гранульованого матеріалу з наступною його термообробкою. Випускається у вигляді плит, що можуть мати поліровану різноколірну поверхню, чи імітують природний камінь.

Ситал – кристалічне скло спеціального складу, отримане внаслідок керованої кристалізації. До складу ситалів входять оксиди літію, кремнію, магнію, кальцію, а також каталізатори кристалізації: солі золота, срібла та міді. Розмір кристалів не перевищує 1 мкм. Кристали ситалу зцементовані склоподібною масою. За структурою ситали займають проміжне положення між звичайним склом і керамікою. Ситали мають високу твердість, міцність, термічну і хімічну стійкість.

Тема 4.4. Гумові матеріали

Гума — це продукт вулканізації каучуку сіркою або іншою речовиною. Серед конструкційних матеріалів тільки гума харак­теризується еластичністю, тобто здатністю до великих зворот­них деформацій у широкому інтервалі температур. Гумові ви­роби, крім еластичності, характеризуються значною міцністю, корозійною тривкістю та зносостійкістю. Вони газо- і водонепро­никні, мають невелику густину та добрі електроізоляційні влас­тивості. Вироби з гуми відіграють важливу роль в усіх галузях техніки, медицині й побуті.

Найважливішим складником гуми є полімер ізопрену з лінійною будовою молекул — натуральнийабо синтетич­нийкаучук. Від каучуку залежать основні властивості гу­мового матеріалу. Натуральний каучук, як матеріал рослин­ного походження, є високомолекулярною сполукою (С₅Н₆)_n. Синтетичний ізопреновий каучук отримують, полімеризуючи ізопрен, а синтетичний бутадієновий каучук (С₄Н₆)_n — полімеризуючи бутадієн. Для поліпшення властивостей гуми до її складу, крім каучуку, додають вулканізатори, зміцню­вані, пластифікатори, барвники, стабілізатори та інші ком­поненти.

Вулканізатори(частіше всього сірка) у суміші з каучуком утворюють поперечні ковалентні зв'язки між його лінійними макромолекулами. Коли вулканізатором є сірка кіль­кістю 1...5 %, то при температурі 140...160 °С утворюється високоеластична гума рідкосітчастої будови. Якщо масову частку сірки в сирій гумі довести до 30 і більше відсотків, то утворюється твердий нееластичний матеріал густосітчастої про­сторової будови ебоніт,який використовується як ізолятор в електротехніці. Вулканізацію можна активізувати оксидами маг­нію, свинцю, цинку та ін.

Зміцнювачі— дрібнодисперсні порошки вуглецевої сажі, оксиду кремнію або оксиду цинку — підвищують міцність, твер­дість і стійкість гумовик виробів до спрацьовування. Для відпові­дальних гумових виробів (шини, шланги високого тиску, привід­ні паси та ін.) використовують волоконні зміцнювачі із синте­тичних волокон або металевого дроту, покритого латунню, яка підвищує зчеплення дроту з полімером.

Пластифікатори— парафін, каніфоль, стеаринова кисло­та, рослинні олії — сприяють рівномірному розподілові компо­нентів у суміші, полегшують формування виробів й підвищу­ють їх морозостійкість.

Барвники(мінеральні й органічні) надають гумовим виро­бам бажаного кольору.

Тема 4.5. Деревні матеріали.