Файл: Materialoznavstvo_2013_pravl_1.doc

Галузь застосування: з вініпласту виготовляють ємності для зберігання хімікатів, труби, деталі арматур.

Способи переробки: екструзія, прокатування, пресування, лиття під тиском, механічна обробка, зварювання.

Поліметилметакрилат (органічне скло). Від звичайних силікатних стекол органічне скло відрізняється низькою питомою вагою, пружністю, відсутністю крихкості аж до -50…-60 °С, вищою світлопрозорістю, легким формуванням й простотою механічної обробки.

Органічне скло використається у виробництві освітлювальної апаратури, в остекленні огороджувальних щитків на верстатах і т. д.

Поліаміди – пластинки, що кристалізуються, відомі під назвами капрон, нейлон й ін. Стійкі до бензину, спирту, лугів. Робоча температура поліамідів – від -60 до +110 °С. Маючи гарні механічні властивості (σв = 50–100 МПа), поліамід є гарним конструкційним матеріалом. Міцність поліамідних волокон досягає σв = 600 МПа. Цей матеріал добре протистоїть зношуванню, має високу ударну міцність і низький коефіцієнт тертя. Саме тому з цього матеріалу виготовляють панчохи, колготки й інші речі.

До поліамідів належить й лавсан (Лабораторія високомолекулярних сполук академії наук СРСР), що має високу хімічну й морозостійкість (до -70 °С).

Найбільше застосування мають поліаміди типу капрону, нейлону, лавсану. Використовуються у виробництві високоміцних волокон, плівок, для виготовлення деталей машинобудування. З поліамідів виготовляють шестірні, приводні ремені, підшипники. Поліамідне волокно йде на виготовлення шинного корду, канатів, рибальських снастей, предметів широкого застосування.

Способи переробки: лиття під тиском, екструзія профілів, видування, механічна обробка, зварювання. Для зміцнення термопластів використовується наповнювач – скловолокна. У шаруватих термопластиках знаходять застосування склотканини. Так, капрон із подібним наповнювачем має σв = 400–430 МПа, а його працездатність підтримується до +220 °С.

10.3. Термореактивні пластмаси

Пластичні маси на основі термореактивних полімерів відрізняються від термопластів практично повною відсутністю холодотекучості під навантаженням, підвищеною теплостійкістю, нерозчинністю, малим набуханням, постійністю фізико-механічних властивостей у температурному інтервалі їхньої експлуатації. Твердіючі пластичні маси, як правило, належать до складних пластмас (ПКМ – пластичні композиційні матеріали), які у своїй сполуці, поряд зі смолами, мають різні наповнювачі: порошкові, волокнисті або складні. Тому, залежно від характеру наповнювача, пластмаси поділяються на прес-порошки, волокнисті й складні пластики.

У термореактивних пластмасах (реактопластах) сполучними є термореактивні полімери, найчастіше це епоксидні (склопластики на їхній основі здатні до тривалої експлуатації за температур до 200 °С), фенолформальдегідні (до 260 °С), кремнійорганічні (до 37 °С) і поліамідні (до 350 °С) смоли, а також неорганічні поліефіри (до 20 °С).

У порошкових пластмасах, прес-порошках (ρ = 1,4–1,45 г/см³) наповнювачами слугують органічні (деревне борошно, целюлоза) або мінеральні (графіт, тальк, кварц та ін.) порошки. Ці пластмаси мають хімічну стійкість, теплостійкість до +110 °С, задовільну міцність (σ_в = 30–60 МПа), але низьку ударну в'язкість. Із них виготовляють електроізоляційні деталі (електричні розетки і т. д.).

Прес-порошки, створені на основі епоксидних смол, знайшли широке застосування в інструментальній справі, виробництві штампів і пристосувань для усунення дефектів лиття і т. д.

У волокнистих пластмасах – волокнітах (γ = 1,35–1,45 г/см³) –наповнювач являє собою очоси бавовни. Волокніти за теплостійкістю й механічними властивостями схожі на прес-порошки, є вихідними матеріалами для виготовлення шківів, фланців і т. д.

Азбоволокніти (γ = 1,95 г/см³) мають наповнювачем волокнистий азбест, більше теплостійкий (до 200 °С), хімічно стійкий до кислот, зі значною ударною в'язкістю і високими фрикційними властивостями. Використаються у виробництві гальмівних пристроїв (гальмівні колодки).

Високоміцні короткі скляні волокна використаються як наповнювачі в скловолокнах марок АГ-4У або ДСВ. Скловолокніти хімічно стійкі, негорючі, гранична температура тривалої роботи становить 280 °С, мають високу міцність (σв = 80–500 МПа) та технологічні властивості. Використовуючи довгі волокна, одержують орієнтовані скловолокніти марок АГ-4С, ВМ-1 та ін. із механічними властивостями, що в 3–5 разів вище звичайних скловолокнітів. Зі скловолокнітів роблять високоточні, будь-якої конфігурації (з різьбою і зі сталевими арматурами) кріпильні вироби й деталі машин.

У складних пластмасах застосовують листові наповнювачі.

Гетинакси з паперовими наповнювачами підрозділяються на електротехнічні й декоративні. Хімічно стійкі, Т_max = 150 °С, σ_в = 80– 100 МПа. Використаються в електротехнічній промисловості для виготовлення різних щитків і панелей.

Текстоліти мають наповнювач із бавовняних тканин, випускаються марок ПТК, ПТ й інших. Т_max = 80–125 °С, σ_в = 60–100 МПа. Використаються для виробництва зубчастих коліс, вкладишів, підшипників.

Деревно-шаруваті пластики (ДСП) містять наповнювачі у вигляді деревної шпони. Вироби із ДСП експлуатуються до температури 140–200 °С, σв = 130–300 МПа, безшумні в роботі й довговічні. З них роблять підшипники, шківи, деталі швейних і текстильних машин, автомобілів, вигонів й інше.

В асботекстолітах у якості наповнювача використається азбестова тканина. Це конструкційний, фрикційний і термостійкий матеріал. Використовується для гальмівних пристроїв.

До складних пластмас належать й склотекстоліти з наповнювачем зі склотканин. Здатні до довгої експлуатації за Т = 200–400 °С, а короткочасно – до декількох тисяч градусів. Хімічно стійкі, σ_в = 600 МПа. Зі стекловолокнітів виготовляють корпуса човнів, судів, кузова автомашин й інше.

10.4. Синтетичні еластоміри, каучук, гума

Каучуки є лінійними полімерами з дуже великою молекулярною масою. Майже всі синтетичні каучуки одержують методом емульсійної полімеризації у водних середовищах. За нормальних температур каучук перебуває у високо еластичному стані, температура їх склування – від -40 до -70 °С.

Для одержання високоеластичних властивостей каучук переводять у рідкосітчатий полімер за допомогою вулканізації. Вулканізаторами є сірка, а також оксиди ряду металів. Суміш каучуку з вулканізатором називається сирою гумою, а після вулканізації – гумою або вулканізатом. Залежно від кількості сірки, ступінь сітчатості змінюється. Змінюються й властивості гуми (за 1–5 % S утвориться рідкосітчата гума з високою еластичністю; за 30 % S сітка стає настільки густою, що матеріал губить еластичність – утвориться ебоніт). Для збільшення міцності й зносостійкості до складу гуми вводять дрібнодисперсійні поверхнево-активні речовини – наповнювачі (сажа, оксид кремнію або титану).

За призначенням розрізняють гуми загального призначення й спеціальні.

До гум загального призначення належать вулканізатори натуральних (НК) і синтетичних (СКБ, СКС, СКИ) каучуків. Гума на основі НК відрізняється високою еластичністю, міцністю, водо- і газопроникністю. Удосконалення технології виготовлення синтетичних каучуків і гум на їхній основі дозволяє одержати гуми, які за якістю не поступаються гумам на основі НК. Із гум загального призначення виготовляють ремені, рукави, шини, транспортні стрічки, труби й інші гумовотехнічні вироби.

До гум спеціального призначення належать гуми, що володіють специфічними властивостями (маслостійкі, бензиностійки та ін.).
У групу маслобензостійких гум входить наприт (хлоропреновий каучук), що має високу еластичність, вібростійкість, озоностійкість; тіокол – гарний герметик. Гума СКТ належить до теплостійкої (температурний інтервал експлуатації – 60–200 °С). Зносостійкі гуми одержують на основі синтетичного каучуку марки СКУ. Зі спеціальних гум виготовляють ремені, транспортерні стрічки, діафрагми, гнучкі шланги й інше.

Клеї. Клеями є колоїдні розчини, що утворюють щільні плівки. Основу клею складає плівкоутворювальна речовина, у якості якої використовуються полімерні матеріали (смоли). Залежно від призначення, застосовують клеї на основі фенолформальдегідних і епоксидних смол для склеювання металів, склопластиків, бетону. Клеї на основі кремнійорганічних сполук застосовуються для склеювання легованих сталей, титанових сплавів й ін. Високотеплостійкі клеї здатні працювати за температур до 3000 °С. Одержують їх на основі неорганічних сполук.

Гумові клеї використовують для склеювання гуми, гуми з металом і іншими матеріалами.

Розділ 11. Деревина та її властивості

11.1. Загальні відомості

Деревина – це сукупність тканин деревинних волокон, що містяться у стовбурі дерева. Вона широко використовується, тому що має рідкісне поєднання цінних властивостей.

Деревина – міцний і одночасно легкий матеріал із високими теплоізоляційними властивостями, здатний гасити вібрації та поглинати енерґію ударних навантажень, легко обробляється, склеюється, добре утримує різні металеві кріплення. Має хороші декоративні якості та унікальну резонансну здатність.

Ці властивості і природні особливості деревини дозволяють застосовувати її для виробництва будівельних матеріалів, виробів і конструкцій, меблів і музичних інструментів, паперу і картону.

Однак матеріали із деревини мають істотні недоліки: змінність властивостей, неоднорідність будови, анізотропність, наявність вад, здатність усихати і набухати, жолобитися і розтріскуватися, горіти і загнивати. Ці недоліки усувають хімічною, хіміко-механічною переробкою деревини у плиткові та листові матеріали. Просочування деревини антисептиками, антипіренами, смолами, а також пресування і пластифікація змінює властивості натуральної деревини і дозволяють одержувати матеріали підвищеної міцності, біо- , зносо- і вогнестійкості.

Деревина є також сировиною для гідролізної промисловості. Із відходів лісопиляння, деревообробки і дров’яної деревини в результаті їх хімічної переробки одержують етиловий спирт, фурфурол, скипидар, метиловий спирт, білкові дріжджі, цукор, кристалічну глюкозу.

Гарячим пресуванням деревинних стружок, змішаних із полімерами, одержують деревостружкові плити, а з волокнистої деревинної маси і полімерів – деревно-волокнисті плити. Ці плити широко застосовуються у будівництві як конструкційні, тепло- і звукоізоляційні матеріали.

11.2. Будова дерев. Види деревини

Дерево, що росте, складається із кореня, стовбура і крони. Деревину, котра використовується як будівельний матеріал, в основному дає стовбур, що становить 90 % об’єму деревини.

Будову деревини, яку видно неозброєним оком або за незначного збільшення, називають макроструктурою, а за значного збільшення – мікроструктурою.

Породу деревини не важко визначити за зовнішнім виглядом кори. Наприклад, у берези вона біла з чорними плямами, в осики – зеленувато-сіра, ясеня – сіра, дуба – від сірувато-бурого до темно-сірого, смереки – світло-сіра, ялини – від сірувато-бурого до темно- бурого, сосни – від темно-бурого до золотистого. Товщина кори зменшується в напрямі від кореня до верхівки.

Розрізняють дві категорії порід дерев: ядрові та без’ядрові. Деревина ядрових порід (сосна, модрина, кедр, ялівець, дуб, каштан, ясень, в’яз, ільм, біла акація, тополя) складається із ядра і заболоні. Без’ядрові породи поділяються на спіло деревинні (ялина, смерека, бук, осика) і заболонні (береза, липа, вільха, граб, груша).

Породу деревини визначають за такими ознаками: наявність чи відсутність ядра, колір ядра і заболоні, перехід від заболоні до ядра (рис.11.1.)

Річні кільця – це одна із ознак, згідно з якою визначають породу деревини. При цьому важливе значення має ступінь видимості річних кілець та їх обрис. Річне кільце добре видно в деревині хвойних порід, слабше в деревині кільцевосудинних порід, малопомітні у деревині розсіяно-судинних порід.

3

Рис. 11.1. Поперечний розріз стовбура:

1 – серцевина, 2 – серцевинні проміні, 3 – ядро, 4 – пробковий прошарок, 5 – луб, 6 – заболонь, 7 – камбій, 8 – річний прошарок

Найважливіші розпізнавальні ознаки деревини листяних порід – судини, хвойних – смоляні ходи. За розмірами судин, їх групуванням та станом, а також за наявністю чи відсутністю вертикальних смоляних ходів можна визначити породу дерева.

Недоліки окремих ділянок деревини, що знижують якість і обмежують можливість її використання, називають вадами і визначають за зовнішніми ознаками. На окремих сортаментах (колодах, дошках, шпоні), а також на зразках у вигляді дощечок довжиною 15–20 см, шириною 10–12 см і товщиною 35 см.

Вади деревини ділять на групи: сучки, тріщини, вади форми, стовбура, вади будови деревини, хімічні забарвлення, грибкові ураження, біологічні пошкодження.

Сучок – частина гілки, яка міститься у деревині стовбура. Сучки – найбільш поширені вади деревини.

Тріщини – розрив деревини вздовж волокон. Різновиди тріщин розрізняються за:

• типами (проста і складна), морозна, тріщина усушки;

• положенням у сортаменті (бокова, пластова, кромочна, торцьова);

• глибиною (неглибока, глибока, наскрізна, не наскрізна);

• шириною (зімкнута й яка розійшлась).

11.3. Фізичні і механічні властивості деревини

Деревина – основний матеріал для виготовлення будівельних виробів і меблів – повинна відповідати певним вимогам:

• не мати недопустимих вад і дефектів;

• легко оброблюватися;

• не змінювати надану їй форму;

• добре чинити опір діючим на неї зусиллям;

• протистояти впливу вологи і повітря.

Із фізичних властивостей деревини найбільш практичне значення мають:

- число річних кілець в одному сантиметрі і вміст пізньої деревини в річному шарі;

- вологість;

- усушка;

- набрякання;

- щільність.

До основних механічних властивостей належать:

• границя міцності за стискання;

• границя міцності за розтягування;

• границя міцності за статичного вигину;

• сколювання вздовж волокон деревини;

• твердість.

До технологічних властивостей належить здатність утримувати металеві кріплення.

Для кожної породи існує найбільше і найменше число річних шарів на 1 см за радіальним напрямом. Збільшення або зменшення цього числа приводить до зміни фізико-механічних властивостей деревини.

Сосна – 3–25 кілець на 1 см, ялина – 3–20, дуб – 2–12.