Технология получения неметаллических конструкционных материалов

Министерство образования  Российской Федерации

Пермский государственный  технический университет

 

 

 

 

Кафедра  «Технология, Конструирование и автоматизация  в

специальном машиностроении»

 

 

 

 

 

 

 

                                  РЕФЕРАТ

 

 

«Технология получения неметаллических конструкционных материалов»

 

По курсу «Технологические процессы в машиностроении»

 

 

 

 

 

 

   

 

    Принял: преподаватель  Ярушин С.Г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пермь, 2009 г.

Содержание

 

Введение

Резиновые материалы

-натуральный и синтетический  каучук

-Наполнители, пластификаторы и вулканизирующие агенты резин

-Резины общего и  специального назначения

-Герметики

-Компаунды

-Производство резины

Пластмассы

-Термопластичные

-Термореактивные

-Производство пластмасс

Композиционные  материалы

-Композиционные материалы с волокнистыми наполнителями

-Композиционные материалы  со слоистыми наполнителями

-Композиционные материалы  с газообразными наполнителями

-Металлополимерные каркасные  материалы

-Производство композиционных  материалов

Керамика и её производство

Литература 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

Неметаллические материалы представляют собой  огромный выбор материалов, таких как пластмассы, смолы, герметики, керамические материалы, стекло, клеящие материалы, маслосодержащие материалы, эмали, лаки, древесина и др. Современные разработки новых технологий в области применения  неметаллических материалов, позволяют произвести замену многих деталей и узлов из металлов, применяемых в различных отраслях промышленности, тем самым снижая вес конструкции, обеспечивая бесшумность работы оборудования и увеличивая срок службы деталей и узлов. Некоторые материалы обладают прочностью, легкостью, термической и химической стойкостью на порядки выше, чем у металлов, высокими электроизоляционными свойствами, а так же оптической прозрачностью, которая вообще не может существовать у металлов. Замена металлических материалов неметаллами сулит значительную экономическую выгоду.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Резиновые материалы

 

Натуральный и  синтетический каучук

 

Основой всякой резины является натуральный каучук (НК) или синтетический (СК), который обеспечивает пластичность исходной резиновой смеси (сырой резины) и во многом определяет основные физико-механические свойства резинового материала.

Натуральный каучук представляет собой продукт коагуляции млечного сока (латекса) бразильской гевеи. По химическому строению НК является продуктом полимеризации изопрена регулярной структуры с молекулярной массой от 70000 до 2500000. Плотность НК 910...920 кг/м3. С помощью специальных агентов можно перевести каучук в термостабильное состояние. Натуральный каучук характеризуется высокой морозостойкостью (до -60°С), высоким сопротивлением истиранию, газо и водонепроницаемостью, хорошими электрическими свойствами и высокой эластичностью.

Синтетический каучук (СК) представляет собой продукт полимеризации однородных или разнородных мономеров углеводородного, нитрильного, сульфидного, силоксанового и дру-

гих типов. Молекулы синтетических  каучуков отличаются большей степенью разветвленности и, благодаря сочетанию различных звеньев, большим разнообразием свойств.

Основными типами синтетических каучуков, имеющих промышленное значение, являются бутадиеновые, бутадиенстирольные, изопреновые, относящиеся к каучукам общего назначения, а также хлоропреновые, бутадиен-нитрильные, бутилкаучуки, этиленпропиленовые, уретановые, силоксановые, фторкаучуки, полисульфидные (тиоколы) и другие, относящиеся к каучукам специального назначения.

Бутадиеновый  каучук (СКБ) получают путем полимеризации бутадиена в присутствии катализатора – металлического натрия. Он имеет невысокую прочность и морозостойкость до -45°С. Применяется в производстве прокладок, ковриков, различных уплотнителей, эбонитовых изделий, диэлектрических резин. В настоящее время заменяется в основном бутадиен-стирольными и другими каучуками.

Бутадиен-стирольные (СКС) и бутадиен-α-метилстирольные каучуки (СКМС) – продукты совместной полимеризации бутадиена со стиролом и бутадиена с метилстиролом –

имеют высокое сопротивление  истиранию. По морозостойкости они несколько уступают натуральному каучуку. Более морозостойки каучуки с пониженным содержанием стирола или метилстирола, например СКС-10, СКМС-10, СКС-10-1. Однако большей прочностью отличаются каучуки, содержащие больше стирола, например СКС-30, СКС-50.

Изопреновый каучук (СКИ) – продукт каталитической полимеризации изопрена. Каучук СКИ-3 по структуре и эластичности наиболее близок к натуральному каучуку, но имеет более

низкую когезионную  прочность. Выпускают изопреновые каучуки для электроизоляционных резин (СКИ-ЗД), вакуумной техники (СКМИ-ЗВ), пищевой промышленности (СКИ-ЗП).

Изопреновые каучуки  являются каучуками общего назначения и применяются в производстве транспортерных лент, амортизаторов, гуммирования аппаратуры и др.

Хлоропреновый каучук (наирит) представляет собой продукт эмульсионной полимеризации хлоропрена, относящийся к числу стереорегулярных кристаллизующихся полимеров. Вы-

пускают хлоропреновые  каучуки, модифицированные серой (наирит СР и КР) и не содержащие серы, с примесью меркаптанов (наирит П и НП). Наириты отличаются высокой стойкостью к атмосферным воздействиям и масло-бензостойкостью, стойкостью к спиртам, кетонам, нитросоединениям, соляной и уксусной кислотам, хлористому водороду, хорошо сопротивляются тепловому старению, не поддерживают горения после удаления пламени. Наириты используются для гуммирования химической аппаратуры, изготовления оплеток кабелей, транспортерных лент и др. Морозостойкость их до -40°С.

Бутадиен-нитрильные каучуки. (СКН) являются продуктами совместной полимеризации бутадиена с нитрилом акриловой кислоты. СКН относится к некристаллизующимся каучукам. Свойства вулканизатов зависят от количества нитрильных групп. С увеличением количества нитрильных групп повышаются стойкость к действию масел и бензина, теплостойкость,

однако снижается эластичность и ухудшается морозостойкость. Например, морозостойкость СКН-18 составляет до -60°С, а СКН-40 до -28°С. Повышенной масло-бензостойкостью, тепло и радиационной стойкостью и более высоким сопротивлением раздиру обладает каучук СКН-50СМ. Каучук СКН применяют для получения транспортерных лент, уплотнительных прокладок, манжет и т.п.

Бутилкаучуки (БК) представляют собой кристаллизующиеся каучуки с линейной структурой, получают их путем совместной полимеризации изобутилена с 0,6...3% изопрена. Они имеют высокую химическую стойкость, газо- и влагонепроницаемость, стойки к тепловому и атмосферному старению, к действию озона, кислот и щелочей. Бутилкаучуки применяют для изготовления резинотехнических изделий, от которых требуется повышенная тепло-, паро-, озоно- и химическая стойкость.

Этиленпропиленовые  каучуки являются некристаллизующимся продуктом совместной полимеризации этилена с пропиленом (СКЭП) и с добавкой диенов (СКЭПТ). Они обладают хорошими электроизоляционными свойствами и износостойкостью, низкой плотностью. Используются в основном для изготовления электроизоляционных изделий, герметиков, транспортерных лент и др.

Уретановые  каучуки (СКУ) получают взаимодействием диизоцианатов с простыми (СКУ-ПФ, СКУ-ПФЛ) или сложными (СКУ-8, СКУ-7, СКУ-8П) эфирами. СКУ обладают высокой стойкостью к истиранию, набуханию в маслах, различных топливах и растворителях, озоно- и светостойкостью, радиационной и вибростойкостью. Применяют СКУ для изготовления резинотехнических изделий, от которых требуется высокая износостойкость и стойкость к воздействию различных жидких сред.

Фторкаучуки (СКФ) – продукт сополимеризации ненасыщенных фторсодержащих углеводородов. СКФ обладают высокой теплостойкостью, стойкостью к маслам, топливам, органическим жидкостям, сильным окислителям, негорючи. Их применяют в производстве уплотнительных и герметизирующих деталей, шлангов, рукавов, изоляции и прочих деталей, эксплуатируемых при температурах до 200°С, а кратковременно и до 315°С.

Полисульфидные  каучуки (тиоколы) – продукты взаимодействия галоидопроизводных углеводородов с соединениями щелочных металлов. Вулканизаты тиокола стойки к действию органических растворителей, озона, кислорода, обладают хорошей газонепроницаемостью, однако имеют невысокие механические свойства. Жидкие тиоколы – Т, НВТ, НВБ-1, НВБ-2  применяют для изготовления герметизирующих паст и замазок.

Силоксановые  каучуки представляют собой кремнийорганические полимерные соединения, основная цепь которых состоит из чередующихся атомов кремния и кислорода. Каждый атом кремния связан с двумя органическими радикалами. В зависимости от состава радикалов u1088 различают диметилсилоксановые каучуки (СКТ), винилсилоксановые (СКТВ), фенилсилоксановые (СКТФТ), этилсилоксановые (СКТЭ), фенильный каучук с винильными группами (СКТФВ). В марках низкомолекулярных каучуков добавляется в конце буква Н (например, СКТВН). Силоксановые каучуки обладают высокой термостойкостью (до 300°С) и морозостойкостью (до -100°С), хорошими электроизоляционными свойствами, устойчивы к ультрафиолетовому излучению, действию кислорода и озона. Однако они имеют невысокое сопротивление истиранию, нестойки к действию ряда топлив, масел. Применяются эти каучуки в основном для изготовления теплостойких уплотнений и других элементов.

 

Наполнители, пластификаторы и другие вулканизирующие агенты резины

 

Наполнители. В производстве резин и резинотехнических изделий применяются порошкообразные и тканевые наполнители. Основные функции наполнителей:

1) изменение физико-механических свойств резин и придание им специальных свойств (например, электропроводности,

химстойкости и др.);

2) облегчение обработки  резиновых смесей;

3) снижение стоимости  изделий.

Наполнители, улучшающие механические свойства резин, называются активными, или усиливающими. Наполнители, вводимые для снижения стоимости резинотехнических изделий и не оказывающие существенного влияния на свойства резин, называются неактивными, или инертными. В качестве активных наполнителей используют углеродистую сажу, диоксид кремния («белая сажа»), силикаты металлов, некоторые органические продукты (синтетические полимеры, лигнин) и др. Например, введение сажи в каучуки СКВ, СКС, СКН увеличивает их временное сопротивление. К инертным наполнителям относятся в основном различные неорганические продукты природного происхождения: мел, каолин, тальк, регенерат резины и др. Прочность резиновых смесей зависит от дисперсности и удельной поверхности наполнителя. Активные сажи имеют дисперсность 0,05...0,15 мкм и удельную поверхность более 65 м²/г. Высокодисперсные сажи придают вулканизатам высокую прочность на разрыв и раздир, высокую износостойкость.

«Белую  сажу» в качестве наполнителя применяют при получении светлых и цветных резин в пропорции 7/10. Она повышает механические свойства каучуков, их тепло- и огнестойкость. Для теплостойких резин используют в качестве наполнителей также фторид и силикат кальция. В производстве прорезиненных тканевых изделий, таких как шины, транспортерные ленты, приводные ремни, рукава и т.д., в качестве наполнителей используют корд, бельтинг и разнообразные рукавные ткани.

Пластификаторы (мягчители) вводят в каучук для облегчения совмещения его с остальными компонентами резиновой смеси, заполнения ею форм в процессе формования изделий, повышения адгезии каучука к тканям и пластичности. Наряду со своей основной функцией ряд мягчителей придает резинам специфические свойства: высокую морозостойкость, эластичность, низкую горючесть, газонепроницаемость, пониженную окисляемость. Содержание пластификаторов в резиновых смесях составляет от 8 до 30% от общей массы. Пластификаторы должны быть совместимы с каучуками, стойки при температурах переработки и вулканизации, быть нетоксичными. В качестве пластификаторов используются парафины, жирные кислоты, битумы, дибутилфталат, растительные масла, различные

синтетические продукты. Для увеличения долговечности резинотехнических изделий вводятся противостарители, т.е. органические вещества, повышающие стойкость резин к воздействию кислорода воздуха и

теплоты, возникающей  в результате гистерезисных потерь при деформировании резин. В качестве таковых используются различные фенолы, первичные ароматические амины, ароматические диамины, в частности неозон Д, параоксинеозон, альдольвоск и др.

Кроме антиоксидантов в резины вводят антирады, одоранты, красители и другие специальные добавки. Основным процессом переработки каучука в резину является вулканизация – сшивка макромолекул каучука при нагреве

под действием специальных  вулканизующих агентов. Продукт вулканизации принимает пространственно-сшитую структуру, от густоты сетки которой зависят физико-механические свойства резины.

В качестве вулканизующего агента наиболее широкое применение нашла сера. Обычно используется сера дисперсностью 0,35...0,40 мкм. При содержании серы до 5% образуются редкосетчатые резины – мягкие, высокоэластичные. С увеличением содержания серы сетчатая структура становится более густой, резина – более твердой, и при максимально возможном насыщении каучука серой (32%) образуется твердый материал, называемый эбонитом.

Вещества, ускоряющие реакцию взаимодействия каучука с серой, носят название ускорителей. Наиболее распространенные ускорители – тиурам, каптакс, альтакс, гуанидины, сульфенамидные соединения. Для повышения эффективности их действия вводят дополнительно активаторы – оксиды металлов, в частности цинка и магния. При вулканизации каучуков с низкой степенью непредельности, например бутилкаучуков, применяют в качестве вулканизующих агентов фенолоформальдегидные смолы. Перекись бензоила используется для вулканизации силоксановых каучуков и фторкаучуков. Вулканизация этиленпропиленовых и силоксановых каучуков осуществляется перекисью дикумила.