Материаловедение методическое пособие для обучающихся по профессии «Сборщик изделий из пластмасс»
методическая разработка

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ИСПОЛНЕНИЯ НАКАЗАНИЙ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ  КАЗЕННОЕ  ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ №262

ФЕДЕРАЛЬНОЙ СЛУЖБЫ ИСПОЛНЕНИЯ НАКАЗАНИЙ

(ФКП образовательное учреждение № 262)

Материаловедение

методическое пособие

для обучающихся по профессии

«Сборщик изделий из пластмасс»

г. Кемерово

1. Предмет «Материаловедение»

Материаловедение — наука, изучающая связь между строением (структурой) и свойствами материала, а также их изменения при внешних воздействиях (тепловом, механическом, химическом и т. д.).

Материаловедение позволяет правильно выбрать материал и технологию его переработки для обеспечения эксплуатации изделия в течение заданного времени.

Материалы — это исходные вещества для производства продукции и вспомогательные вещества для проведения производственных процессов. Различают следующие разновидности материалов:

— сырье, или сырые материалы, которые подлежат дальнейшей переработке (железная руда на металлургическом заводе, нефть на нефтеперерабатывающем комбинате);

— полуфабрикат — переработанный материал, который должен пройти одну или несколько стадий обработки, для того чтобы стать изделием, годным к потреблению.

Готовая продукция одного производства может служить полуфабрикатом для другого.

При создании новых изделий всегда ставится цель повышения эффективности и качества известных, существующих изделий: увеличение рабочих давлений, скорости и температуры, снижение массы изделий, приходящейся на единицу создаваемой или передаваемой мощности. В лучших образцах техники реализуются последние достижения науки. Работоспособность машин тесно связано с достижениями материаловедения.

Развитие многих областей современной техники связано с применением высокопрочных материалов. В XX веке прочность основных машиностроительных и строительных  материалов возросла в 8—10 раз. Перед наукой стоит проблема сделать высокопрочные материалы такими же надежными и недорогими, как рядовые материалы.

Материаловедение условно разделяют на теоретическое и прикладное. Теоретическое рассматривает общие закономерности строения материалов и процессов, происходящих в них при внешних воздействиях. Оно базируется на достижениях естественных наук (физики, химии, механики и др.), от развития которых зависят использование материалов в технике и эффективность методов переработки их в изделия.

Задача прикладного материаловедения — определить оптимальные структуры и технологии переработки материалов при изготовлении конструкций, деталей машин и других технических изделий.

2. Структура материалов

Структура — совокупность устойчивых связей материала, обеспечивающих его целостность и сохранение основных свойств при внешних и внутренних изменениях.

Структура материалов определяется множеством факторов: строением атомов, ионов, молекул и т. д. В материаловедении принято рассматривать три уровня строения материалов: атом — молекула — фаза.

Всякое вещество не является чем-то сплошным, а состоит из отдельных очень маленьких частиц. Для большинства веществ частицы представляют собой молекулы. Молекулы в свою очередь состоят из атомов.

Молекула — наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.

Атом — наименьшая частица химического элемента, обладающая его химическими свойствами.

В состав молекулы может входить различное число атомов. При этом атомы могут соединяться друг с другом не только в различных соотношениях, но и различным образом. Поэтому при сравнительно небольшом числе химических элементов число различных веществ очень велико.

К образованию устойчивой многоатомной системы (молекулы или кристалла) приводит  химическая связь между атомами, которая может возникать при их взаимодействии.

Атом представляет собой сложную систему из отрицательно заряженных электронов и положительно заряженного ядра. Благодаря взаимодействию электрических полей, создаваемых электронами и ядрами атомов, участвующих в образовании молекулы или кристалла, возникает химическая связь.

Твердые вещества построены из молекул, атомов и ионов, прочно связанных между собой. Поэтому они имеют определенный объем и форму.

Частицы твердого вещества не могут свободно перемещаться, они сохраняют взаимное расположение, совершая колебания около центров равновесия, поэтому для изменения объема и формы твердого вещества требуется усилие.

Различают два состояния твердых веществ:

— кристаллическое,

— аморфное.

Кристаллы каждого кристаллического вещества имеют характерную для них форму. Так, кристаллы хлорида натрия имеют форму куба, нитрата калия — призмы и т.д.

В кристаллических веществах частицы, из которых построены кристаллы, размещены в пространстве в определенном порядке и образуют пространственную решетку. В зависимости от характера частиц, находящихся в узлах пространственной решетки, различают молекулярные, атомные и металлические решетки.

3. Основные свойства материалов

Механические свойства материалов характеризуют возможность их использования в изделиях, эксплуатируемых при воздействии внешних нагрузок. Основными показателями свойств материалов являются:

— прочность;

— твердость.

Прочность — свойство материалов сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы под действием внешних нагрузок. Она обусловлена силами взаимодействия атомных частиц, составляющих материал.

Твердость — это свойство материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого тела.

Кроме этих свойств материала материаловедение изучает другие свойства.

1) Деформирование — изменение относительного расположения частиц в материале (растяжение, сжатие, изгиб, кручение, сдвиг). Таким образом, деформация — изменение формы и размеров изделия или его частей в результате деформирования. Деформацию называют упругой, если она исчезает после снятия нагрузки, или пластичной, если она не исчезает (необратима).

2) Усталость материалов — процесс постепенного накопления повреждений под действием переменных напряжений, приводящих к изменению свойств материалов, образованию и разрастанию трещин. Свойство материалов противостоять усталости называется выносливостью.

3) Износостойкость — свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения.

4. Коррозия материалов

Коррозия — физико-химический процесс изменения свойств, повреждения и разрушения материалов вследствие перехода их компонентов в соединения с компонентами окружающей среды.

Под коррозионным повреждением понимают любой дефект структуры материала, возникший в результате коррозии.

Электрохимическая коррозия — процесс взаимодействия материалов и окружающей среды посредством электродных реакций. Металлы наиболее подвержены этому виду коррозии вследствие высокой электрической проводимости и химической активности.

Коррозионное повреждение различных участков материала может быть неодинаковым. По характеру разрушения материалов различают равномерную и местную коррозию.

Металлические материалы, приходя в соприкосновение с окружающей их средой, подвергаются с той или иной скоростью разрушению. Металлы вступают в окислительно-восстановительные реакции с веществами, находящимися в окружающей среде, и окисляются. Это является причиной разрушения.

Самопроизвольное разрушение металлических материалов, происходящее под химическим воздействием окружающей среды, называется коррозией.

К основным видам коррозии относятся:

— коррозия в газах (газовая коррозия),

— коррозия в растворах электролитов (электрохимическая коррозия).

Коррозия в газах происходит при повышенных температурах, когда конденсация влаги на поверхности металла невозможна. Газовой коррозии подвергаются арматура печей, детали двигателей внутреннего сгорания и т. д. Газовую коррозию претерпевает металл, подвергаемый термической обработке.

К электрохимической коррозии относятся все случаи коррозии в водных растворах и коррозия металла, находящегося во влажной атмосфере. В результате электрохимической коррозии окисление металла может приводить к образованию нерастворимых продуктов (ржавчины).

Для защиты от коррозии применяются разнообразные методы, важнейшими из которых являются:

— применение химически стойких сплавов;

— защита поверхности металла покрытиями;

— обработка коррозионной среды;

— электрохимические методы.

Покрытия, применяемые для защиты металлов, подразделяются на:

— металлические, в качестве которых применяют металлы, образующие на своей поверхности защитные пленки (хром, никель, цинк, алюминий и др.);

— неметаллические покрытия лаками, красками, эмалями, фенолоформальдегидными и другими смолами;

— покрытия, создаваемые химической или электрохимической обработкой металла, представляющие собой защитные оксидные или солевые пленки (оксидирование алюминия, фосфатирование стали).

5. Основные свойства и классификация металлов

Металлы в твердом и отчасти в жидком состоянии обладают рядом характерных свойств:

— высокой тепло- и электропроводностью;

— хорошей отражательной способностью; металлы непрозрачны и обладают металлическим блеском;

— повышенной способностью к пластической деформации.

Наличие этих свойств и характеризует так называемое металлическое состояние вещества.

Все металлы и металлические сплавы — тела кристаллические.

Металлы делятся на две группы:

— черные: железо, марганец, хром,

— цветные — все остальные.

Цветные металлы по разным признакам делятся на подгруппы:

— тяжелые, имеющие плотность больше 5 г/см3 (цинк, медь, олово, свинец, серебро, золото и др.);

— легкие, имеющие плотность до 5 г/см3 (литий, натрий, магний, калий, алюминий и др.);

— тугоплавкие, температура плавления которых выше, чем у железа (ниобий, молибден, вольфрам и др.);

— легкоплавкие (цезий, галий, калий, натрий, олово, свинец и др.);

— редкие (молибден, вольфрам, ванадий и др.);

— благородные (золото, серебро, платина, палладий и др.).

6. Обозначение марок стали

Сталь — это сплав железа с углеродом, который содержит менее 2,14 % углерода. Главной составляющей, определяющей свойства сталей, является углерод. С увеличением процентного содержания углерода прочность стали повышается, а способность к пластической деформации понижается.

Молекула Окиси железа Fe2O3 выглядит следующим образом, где два атома железа взаимодействуют с тремя атомами кислорода. В природе не возможно встретить руду с содержанием только одного железа, добываемая железная руда состоит из окиси железа.

Кроме углеродистых широко применяют легированные стали, в состав которых для улучшения тех или иных свойств дополнительно вводят хром, никель, молибден и другие элементы.

Сера и фосфор относятся к вредным примесям. Сера уменьшает способсть к ковке и свариваемость, делает сталь ломкой при нагреве. Фосфор придает стали хрупкость в холодном и горячем состоянии.

По химическому составу стали подразделяют на:

— углеродистые (низкоуглеродистые до 0,2 % С, Ст0, Ст1, Ст2, Ст3 …..Ст6; среднеуглеродистые 0,2—0,45 % С; высокоуглеродистые, содержащие более 0,5 % С, Сталь 20, Сталь 30, Сталь 40);

— легированные (это стали, имеющие в своем составе различные химические элементы).

При обозначении марок стали используют следующие обозначения химических элементов: Г — марганец, М — молибден, Д — медь, Р — бор, С — кремний, В — вольфрам, Ю — алюминий, П — фосфор, Н — никель, Ф — ванадий, Б — ниобий, А — азот, X — хром, Т — титан, К — кобальт, Ц — цирконий.

Для маркировки стали в России пользуются определенным сочетанием цифр и букв, показывающих примерный химический состав стали.

Первые цифры в марке стали указывают содержание углерода в сотых долях процента. Если в начале маркировки перед буквами стоит одна цифра, то она выражает содержание углерода в десятых долях процента; при содержании углерода свыше 1 % цифру перед буквами не ставят.

Далее в маркировке следуют буквы, показывающие наличие соответствующих легирующих элементов в составе стали. Цифры за буквами показывают среднее (округленное до 1) процентное содержание легирующего элемента. При этом, если содержание элемента до 1 %, цифра не ставится.

Например, сталь 32Х6Н7 — содержит в среднем 0,32 % углерода, 6 % хрома, 7% никеля.

6. Металлы и сплавы, применяемые в производстве окон из ПВХ

В производстве окон из ПВХ применяют металлические детали, которые используются в фурнитуре, в армировании пластиковых профилей и в дистанционной рамке стеклопакета.

В производстве оконной фурнитуры применяют следующие легированные стали:

20Х13Н4Г9,

07Х16Н6,

09Х17Н7Ю1,

10Х14Г14Н4Т,

12Х17Г9АН4,

08Х17Н13М2Т

Кроме фурнитуры из металла изготавливают армирующие профили, которые закрепляются в камерах пластикового профиля для обеспечения прочности оконной конструкции. В производстве армирующего профиля используют низкоуглеродистые стали Ст2 и Ст3.

Из алюминия изготавливают дистанционные рамки для стеклопакета. 

Алюминий — металл серебристо-белого цвета, характеризуется низкой плотностью 2,7 г/см3, высокой электропроводностью, температура плавления 660°С. Механические свойства алюминия невысокие, поэтому в чистом виде как конструкционный материал применяется ограниченно.

Молекула оксида алюминия Al2O3  выглядит следующим образом, где два атома алюминия взаимодействуют с тремя атомами кислорода. В природе не возможно встретить руду с содержанием только одного алюминия.

Оксид алюминия  это  белое тугоплавкое вещество, в природе распространён в виде глинозёма или смеси оксидов алюминия, калия, натрия и магния, может иметь атомную кристаллическую решётку.

Для повышения физико-механических и технологических свойств алюминий легируют различными элементами (кремний, медь, магний, цинк, марганец, никель, хром). Железо и кремний являются постоянными примесями алюминия. Железо вызывает снижение пластичности и электропроводности алюминия. Кремний относится к легирующим добавкам, упрочняющим алюминий.

В зависимости от содержания постоянных примесей различают:

— алюминий особой чистоты марки А 999 (0,001 % примесей);

— алюминий высокой чистоты — А 935, А 99, А 97, А 95 (0,005-0,5 % примесей);

— технический алюминий — А 85, А 8, А 7, А 5, А 0 (0,15-0,5% примесей).

Технический алюминий выпускают в виде полуфабрикатов для дальнейшей переработки в изделия. Алюминий высокой чистоты применяют для изготовления фольги, токопроводящих и кабельных изделий.

Дистанционные рамки для стеклопакетов изготавливают путем штампования пластин из алюминиевых сплавов для ковки и штамповки марок АК 2, АК 4. Такие сплавы относятся к системе «Алюминий + Медь + Магний» с добавками кремния.

7. Пластмассы. Свойства пластмасс

Коррозионная стойкость, технологичность и другие характеристики металлических материалов все чаще не удовлетворяют возрастающим требованиям в строительстве. Поэтому современное материаловедение занято разработкой новых материалов на основе пластмасс и полимеров.

По происхождению полимеры разделяют на:

— природные;

— синтетические;

— искусственные.

Синтетические полимеры представляют собой продукт синтеза — целенаправленного получения сложных веществ из более простых.

Искусственные полимеры получают путем обработки (модифицирования) природных.

Для улучшения свойств полимерных материалов применяют их физическое и химическое модифицирование — введение в составы:

— стабилизаторов;

— пластификаторов;

— смазок;

— красителей;

— легирующих элементов.

Для повышения пластичности и (или) эластичности полимерного материала при его переработке перед эксплуатацией в его состав вводят пластификаторы.

Противоположным пластификации эффектом обладают антипластификаторы, обеспечивающие повышение жесткости материала.

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);

— светостабилизаторы (препятствующие фотоокислительному разрушению под воздействием солнечных лучей);

— противоутомители (замедляющие процессы усталостных явлений в материале).

Требуемый цвет изделиям из полимеров придают красители. Они должны хорошо смешиваться с полимерным материалом, иметь высокую дисперсность, обладать достаточной термо-, свето-, атмосферостойкостью. Различают органиче-ские и неорганические красители (пигменты). В качестве красителей широко применяются оксиды металлов (TiO2, Fe2O3), соли металлов (синий кобальт, ультрамарин), сажа.

8. Распространенные виды полимеров

1. 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. Его химическая формула

2. Полипропилен — синтетический полимер, характеризуется температурой плавления около 170°С. 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. Его химическая формула

3. Фторопласты. Эти полимеры состоят преимущественно из углерода и фтора. Достоинствами фторопластов является высокая стойкость к воздействию агрессивных сред, в том числе сильных кислот и щелочей. Фторопласты термостойки — температура их интенсивного термоокислительного разложения составляет 400°С. Фторопласты некоторых марок обладают уникальными антифрикционными свойствами, износостойкостью при трении без подвода смазочного материала. На основе фторопласта изготавливают материал тефлон, который применяется как в быту, так и в производстве пластиковых окон (сварка угловых соединений)

4. Полистирол — это бесцветный прозрачный материал, обладающий абсолютной водостойкостью, высокими электроизоляционными свойствами, светостойкостью и твердостью. Полистирол стоек к плесени, к щелочным и кислым средам. Применение полистирола— детали радиоаппаратуры, неответственные конструкционные детали, изделия бытового назначения. Ответственные детали из этого вида полистирола не изготовляют ввиду его хрупкости. Его химическая формула

5. Полиформальдегид. Материалы этой группы превосходят большинство термопластов, отличаются высокой износостойкостью, низким коэффициентом трения, малой ползучестью. Его химическая формула

6. Текстолит — это слоистый полимерный материал, где в качестве наполнителя используется хлопчатобумажная ткань, а в качестве связующего — фенолформальдегидная смола. Текстолит обладает относительно высокой механической прочностью, малой плотностью, высокими антифрикционными свойствами, высокой стойкостью к вибрационным нагрузкам, износостойкостью и хорошими диэлектрическими свойствами. Текстолит нашел широкое применение как заменитель цветных металлов для вкладышей подшипников скольжения, для изготовления зубчатых шестерен в автомобилях и других технических изделий для авиа- и машиностроения. Из электротехнического текстолита изготовляют детали повышенной прочности электроустановок для работы на воздухе и в трансформаторном масле.

7. Поливинилхлорид (ПВХ) представляет собой высокомолекулярный продукт полимеризации винилхлорида.

Пластифицированный поливинилхлорид называют пластикатом, непластифицированный (жесткий) листовой материал — винипластом.

Пластмассы на основе поливинилхлорида обладают хорошими диэлектрическими и механическими свойствами, обладают высокой стойкостью к нагрузкам и вибрациям, эластичностью, химической стойкостью.

Пластифицированный поливинилхлорид (пластикат) нашел широкое применение в машиностроении, кабельной и химической промышленности, сельском хозяйстве, промышленности стройматериалов для изготовления пленок, листов, труб, искусственной кожи, линолеума, клеев.

Формула поливинилхлорида C2H3Cl. В молекуле поливинилхлорида имеются два атома углерода, три атома водорода и один атом хлора.

Достоинствами винипластов являются высокие механические свойства, химическая стойкость, технологичность переработки в изделия, обрабатываемость резанием. Он не горит, но при температуре 120— 140°С начинает размягчаться, что используется при сварке изделий из винипласта. Температура разложения 160— 200°С. Склонен к старению под влиянием атмосферных воздействий и химических реагентов.

Винипласт выпускают преимущественно в виде листов и профильного проката (труб, прутков, уголка, профиля для пластиковых окон). Изделия из винипласта изготовляют выдавливанием, штамповкой при температуре 130°С; механической обработкой; сваркой; склейкой перхлорвиниловым клеем.

9. Свариваемость пластмасс

Большинство пластмасс, при нагревании начинают размягчаться, что используется при сварке изделий. Эта операция применима лишь для однородных пластмасс (одного вида пластмасс). При сварке пластмасс, неразъемные соединения получаются за счет взаимного проникновения (диффузии) частиц поверхностных слоев в расплавленном состоянии, под определенным давлением.

Сварку пластмасс осуществляют горячим газом, контактным нагревом и другими способами. Выбор способа зависит от вида пластмассы, формы изделия и условий работы конструкции. Профили из поливинилхлорида при производстве пластиковых окон сваривают способом контактного нагрева

     а)                                б)                                   в)                             г)

Сварка контактным нагревом основана на передаче тепла от нагретого металлического предмета на кромки свариваемых пластмассовых деталей. В результате происходит размягчение кромок, материал становится липким. Сварка проводится следующим образом. Между пластмассовыми деталями помещают нагревательное устройство (рис. а), прижимают к нему детали (рис. б), затем нагревательное устройство отводят (рис. в), а размягченные края вновь стыкуют (рис. г). Весь процесс выполняется автоматически.

10. Определение прочности угловых соединений профилей ПВХ

Для того чтобы определить качественно производится свариваемость углов рам и створок оконной конструкции или нет, на предприятии, периодически проводят испытания. Образцы профилей сваривают на оборудовании и по режимам, установленным в технологическом регламенте. Для испытаний изготавливают по три образца угловых соединений створок или рам. Концы двух отрезков профиля, вырезанные под углом 45° сваривают под углом 90°, наплавы, образовавшиеся в месте сварки, не удаляют.

Свободные концы образцов обрезают под углом 90° или под углом 45° к их продольной оси в зависимости от схемы испытания.

Существует два способа испытания, согласно схеме А и схеме Б.

1 - съемные хомуты крепления; 2 - точка приложения нагрузки; 3 - образец; 4 - упор (для схемы Б - каретки); 5 - опора

Порядок проведения испытания по схеме А

При испытаниях по схеме А образец одной из сторон жестко закрепляется к вертикальной или горизонтальной опоре. К другой стороне в плоскости образца прикладывают нагрузку (например, при помощи винтового приспособления). Величину нагрузки измеряют динамометром. Образцы нагружают до разрушения.

Порядок проведения испытания по схеме Б

Образец устанавливают на приспособление таким образом, чтобы свободные концы образца располагались на каретках, а продольная ось нагружающего пуансона и вершина образца углового соединения совпали между собой.

Образец нагружают до разрушения.

После испытания, по специальным таблицам проверяют, соответствует нагрузка, при которой произошло разрушение углового соединения, требованиям, предъявляемым к оконной конструкции или нет. Если в момент разрушения образца нагрузка была меньше требуемой, проводят проверку и настройку оборудования, на котором производилась сварка.

11. Метод    проверки    стойкости    профиля    ПВХ    к    удару    при отрицательных температурах

Чтобы оконная конструкция соответствовала требованиям, предъявляемым ей, профиль ПВХ должен выдерживать удар при отрицательных температурах. Для этого на заводах по производству профилей ПВХ проводят испытания.

Устройство для определения стойкости к удару должно отвечать следующим требованиям:

1. Радиус сферической поверхности бойка должен быть 25 мм;

2. Масса бойка – 1кг;

3. Высота падения бойка 1500 мм;

4. Расстояние между опорами должно быть 200 мм.

1 - образец; 2 - труба с внутренним диаметром 50 мм; 3 - боек; 4 – штатив.

Испытание проводят на десяти образцах длиной 300 мм.

До испытаний образцы профилей выдерживают в холодильной камере при температуре минус 10 °С, а образцы профилей морозостойкого исполнения - минус 20 °С в течение 1 часа.

Образец извлекают из холодильной камеры и укладывают на опоры. Профиль должен  быть расположен таким образом, чтобы удар бойка приходился в середину образца. Испытания проводят не позже чем через 10 с после извлечения профиля из холодильной камеры. Поднимают боек и с помощью стопорного винта устанавливают на высоте 1500 мм. Затем освобождают боек, который по трубе свободно падает на образец. После удара вынимают образец и визуально осматривают его.

Образец считают выдержавшим испытание, если при визуальном контроле на его поверхности не обнаружено трещин, разрушений, отслоений отделочного покрытия. В месте удара допускаются небольшая вмятина.

12. Каучуки и резины. Виды резины, применяемые в производстве окон

Благодаря высокой эластичности и упругости, способности поглощать вибрации, хорошей механической прочности и сопротивлению истиранию, резина является незаменимым материалом для строительства и производства оконных конструкций. Резины и каучуки применяются в качестве уплотнителей оконных конструкций и в производстве стеклопакетов.

Резину получают вулканизацией резиновой смеси. Любая резиновая смесь содержит каучук и вулканизирующее вещество — серу. Процесс вулканизации заключается в нагреве резиновой смеси до определенной температуры и выдержке ее при этой температуре в течение времени, достаточного для того, чтобы атомы серы соединили в некоторых местах молекулы каучука (имеющего линейную структуру), образовав резину — материал, обладающий новыми свойствами, отличающимися от свойств каучука. Температура вулканизации должна быть выше температуры плавления серы (120°С), но ниже температуры плавления каучука (180-200°С).

Каучук подразделяют на:

— натуральный;

— синтетический.

Натуральный каучук добывают из млечного сока (латекса) каучуконосного дерева гевеи, а также каучуконосных растений (кок-сагыз, тау-сагыз), содержащих латекс в корнях.

Молекула натурального каучука состоит из звеньев легколетучего углеводорода — изопрена и имеет всюду одинаковую (регулярную) микроструктуру.

Химическая формула резины С5Н8.

В России натуральный каучук имеет ограниченное распространение. Наша страна является родиной синтетического каучука, который был получен в 1931 году по методу, разработанному академиком С. В. Лебедевым.

Синтетический каучук получают в основном из природного и попутного нефтяных газов, а также отдельных углеводородных фракций нефтепереработки.

В настоящее время изготовляется несколько разновидностей синтетических каучуков:

— натрий-бутадиеновый, первый в мире промышленный синтетический каучук, изготовлялся из этилового спирта на базе пищевых крахмалосодержащих продуктов;

— бутадиен-стирольный является самым распространенным синтетическим каучуком. Обладает достаточной прочностью и износостойкостью;

—  бутилкаучук  обладает стойкостью к кислороду, озону и другим химическим реагентам. Основным физическим свойством этого материала является необычно высокая газо- и влагонепроницаемость. Камера из этого материала удерживает воздух в 10 раз дольше, чем камера из натурального каучука. В производстве из этого материала изготовляют паропроводные рукава, конвейерные ленты и резиновые технические детали, от которых требуются повышенные тепло-, паро- и химическая стойкость. Бутилкаучук применяется в качестве герметика при изготовлении стеклопакета;

— полиуретановые каучуки отличаются высокой износостойкостью;

— силиконовый каучук (кремний органический) сохраняет свои свойства при температурах от минус 70°С до плюс 400°С, превосходя по термостойкости натуральный каучук;

— изопреновые каучуки обладают эластичностью, которая приблизилась к показателям натурального каучука, а по некоторым другим свойствам и превосходят натуральный;

— этиленпропилен представляет собой каучукообразную массу, которая обладает высокой прочностью и эластичностью, очень устойчива к тепловому старению, имеет хорошие диэлектрические свойства. Материал обладает комплексом ценных свойств (тепло-, свето- и озоностойкостью), позволяющих использовать их в производстве резин как общего, так и специального назначения. Материал имеет высокую воздухопроницаемость, стойкий к действию сильных окислителей (HNOз, Н2О2), не разрушаются при работе в атмосферных условиях в течение нескольких лет. Он используется для производства изоляции, герметиков и различных уплотнителей. Такой каучук изготавливается из дешевых сырьевых материалов и находит многочисленные применения в промышленности.

При выборе резины для применения в строительстве оцениваются следующие показатели:

— морозостойкость;

— термостойкость или сопротивление термическому старению;

— озоностойкость;

— биостойкость;

— стойкость в жидких средах;

— диэлектрические свойства;

— износостойкость;

— пожароопасноть.

13. Клеи. Виды клеев, применяемые при сборке изделий из пластмасс

Клеи предназначены для создания из различных материалов неразъемных соединений требуемой прочности.

Процесс склеивания основан на сцеплении клея с поверхностью материалов. Способ склеивания упрощает и ускоряет технологический процесс изготовления изделия. Клеевые соединения в некоторых случаях являются единственно возможными видами соединений между собой разнородных или однородных материалов.

Современными клеями склеивают различные пластические массы, силикатные и органические стекла, натуральные и искусственные кожи, каучуки и резины, керамику, изделия из бумаги и картона, различные породы дерева, а также металлы и сплавы.

Широкое применение в строительстве получили синтетические клеи. Они состоят из смолы (фенолформальдегидной, эпоксидной) или сложных виниловых эфиров, растворителя (ацетон, этиловый спирт) и отвердителя. Склеивание синтетическим клеем возможно при комнатной температуре.

Для приклеивания резиновых деталей между собой, или резиновых деталей к металлическим и пластиковым изделиям, применяют синтетический клей 88, а так же клеи на этой основе («Момент», «Титан» и т.д.) с добавлением различных присадок и химических добавок или клей «Космофен».

В состав клея 88 входят два основных компонента – резиновая смесь и фенолформальдегидная смола. Кроме резины, клей 88 применяется при соединении металлов, древесины, полимеров и стекла.

Состав клея 88 обеспечивает прочность соединения, водостойкость, эластичность и жаростойкость.

Этот клей выгодно отличается от других видов клеев тем, что его можно наносить на поверхность детали с любой температурой. Это позволяет применять его непосредственно на строительной площадке для склеивания деталей выполненных из разных материалов.

Состав 88 нашел себя и в быту. Его используют для сборки кожаных, текстильных и резиновых деталей при ремонте предметов одежды, обуви и обихода.

Клей «Космофен СА12» в своем составе имеет этил и цианопрол. Некоторые производители комплектующих для пластиковых изделий рекомендуют для приклеивания именно этот клей. Клей отличается от других тем, что он «секундный клей», в его состав входят растворители пластика. Клей «Космофен» очень быстро склеивает резину, пластик и детали из других материалов. При использовании клея «Космофен» необходимо соблюдать особую осторожность, так как он мгновенно склеивает кожу человека и глаза.  

Производители выпускают клей в массовом порядке. К потребителю он поступает в герметично закрытых емкостях объемом в 1 литр или в более мелких упаковках (в банках, в тюбиках, клей «Космофен» в бутылочке объемом 20 грамм). Он может храниться в таком состоянии один год, разумеется, при полном соблюдении правил хранения и транспортировки. Температура, при которой его допускается хранить длительное время должна находиться в диапазоне от +10 до +25 градусов Цельсия.

В процессе изготовления пластикового окна, при установке уплотнителя, для склеивания торцов, применяется клей 88, его аналоги или «Космофен». Производители уплотнителей могут рекомендовать свои марки клеев, которые, по их мнению склеивают торцы резиновых уплотнителей более качественно.

14. Стекло

Стекло — вещество и материал, один из самых древних. Производство стекла на протяжении долгого времени сохраняло «ремесленный» характер, поскольку основным методом придания формы оставалось выдувание вручную. Например, оконное (листовое) стекло до начала XX века в основном производилось «методом цилиндров»: для получения листового стекла стеклодув вручную выдувал большой цилиндр, который затем разрезался и расправлялся. Только в начале XX века бельгийский инженер Эмиль Фурко разработал способ механического производства оконного стекла методом вытягивания.

Химическая формула стекла — Si 02. Оно может быть также природного происхождения, образовавшееся при попадании молнии в залежи кварцевого песка. Так же можно встретить стекло в виде минералов (вулканическое стекло). В природе чаще встречается стекло с химической формулой Na₂ Сa Si₆ O₁₄.

Стекло — неорганическое изотропное вещество. Стекло — это находящаяся в застывшем состоянии жидкость.

Состав стекла: кварцевый песок (69-74 %); сода (12-16 %); известняк и доломит (5-12 %) и в небольших процентных соотношениях другие компоненты. Введение в состав стекла различных добавок позволяет изменить цвет, теплоизоляционные, прочностные и другие характеристики.

В настоящее время разработаны различные виды стекол, которые имеют такие свойства как прозрачность, отражательная способность, стойкость к агрессивным средам, но и свойства, которые раньше не принадлежали стеклу, это жаростойкость, прочность, биоактивность, электропроводность.

Различные виды стёкол используются во всех сферах человеческой деятельности: от строительства, изобразительного искусства, оптики, медицины до измерительной техники, высоких технологий и космонавтики, авиации и военной техники.

Физические свойства стекла.

Температура варки стёкол от +300°C до +2500°C, в зависимости от компонентов присутствующих в стекле. 

Прозрачность не является общим свойством для всех видов природных и искусственных стёкол.

Плотность стекла зависит от его химического состава. Считается, что минимальную плотность среди стёкол имеет чистое кварцевое стекло (плавленый кварц) — 2200 кг/м³, а плотность стёкол содержащих оксиды тяжёлых элементов — свинца, висмута, тантала, бария (хрусталь, свинцовое стекло), — достигает 7500 кг/м³. Плотность обычных стёкол, в том числе оконных, колеблется в пределах 2500—2600 кг/м³.

Прочность. У обычных стёкол предел прочности на сжатие составляет от 500 до 2000 МПа (у оконного стекла около 1000 МПа). Путём закаливания стекла удаётся повысить его прочность в 3—4 раза. Также значительно повышает прочность стёкол обработка их поверхности химическими реагентами с целью удаления дефектов поверхности (мельчайших трещин, царапин и так далее).

Твёрдость стекла, как и многие другие свойства, зависит от примесей. Наиболее твёрдыми является кварцевое стекло, наиболее мягкое — свинцовое стекло.

Хрупкость. В области относительно низких температур стекло разрушается от механического воздействия без заметной пластической деформации и, таким образом, относится к идеально хрупким материалам.

Стекло — термопластичный материал, при нагреве оно постепенно размягчается и переходит в жидкость. Переход в жидкость происходит в некотором температурном интервале, величина которого зависит от химического состава стекла.

К стеклообразующим веществам относятся:

Оксиды: Si O2, B2 O3, P2 O5.

Фториды: Al F3.

В массе выпускаемого стекла в последнее время значительно возрастает доля функционального (с особыми свойствами) и декоративного стекла. Связано это с тем, что обычное стекло, применяемое в архитектуре, не отвечает современным требованием. В настоящее время к нему предъявляются чрезвычайно высокие требования по теплосбережению, механической прочности, спектральному диапазону пропускаемого излучения и т. д.

Стекла имеют великое множество разновидностей: рефлекторное - солнцезащитное отражающее стекло; ламинированное (триплекс) – прочное стекло, армированное - безопасное и пожаростойкое; закаленное - стекло с повышенной прочностью к ударам и перепадам температуры; окрашенное в массе стекло.

Стекло является традиционным материалом для заполнения светового проема. Современный уровень производства стекол и стеклопакетов из них, дает возможность удовлетворить самые изысканные желания потребителя.

Резка стекла — раскалывание его по нанесённой риске, служащей концентратором напряжений и определяющей направление раскола. Напряжение можно создать как традиционным изгибом, так и локальным нагревом пламенем. Линия реза не обязательно должна быть прямой — точечный нагрев позволяет вести трещину по достаточно крутым кривым. Наносимая риска должна быть достаточно глубокой, но при этом иметь ровные чистые края без сколов; рекомендуется предварительно смазывать стекло маслом или керосином. Риска должна быть свежей — из-за естественной аморфной текучести стекла нанесённая черта «заплывает», и через несколько минут разломить стекло будет уже труднее. В качестве резца раньше использовался алмаз, теперь же — почти исключительно твёрдые сплавы. Резцы из твёрдых сплавов позволяют производить сверление и даже токарную обработку стекла, но основным способом механической обработки являются различные виды шлифовки.