Видове полимери Печат

1.ВИДОВЕ ПОЛИМЕРИ

Видове полим. мат.-делят се на естествени и синтезирани

1.Термопласти(пластомери)-свързани мономери в една верига-линейна и разклонена.Връзката е ковалентна.При загряване омекват и преминават в течно състояние.Това е обратим процес.могат да бъдат подлагани на пласт.деф.,леене и заваряване.

-хим.стоеж-два осн. хим ел.-въглврод и водород.За да се получи полимет трява да имаме мономер .                                                                                                                                                                   -молекулен стоеж-аморфни и частично кристалинни

а.Аморфни-имат памукообразна форма(омотаване,засичане-подобряват мех. св-ва). Характерно-под темп. на встъкляване  те се твърди и крехки,с прозрачност наподобяваща стъкло,а над тази темп. омекват и преминават в течно състояние.Ако  приложим външ. усилие,над темп. на нагряване,то те ще будат линейни по посока на външ. нагряване.Получ. се псевдо кристалинно състояние.Ако премахнем външ.усилие се връща в изходно състояние(памукова форма).Но ако изпънем над темп. на встъкляване преди да премахнем външното услие се запазва ориентираната структура(анизотропия).

б.чатично кристалинни –При тях в аморфната събстанция има разположени отделни кристалинни части.3вида:сноповидни,гънкови и сферолити.

2.Дуромери(дуропласти,реактопласти)-представляват 3 деменсионно свързани атоми и атомни групи в мрежести образувания.Също с ковалентна връзка помежду си.Характерена е степента на омрежване.При загряване не омекват, не се стопяват,а накрая се разрушават.Крайната им форма трябжа да се помучи по време на синтероването.

3.Еластомери-     същата структура като на дурометите с една разлика-мрежата е мн рехава(гума).Характерно е ,че ако натовариме с голямо външ. Усилие се получ. Удължение,но след премахването му еластомера приема първонач. си форма.Пак поради тяхната мрежеста структура крайната им форма се получ. по време на синтероването.

_моелкулен стоеж на дуромери и еластомери-мрежесто образувание.Обработват се чрез мех. обработка.

Осн.. св-ва на полимерите

-външни-мн добра гладкост без допълн. обработка,оменно оцветяване чрез допълн. оцветители и прозрачност при аморфните полимери,която варира от пълна до нулева.

-физ.-хим.-устойчивост на корозия,на въздух и вода;относителни ниска плътност от 0.9 до 1.5 гр. на къб.см..Плътността подпомага високата специфична якост и се получ. олекотени конструкции.Ниска почти нулева топлопроводимост.Топлино разширение-8 пъти по-голямо от това на  стоманата и 4 по-голямо от алуминия.Мн. добри изолатори са,леки и лесно формообработващи.Широко приложение в електротехниката.

2.ДЕФОРМАЦИОННА СПОСОБНОСТ И ЯКОСТ

-Пълзене-силнои при продължително натпварване се получ. остатъчни деофрмации.

-якост-при променливи натоварвания е ниска

-сколност към стареене-сравнително висока.Най-ярко изразена при въздействие на атмосферно влияние.

3.СИНТЕЗИРАНЕ НА ПОЛИМЕРНИ МАТЕРИАЛИ

Получава се при синтез на мономери.Различават се 3 вида процеси.Чрез тях се получава суровия полимер.

1.Полимеризация  -Същност-свързване на еднакви ненаситени мономери,без отделяне на страничен продукт.Схема-А+А->В.Необходими тех. Условия:въвеждане на топлинна или електромагнитна енергия;добавяне на катализатори;провеждане на процеса в вакуум или инертна защитна среда;висока честота на изходните матерали.

Етапи на полимеризация:

Стартова реация-отваряне на една от връзките м/у два съседно въглеродни атома.Чрез вкарване на топлина пероксидът се разлага и се получ. радикали.Те разтварят хлабавата връзка и се свързват в стабилна атомна конфигурация.Създава се свободна връзка  към която да се присъединят други мономери.

Образуване на веригата-екзотермичен процес.Значително количество топлина трябва да бъде отведено чрез интензивно охлаждане.

Прекъсване на нарастването на веригата:чрез преместване на 1 водороден атом от една към др. верига;два свободни края на молекулни вериги взаимно се насищат;чрез добавяне на допъл. субстанции.

Методи на полимеризация:

В субстанция:2 видаВ смесителен котел.Изпълнява се на отделни порции.При вкарване на мономера котела се загрява.Като започне екзотермичното образуване котелът се превключва  на режим охлаждане.Следи се полимерът да в течно съсътояние,за да мпже да се източи.Непрекъсната полимеризация  в реакторна колона в два захранващи резержоара се иницира процеса.Субстанцията се подава в тръбната система за пълна полимеризация.Системата се темперира,така че да можа да се псъществи процеса и същевременно  да осигури и изтичането на готовия продукт.

Предимството на полимеризация в субстанция е  високата  честота и хомогенност,а недостатък  е сравнително високите темп. на процеса.

б. В разтвор-разтворими са както мономерът така и полученият полимерен продукт.Предимство е че продуктът може директно да се използва в разтворено състояние,като напр.-лепила,лакове и др.

в. В емулсия-когато мономерът не се разтваря в вода.Водата се използва като дисперсно средство,към която се прибавя капковидно сапунести емулатори.Образуват се мицели.Тези мицели обграждат затворени сухи просъранства.

г. В суспензия-неразтворимия в вода мономер се деспергира ччрез бъркане,а за емулатори се прибават защитни колоиди.Те стабилизират дисперсията и предотвратяват коагулазията(залепването).Получават,след изхвърлянето на водата,се праховиден материал,който е по-едър от емулсионния .

д. Чрез утаяване-когата първоначалние продукт  е разтворим,а крайния е неразтворим.Предимство е по-бърз процес от полимеризация в разтвор и разтворителят позволява повторно използване.

2.Поликондензация-свързване на нееднороден мономер,при което се отделят свободни субстанции.А+В->С+Д. Химичноравновесна е и поради това,за да бъде продължителна  е нобходимо:

Изменение на температурата или налягането на реакцията

Понататъчно добавяне на мономерна събстанция

Отвеждане на кондензатите чрез изпаряване или работа във вакуум.

Фази:

Стартова реакция-образуване на радикала чрез използване на активираща енергия.

Образуване ма верижни или мрежести молекули.

Прекъсване на реациата.

3.Полиадация-свързване на нееднородни мономери,без да се отделят др. субстанции. А+В->С.Не е равновесна реакция и управлението и се извършва само чрез точно дозиране на материала.Получения продукт се дава за формоизменение и едновременно с това се довършва полиадацията.

4. ДООБРАБОТВАНЕ НА СУРОВИЯ ПОЛИМЕР

Възмозности за подобряване с цел повиш. На мех. свойства,обработваемостта и намаляване на цената на крайния продукт.

1.Съвместна полимеризация-намлява темп. на втъкляване с оглед повиш. на жилавостта при ниска темп.изменя се конструкцията на плимера и се нар. вътрешно омекотяване.Получава се :

-чрез блоково вграждане на молекулни сегменти с висока подвижност.

-чрез присаждане на странични по-дълги сегменти на увеличаване на разстояноето м/у отделните вериги.

2.Външно омекотяване-придаване на каучоко подобни св-ва.Прилага се за заместване на еластомери поради това че обработката е по-трудна.

3.Смесване на полимери-Съполимеризация-получ. се изменения в  технологичните  св-ва.

4.Други средства облъчване,темпериране,термохим. реакции и др.

5.Въвеждане  на добавки-конфекциониране,компаудиране или обогатяване.Два вида доваки.

  1. Спомаг. мат. За подбряване св-вата на полимера при преработване

-материали за намаляване на триенето м/у полимера и инструмента за обработка,напр. восък,сажди,магнезиина прах и др.

-стабилизатори-предотвратяват термично-окослителното разграждане на макромолекулите при висока темп. на обработка.

-зародишообзуватели-ускоряват кристализацията като повишават скоростта на охлаждане и оттам скоростта на обработване

  1. Спомаг. мат. За подобряване на потребителските свойства

-пълнители и уякчители-допъл. мат с разл. форма (нишковидни,сферообразни),  употребяват се за подбряване на мех. св-ва.

-омекотители

-антистатични и противопригарни добавки

-стабилизатори-с/у стареене на конструкциите.Разл. добавки се смесват с осн. полимер в твърдо или термопластично състояние.

5.ВИДОВЕ КЕРАМИКА

1 Елементна-въглврод,диамант и графит

-диамант(синтезиран)-много твърд,кубичноравнинна централна решетка.

-графит-хексагонална слоеста структура,мек материал.

-за композитни метериали  се използва клъстерно образувание –много въглеродни атоми,разположени по периферията на сфера в определен порядък.

2 Окисна-бор и силиций. В кристална решетка м/у силиция има кислороден мост.Силни ковалентни и йонни връзки.Силикатна естествена и несиликатна,която се синтезира и не е  естествена.

3  Неокисна керамика-карбиди и нитриди.Силициеви карбиди и борови нитриди.Модофикациите са:нискотемп.-Бета и високотемп.- Алфа.При карбита ама алфа-нискотемп. и бета-високотемп. модификаия при нитрида.

Свойства на керамичните материали:плътност-малка;твърдост-висока;топлопроводимост-ниска.

6.ПОЛУЧАВАНЕ НА КЕРАМИЧНИ БАЗОВИ МАТЕРИАЛИ

Силикатна керамика-състои се от 3 компонента-глинеста субстанция или каолин,пълнеж(кварцов пясък) и фелдшпади.В зависимост от пропорциите накомпонентите се различават видовете керамика.

Глинати-много малки люспички от материала,притежава свойството да поглъща мн вода и става лесна за обработка.Синтерова се като се изпича при 900⁰,фелдщпада се стопява и образува силно вискозна маса.

Оксидна керамика-най-често се получава чрез калциране(процес,при който се извлича разтвор хидроксид)

Неоксидна керамика-Карбидите се получават при висока темп. , като има взаимодействие на метален оксид с въглерод.Процесът е ендотермочен.

Нитридите-получ. се от съответващия оксид и при висока темп.(±1500⁰) в присъствието на газова фаза.

Синтероване на диамант_чрез синтез при високи температури и налягане, с мн продължително времетраене(около седмица).Получ. се малка люспичка диамант.

Синтезация на графит-Петролен кокс+ смоли се пресоват,изпичат се при 1000-1200⁰, и се получ. силно порьозна маса,при което се синтезира графита при 2500-3000⁰.

7.ПОЛУЧАВАНЕ НА СУРОВИ КЕРАМИЧНИ ЧАСТИ

1.Подоготвка-смилане до определена  зърнистост.Добавят се пълнители,или пластификатори,и течност(при силикатната керамика-вода),вкарват се и материали намаляващи пунатините при синтероване.Получената смес се подлага на формоазменение до получ. на окончателната форма на детайла.

Методи на формоизмение.

1.Аксиално пресоване-цилиндър с 2 бутала, в него се поставя суха лерамична смес,подлага се и на аксиално пресоване.Полъч се добро уплътнение м/у керамичните зърна.Предимства-детайли с добро уплътняване.Недостатъци-не могат да се получ. сложни форми и е с ограничена височина.

2.Изостатично пресоване-по цялата повърхнина се упражнява налягане.Керамичната смес се поставя в обвивка,която тряба да е еластична,за да може како се потопи във вода да се получи налягане по цялата повърхнина.Предимства-може да се получ. сложна форма.

3.Шликерово леене-ситно смляна керам. маса се разтвря във вода,получ. се гъста течност,наричаща се щликер.Изработваме  форма от гипс, който е порьозен и поема водата,така че по границата се образуват уплътнителни зърна.Колкото по-дълго стои щлика вътре,толкова по-дебела става стената.По този начин се получ. мн сложни детайли.

4.Леене под налягане-към ситно смляна керамика се вкарват восък и поломер(термопласт).В изработена разглобяема форма , заедно с пластификатора  се загряват.Стопяват се и се получ. силно вискозна смес,която се вкарва под налягане в метална форма,където се охлажда.

8.СИНТЕРОВАНЕ НА КЕРАМИКА

Синтероване-Процес на изпичане на сурови керамични части при висока температура с цел получ. на окончателна поликристална структура.Протича м/у отделните части на керамичните компоненти,създава се необходимо сцепление м/у частите.Редуцира пористостта на материала.Същноста на процеса се различава в завсиимост от от вида керамика.

1.Синтероване с  течна фаза-прилага се при силикатна керамика.Спичането се извършва при темп. под 1400⁰ с цели образ. на течната фаза,която да свърже трите осн.компонента.  Процеси при синтероване:

При 600⁰ започва отделяне ня вода от глината.

При 950⁰ се образ. първите порции течна фаза в резултат на разпадането на фелдшпада.

Над 1000⁰ се фирмира мулит(стабилен акуминиев силикат) в системата слициев двуакос.

Над 1200⁰ кварцът се разтваря в течната фаза

При охлаждане и преминаване темп. на встъкляване (800-900⁰) вискозната течност замръзва в аморфно състояние.

Фактори влияещи в/у синтероването:1)време-съществено влияние;2)темп.-чрез линейното увеличаване се съкращава продължителността на спичане;3)плътност-свързана е с обемното свиване, което има пряко отношение към размерната точност.

  1. Синтероване в твърдофазно състояние-при достатъчно висока темп. протичат процеси на разграздане на свободните повърхнини.Увеличават се контактните площи в се намалчват порите.

Синтероване на едрофазни субстанции-3 стадия:1)м/у зърната се образуват връзки(мостова), с чийто нарастване се оформят канални пори,които затварят празните пространства м/у зърната;2)дифузните процеси предивикват нарастване на зърната.Намаляват се порите.Оформя се керамичен материал с наличие на пори около 5%;3)получава се плътен материал,чрез контролиран процес  на нарастване на зърната при повишени темп.

3.Синтероване на компонентни субстанции-тук има значение видът на околната газова атмофрера(необходимо съдърж. в порите газ да в състояние да се разтвори в матрицата).

Методи на ситероване:

1.Реакционно синтероване-суровата заготовка влиза в контакт с хим. Реагент.Керамиката се синтезира и едновременно се синтерова.Обикновенно се използва за силициев нитрид.Керамичните части от силициевия нитрид се пресоват първонач. като сурови заготовки от силициев пеах и се синтероват в атмосфера от азот при около 1500⁰.Предимство е минималното обемно свиване, позволяващо оформянето на продуктии с почти окончателни размери.

2.Горещо пресоване(HPпроцес)-методът служи за изготвяне на финозърнести,безпорести и с висока якост продукти.При този процес едновременно се прилага висока темп. и ниско налягане(до 500 бара).Предимства-по-малко енергиини разходи и запазване на дребнозърнестта структура ма керамичние прах.Недостатък е невъзможността за получ. на по-сложна конфигурация.

3.Горещо изостатучно пресоване(HIP)-спец. Процес при които се комбинират предимствата предимствата на синтероването с налягане и изостатичното пресоване.Използват се мн високи температури(до2000⁰) и изостатични налягания.Керамичната маса се поставя в температуроустойчива еластична обвивка(за да предаре голямо изостатично налягане) и се слага в автоклав, с преварително подгряд инертен газ(напр. аргон).HIP може да се използава и за допълнително уплътняване на вече синтеровани керамични части.Необходимо условие за това е материалът на няма открита пористост.

9.ВИДОВЕ СТЪКЛА

1Кварцово стъкло-висока темп. на встъкляване>1500⁰,висока пропускливост на UV лъчи.Правилна кристална мрежа.Високо спец. ел. съпротижление.Висока киселинна устойчивост(с изключение на фосфорна киселина)

2.Калциево-натриево стъкло-няма термична устойчивост; няма ел. изолационни св-ва; няма хим. устойчивост и няма пропускливост на UV лъчи.Склонност да поема вода;има ниска плътност;ниска темп. на встъкляване.

3. Боросикатно стъкло-стабилна стуктурна мрежа;нисък коеф. на термично разширение;висока хим. устойчивост; устойчивост с/у термична умора; темп. на встъкляване-530⁰.

4.Неалаклно стъкло-имо добри ел. изолационни св-ва;добра хим. устойчивост;темп. на встк.-730⁰.

5.Оловно стъкло-висока плътност;дожри ел.изолац, св-ва;висок коеф. на пречупване на светлината;темп. на встк.-435⁰.

6.Стъкла със спец. оптични св-ва имат голяма прозрачност,отражателна способност,висок коеф. на пречупване на светлина,яснота на образа.

a)                   Оптични стъкла

b)                  Стъкла  с променена светлинна пропускливоат-намаляване на някой от спектрите на светлината,нанасяне на слой с разл. отражателна способност.

c)                   Фототропни стъкла-облъчват се с нисковълнова светлина,пропускат светлината.

d)Кристално стъкло-оловно стъкло(оловен оксид-24%), имат голяма             прозрачност,отражателна способност,висок коеф. на пречупване на светлина,яснота  на образа.

10.ВИДОВЕ КОМПОЗИЦИОННИ МАТЕРАЛИ

1.С полимерна матрица(ФКМПМ)-най-разпространения вид констукционенн композид.Св-вата им зависят от вида,формата,размерите и относителното участие на уякчаващия фазер.Най-важен фактор е дължината на фазера.Колкото е по-голяма се засилва анизотропността в св-вата якост,коравина,устойчивост с/у пълзене,топло и ел. проводимост.

2.С метална матрица(ФКМММ)-състоян се от метална матрица с вградени в нея метални,керамични и померни фазери.Подходящи когато се изисква топлоустойчивост и висока специфична коравина.Притежават ударна жилавост при ниски темп.,добра напречна якост,ерозийна устойчивост и топлирповодимост.Имат малко термично разширение и ниска скорост на газопропускане.В тази група най-разпространен е уякчения с фазери алуминий.Използвани за уякчаване на фазери матерали са въглерод,борцилициев карбит,боров нитрид,берилий и стомана.Много висока темп. устойчивост дават композитите на титанова основа.

3. С керамична матрица(ФКМКМ)-Все оше в фаза на развитиее и изпробване.Целта е да се подобрят якосттана огъване и устойчивостта при променливи температури(термична умора).Може да се получи чрез вграждане  на подходящи фазери,които имат по-висока пластичност и жилавост от матрицата и от там повишават жилавостта на композитния материал.

11.ПОЛУЧАВАНЕ И ОБРАБОТВАНЕ НА КОМПОЗИЦИОННИ МАТЕРИАЛИ

Необходимо е да се изпълнят накой изисквания:1)фазерите да бъдат равномерно вградени.2)да бъдет ориентирани по едини същи начин.3)да не бъдат повреждани.4)не бива да възниква жредна реакция м/у матрицата и фазера.5)да се постигне достатъчна връзка м/у матрицата и фазера.6)минимални производствени разходи.

1.Изработване на  ФКМПМ-различават се в зависимист от типа полимерна матрица .

a)                   Матрица от дуропласти(полимерни смоли),Изработват се в вид на:     заготовки за листово формообразуване;непрекъснат фазарен сноб се насича на къси фазери,които се нанасят в/у пласт от смола носена от полимерен филм;сортови продуктисноп от паралелни непрекъснати фазери,импонират се със смола и се изтеглят през нагрята дюза или матрица;цилиндрицни или сферични изделия(чрез навиване на филаменти);пространствено оформени изделия в/у които се прилага контактен метод,според които в подготвена форма се полага фазера и смолата се нанася с четка.

b)                  Матрица от термопластичен полимер-използва св-вото на полимерите че при награвяне се размекват и втечняват,а приохлаждане отново се втвърдяват.Фопмообразуването им вклзчва два етапа-изготване на листов композит и щамповане или пресоване.От методите на леене най-широко разпространен е този на леенето под налягане-щрицоване.

2.Изработване на ФКМММ-използват се директни и индиректни методи.При първите предваритлно офрмените фазери се вграждат в матричния материал,докато при индиректните окончателното оформяне на композита протича едновременно със създаването на фазерите.Директни методи-платиране,праховата металургия,заливане с течен метал и др.Към индиректните-щранг пресоване,насочена кристализация.

3.Изработване на ФКМКМ- 2 етапа-уякчаваща фаза в неконсолидирана матрица и следващо консулидиране(синтероване на матрицата).

a)                   Инфилтриране на фазери с керамична смес-фазерната нишка се прекарва през съд с керамична смес,навива се на барабан,изушава се,нарязва се и се синтерова.

b)                  Горещо пресоване-формобразуването и консулидирането чрез синтероване протичат едновременно

c)                   Студено пресоване-2 етапа-студено пресоване на фазерите и кераничния прах и последващо синтероване.

d)                  Инфилтриране в стопилка-осгурява висока плътност и пректическо отсъствие на пори.Керамичната стопилка се инфилтрира под налягане м/у предварително подредени фазери.Процесът се провейда при сравнително високо темп. .

12.ПРИЛОЖЕНИЕ НА КОМПОЗИЦИОННИТЕ МАТЕРИАЛИ

1.ФКМПМ-Най-атрактивно е приложението им в самолетостоенето

2.ФКМММ-много подходящи за високотемпературна техника като турбинни лопатки.

3.ФКМКМ-напр. въглерод-въглерод материалите.Използват се снопове или оплетки от въглеродни фазери,които се свързват чрез дзифт или полимерна смола.За да се достигне висока якост е необходимо да проведе многократна обработка от няколко операции- импрегниране,коксуване и карбонизиране.Намират приложение за компоненти работещи при темп. около и над 2000⁰.

13.ЛЕПЕНЕ

1.Предимства-съед.детайли не се отслабват,не се натоварват термично,има възможност за съединяване на разнородни детайли(пластмаси,стъкло,метал),получ. се гъбоплътни съед. ,които поредотвратяват корозията от части,единствения метод за свързване на мн тънки листови материали.

2.Недостатъци-не издържат на висока темп., имат ниска темп. на разрушаване,лепилото може да се увреди от въздействието на оклоната среда и да се получ. по-ниска якост на съед.,допълнителни операции за подготовка на повърхностите преди лепене,голям период на втвърдяване на лепилния слой.

3.Класификация на лепила-