Хладостойкие неметаллические материалы

-

Весь текст будет доступен после покупки

Хладостойкими материалами называют, материалы сохраняющие достаточную вязкость при низких температурах от 0 до -269°С.
Неметаллические материалы используются в качестве строительных материалов и являются важным дополнением для металлов и сплавов, используемых в технике низких температур.
Основа из неметаллического материала лежит за счет полимера. Полимеры — это материалы, состоящие из длинных повторяющихся цепочек молекул. Они обладают уникальными свойствами в зависимости от типа соединяемых молекул и от того, как они соединены. Некоторые из них гнутся и тянутся, например резина и полиэстер. Другие твердые и жесткие, как эпоксиды и органическое стекло.

Весь текст будет доступен после покупки

1.Пластмассы

В технике низких температур более обширное использование обретают термопластичные пластмассы на базе полиэтилена, полистирола, фторо-пластов, полиамидов и иных полимеров.
В структуру многих пластических масс могут содержаться отвердители, пластификаторы, наполнители, красители, смазывающие элементы и прочие добавки. Отвердители, вступающие в рецептуру множества термореактивных пластмасс, считаются нужной составной частью, в отсутствии каковой невозможно производство детали (пластмассы), владеющей заданным комплексом свойств. [4]
Полиэтилен имеет линейную структуру макромолекул C2H4 , который можно рассматривать как пару метиленовых групп (–CH2–), соединенных друг с другом и считается продуктом полимеризации этилена. Его температура стеклования Тс составляет от -170 вплоть до +130 °С. По методу производства отличают полиэтилен низкой плотности и полиэтилен высокой плотности. Полиэтилен высокой плотности обладает промежуток рабочих температур с -70 до +80 °С, а полимер низкой плотности от -70 до +70 °С.
ПЭВП (полиэтилен высокой плотности) имеет низкую степень разветвленности. В основном линейные молекулы хорошо упаковываются вместе, поэтому межмолекулярные силы сильнее, чем в сильно разветвленных полимерах. ПЭВП может быть получен с помощью хромовых - кремнеземных катализаторов или металлоценовых катализаторов. Выбирая катализаторы и условия реакции, можно контролировать небольшое количество разветвлений. Эти катализаторы предпочитают образование свободных радикалов на концах растущих молекул полиэтилена. Они заставляют новые этиленовые мономеры добавлять к концам молекул, а не вдоль середины, вызывая рост линейной цепи.

ПЭВП обладает высокой прочностью на растяжение. Он используется в продуктах и упаковке, таких как кувшины для молока, бутылки для моющих средств, ванны для масла, контейнеры для мусора и водопроводные трубы. Треть всех игрушек производится из ПЭВП.
ПЭНП (полиэтилен низкой плотности) определяется диапазоном плотности 0,910–0,940 г / см3. ПЭНП имеет высокую степень коротко- и длинноцепочечных разветвлений. Следовательно, он обладает менее сильными межмолекулярными силами, так как мгновенное дипольное индуцированное дипольное притяжение меньше. Это приводит к снижению прочности на растяжение и повышению пластичности. ПЭНП создается свободнорадикальной полимеризацией. Высокая степень разветвления с длинными цепями дает расплавленному ПЭНП уникальные и желательные свойства текучести. ПЭНП используется как для жестких контейнеров, так и для пластиковых пленок, таких как полиэтиленовые пакеты и пленка.
Фторопласты - полимеры фторпроизводных этиленового ряда. Фторопласты характеризуются значительной хим и термической стойкостью и электрической прочностью, невысоким коэффициентом трения и огнестойкостью, сохранением рабочих характеристик вплоть до температур, близких к полному нулю. [1,5]
Наиболее обширное распространение при низких температурах обладает фторопласт-4 (тефлон, ПТФЭ), либо политетрафторэтилен. Промежуток рабочих температур при эксплуатации продуктов из фторопласта –4 от –269 вплоть до + 260 °С.
ПТФЭ является фторуглеродным твердым веществом, так как это высокомолекулярное соединение, полностью состоящее из углерода и фтора. ПТФЭ является гидрофобным: ни вода, ни водосодержащие вещества не смачивают ПТФЭ, поскольку фторуглероды демонстрируют смягченные лондонские дисперсионные силы из-за высокой электроотрицательности фтора. ПТФЭ имеет один из самых низких коэффициентов трения любого твердого тела.
Фторопласты обширно используются с целью производства хладостойких деталей (втулок, пластин, дисков, прокладок, сальников, клапанов), с целью облицовки внутренних поверхностей разных низкотемпературных емкостей.
Поликарбонат – термопластичный полимер на базе дифе-нилолпропана и фостена, изготовляемый под названием дифлон. Это единственный из более хладостойких и ударопрочных термопластов, из-за этого он способен применяться в качестве конструкционного материала, заменяющего сплавы, а кроме того в низкотемпературной технике для работы в среде жидких газов.
Поликарбонаты получили свое название, потому что они являются полимерами, содержащими карбонатные группы (–O–(C = O)–O–). Баланс полезных функций, в том числе термостойкость, ударопрочность и оптические свойства, позиционирует поликарбонаты между товарными и инженерными пластиками.
Композитные пластмассы относится к тем типам пластмасс, которые образуются в результате склеивания двух или более однородных материалов с различными свойствами материала для получения конечного продукта с определенными требуемыми материальными и механическими свойствами. Армированные волокном пластмассы - это категория композитных пластмасс, которые специально используют волокнистые материалы для механического повышения прочности и эластичности пластмасс.
Механические свойства композитных пластмасс определяются в первую очередь всего от наполнителя. Максимальной механической прочностью обладают композитные пластмассы на основе стекловолокна либо стеклянных жгутов. [1]
С целью работы в низкотемпературных условиях применяют стеклопластики, показывающие собою прочные композиционные материалы на основе эпоксидной смолы и высокомодульных стеклянных волокон разного плетения.
В качестве армирующего материала при изготовлении хладостойких стеклопластиков используют волокно диаметром 6-7 мкм из бесщелочного алюмоборосиликатного стекла, обладающего большой механической прочность и модулем упругости, отличные адгезионные свойства и небольшую плотность. Систематизация стеклопластиков, применяемых при невысоких температурах, согласно укладке арматуры приведена в рис. 1.
Связующее пропитывает стеклянный каркас и уже после отверждения склеивает среди собою единичные волокна и слои наполнителя, обеспечивая их монолитность и общую службу в изделии. Высокие физико-механические свойства стеклопластиков обусловлены крепким сцеплением среди стеклянными волокнами и полимерным связующим[6,7]

Весь текст будет доступен после покупки

1. Конспект лекций по дисциплине «Материаловедение» /А. А. Рауба, А. А. Ражковский, С. В. Петроченко; Омский гос. ун-т путей сообщения, 2013 – 56с.
2. Солнцев Ю.П., Материаловедени: Учебник для вузов / Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. - Изд. 4-е, перераб. и доп. - СПб. : ХИМИЗДАТ, 2006. - 784 с.
3. История развития конструкционных материалов / Е.В. Вишнякова. – : Научный журнал НИУ ИТМО, 2016. – 49-60 с.
4. Материалы для низких и криогенных температур: Энциклопедический справочник / Солнцев Ю.П. и др. – СПб.: ХИМИЗДАТ, 2008 – 768 с.
5. Материаловедение: Учебник для вузов / Солнцев Ю.П., Пряхин Е.И. – Изд. 4-е, перераб. и доп. – СПб.: ХИМИЗДАТ, 2007 – 784 с.

Весь текст будет доступен после покупки