123753 (Применение материалов в электротехнике)

Контрольная работа №2

по материаловедению

Тема: Применение материалов в электротехнике

Вопросы

1. Какие процессы отражает диаграмма состояния сплава?

2. Укажите, что называется смолами, на какие группы они подразделяются и для чего применяются в электротехнике. Опишите, какие технико-экономические преимущества имеют синтетические смолы по сравнению с природными

3. Опишите прямой и обратный пьезоэффект, дайте определение пьезоэлектрикам, приведите примеры, опишите их свойства, особенности, составы, применение.

4. Укажите классификацию контактных материалов. Приведите основные требования, предъявляемые к контактным материалам, примеры материалов, применяемых для каждого вида контактов

5. Для нагревательных элементов сопротивления выбраны сплавы МНМц 40-1,5; МНМц 3-12. Расшифруйте эти марки сплавов, укажите к какому классу электротехнических материалов они относятся. Их особенности, преимущества, недостатки и области применения.

Вопрос 1: Какие процессы отражает диаграмма состояния сплава?

Диаграмма состояния сплава представляет собой графическое изображение состояния сплава при изменении его состава, температуры, давления, концентрации элементов. Она показывает устойчивые состояния сплава, при которых компоненты и фазы обладают минимумом свободной энергии. Эти фазы называются равновесными фазами, вследствие чего и диаграммы называют диаграммами равновесия. Равновесные состояния- это устойчивые состояния вещества, обладающие минимумом свободной энергии.

Обычно для построения диаграммы состояния пользуются результатами термического анализа, те строят кривые охлаждения сплава.

Сплав нагревают выше температуры плавления, затем охлаждают до 0. В процессе охлаждения с определёнными промежутками времени фиксируется температура сплава (рис1.а), изменяющаяся вместе с агрегатным состоянием. По полученным данным строим кривую охлаждения в координатах время-температура. Если взять сплавы с различным %-ым содержанием, то диаграмма состояния может быть построена в осях концентрация(х), темп(у) ( рис1. б)

Рис.1

Диаграмма состояния

а) температура от времени охлаждения сплава

б)температура от концентрации веществ сплава

Диаграмма состояния сплава при его кристаллизации показывает изменение его состояния в зависимости от температуры и концентрации при постоянном давлении внешней среды.

Если сплав однокомпонентный, то диаграмма состояния рис.2 а.

Если двухкомпонентный, то рис.2 б

Рис2. а)диаграмма состояния для однокомпонентного сплава

б) диаграмма состояния для двухкомпонентного сплава

По оси х- концентрация А- одного вещества, соответственно В=100-а – другого.

По оси у- температура сплава при его кристаллизации.

Ж- только жидкая фаза

Ж+α-наличие жидкой фазы и некоторой твёрдой фазы определённой концентрации элементов

α - наличие твёрдой фазы.

Ликвидус (по латыни ликва-жидкий)- линия на графике, кот показывает температуру начала кристаллизации сплава.

Солидус (солид-твёрдый)—точки графика, определяющие температуру конца кристаллизации.

Вопрос 2: Укажите, что называется смолами, на какие группы они подразделяются и для чего применяются в электротехнике. Опишите, какие технико-экономические преимущества имеют синтетические смолы по сравнению с природными

Что называется смолами, их виды.

Смолы- обширная группа материалов, кот характеризуются сходством химической природы ( это сложные смеси органических веществ, главным образом высокомолекулярных) и некоторыми общими физическими свойствами.

По происхождению – природные и синтетические.

СМОЛЫ ПРИРОДНЫЕ, вырабатываемые некоторыми растениями сложные по химическому составу вещества; затвердевают на воздухе, растворимы в органических растворителях, нерастворимы в воде. Образуются в основном тропическими растениями (копайский бальзам, шеллак и др.); в умеренной зоне – в основном растениями семейства сосновых (канифоль). Ископаемые природной смолы - копал, янтарь. Применение природной смолы в производстве лаков, политур, клеев и др. сокращается в связи с их заменой синтетическими продуктами.

КАНИФОЛЬ - Хрупкая смола( стекловидное вещество от светло-желтого до темно-коричневого цвета). Входит в состав смолистых веществ хвойных деревьев. Получают из живицы, экстракцией измельченной древесины органическими растворителями или перегонкой сырого таллового масла. Состоит в основном из органических кислот(абиетиновой и др. Растворима в нефтяным маслах, особенно при нагреве и др жидких углеводородах, растительных маслах, спирте, скипидаре. Температура размягчения 50-70 град. На воздухе постепенно окисляется, причем температура размягчения повышается, а растворимость снижается. Канифоль растворённая в нефтяных маслах применяется при изготовлении пропиточных и заливочных кабельных компаундов. Применяют в производстве синтетического каучука, резин, пластмасс, искусственной кожи, лаков и др., в качестве флюса при лужении и пайке металлов, а также для натирания волоса смычков струнных инструментов.

ШЕЛЛАК (нидерл . schellak), воскоподобное вещество, выделяемое тропическими насекомыми из семейства лаковых червецов. Применение ограничено (главным образом для изготовления спиртовых лаков и политур). Хорошо растворим в спирте, не растворим в углеводородах. При 50-60град становится гибким, далее размягчается и расплавляется. При продолжительном нагреве запекается, становясь неплавким и нерастворимым. В электроизоляционной технике используется в виде клеящих лаков.

Копалы применяются в качестве добавки к масляным лакам для увеличения твёрдости плёнок, янтарь для изготовления вводов в приборы, где важно высокое сопротивление изоляции.

Синтетические смолы

СМОЛЫ СИНТЕТИЧЕСКИЕ, полимеры небольшой молекулярной массы (олигомеры); при переработке и применении в результате отверждения превращаются в неплавкие и нерастворимые продукты. Используются в производстве пластмасс, лаков, клеев, герметиков, для отделки тканей, бумаги и др. (напр., Алкидные смолы, Полиэфирные смолы, Феноло-формальдегидные смолы.)

Все смолы можно приблизительно разделить на несколько перекрывающихся групп. Для примера наиболее известные смолы (в неориентированном состоянии и без наполнителей) разделим по группам

Синтетические смолы – полимеризационные и конденсационные. Общим недостатком конденсационных смол является то, то при их отверждении происходит выделение воды или других низкомолекулярных в-в, остатки которых могут ухудшать электроизоляционные св-ва смолы. Молекулы конденсационных смол обычно содержат полярные группы, что ухудшает диэлектрические св-ва и повышает гигроскопичность. Полимеризационные смолы могут быть и неполярнымим, например, полимеры углеводородного состава, политетрафторэтилен.

Смолы делятся на термопластические и термореактивные. Термопластические при нагреве, соответствующей их пластичному состоянию, не вызывает необратимых изменений их свойств. Термореактивные при нагреве претерпевают необратимое изменение свойств(запекаются, отверждаются).

Полиолефины:

Гетероцепные термопластичные смолы

А) полиамидные смолы (капрон, нейлон, полиуретаны, полиимиды)- имеют цепочные молекулы. Обладают высокой механической прочностью и эластичностью, растворимы в крезоле и расплавленном феноле т.е. растворимость ограничена. Применяются для изготовления синтетических волокон, гибких плёнок и пластмасс. Обладают высокой гигроскопичностью, лёгкой деформируемостью при повышенной температуре, малой радиационной стойкостью и низкой светостойкостью

Б) Фенолоформальдегидные смолы. Производятся посредством нагрева в закрытом котле водного раствора фенола и формальдегида в присутствии катализатора. Могут быть термореактивными(бакелит) и термопластичными (новолак). Бакелит или РЕЗОЛ (резольная смола), синтетический термореактивный полимер, образующийся на начальной стадии синтеза феноло-формальдегидной смолы; вязкая жидкость или твердый растворимый и легкоплавкий продукт от светло-желтого до черного цвета. В отличие от новолака может отверждаться без применения специальных реагентов - отвердителей. НОВОЛАК (новолачная смола), термопластичная феноло-формальдегидная смола; твердое вещество от светло-желтого до темно-коричневого цвета. Отверждается только в присутствии отвердителей. Применяют в производстве пресс-материалов, литейных форм, лаков, пенопластов. ФЕНОЛОАЛЬДЕГИДНЫЕ СМОЛЫ (фенольные смолы), синтетические смолы, продукты поликонденсации фенолов с альдегидами; см., напр., Фенолоформальдегидные смолы, Резорцино-формальдегидные смолы.

В) полиэфирные смолы- продукты поликонденсации различных спиртов и кислот( или их ангидридов) ПОЛИЭФИРНЫЕ СМОЛЫ ненасыщенные , 50-70%-ные растворы сложных полиэфиров - продуктов поликонденсации гликолей с малеиновой или фумаровой кислотой (растворители - мономеры, главным образом стирол). Отвержденные полиэфирные смолы - прочные, водостойкие, химически устойчивые материалы с хорошей адгезией к различным поверхностям и высокими диэлектрическими показателями. Применяются в производстве стеклопластиков, лаков, компаундов, клеев.

АЛКИДНЫЕ СМОЛЫ, синтетические смолы, продукты поликонденсации многоосновных карбоновых кислот с многоатомными спиртами; высоковязкие жидкости. Наиболее распространенные алкидные смолы, получаемые из фталевой кислоты и глицерина или пентаэритрита, называются соответственно глифталевыми смолами (глифталями) и пентафталевыми смолами (пентафталями). Применяются главным образом для приготовления алкидных лаков.

Грифталевые смолы. Преимуществом грифталя перед бакелитом является более высокая эластичность, клейкость, стойкость к тепловому старению и трекингостойкость. Незапечённый грифталь растворим в смеси спирта с бензолом, ацетоне. Полностью запеченный грифталь стоек к растворителям.

Полиэтилентерефталат(лавсан)- термопластичный полимер. Применяется для изготовления синтетических волокон, гибких плёнок, для обладающей высокой мех прочностью изоляции эмалированных проводов ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТ, [-CH2-CH2OC(O)C6H4OC(O)-]n, синтетический полимер, продукт поликонденсации этиленгликоля с терефталевой кислотой; твердое бесцветное вещество. Прочен, износостоек, хороший диэлектрик. Применяется главным образом в производстве полиэфирного волокна, а также пленок, радиодеталей, химического оборудования.

Г)Эпоксидные смолы ЭПОКСИДНЫЕ СМОЛЫ , синтетические смолы, содержащие в молекуле эпоксидные или глицидиловые группы; бесцветные жидкости или твердые вещества. Наиболее распространенные эпоксидные смолы - продукты взаимодействия дифенилолиропана с эпихлоргидрином. Эпоксидные смолы в чистом виде термопластичны, растворимы в ацетоне, могут длительно храниться. Отвержденные - если добавить отвердитель(например, амины без нагрева) перед употреблением- термореактивны, равномерно отверждаются в толстом слое, образуя водонепроницаемую изоляцию. эпоксидные смолы отличаются малой усадкой при отверждении 0,5-2%, высокой адгезией(сцепление) к различным пластмассам, стёклам, керамике, металлам, механической прочностью, влагостойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами. Применяют в производстве клеев, лаков, пластмасс, матриц пресс-форм, для заливки небольших трансформаторов или узлов аппаратуры, кабельные соединительные и концевые муфты и др.

Д)Кремний органические смолы ( полиорганосилоксаны, силиконы) В их составе помимо углерода есть кремний. Используются в лаках, компаундах, некоторые из них, например, кремнийорганические каучуки эластичны. Высокие электроизоляционные св-ва при высок температурах. Нагревостойки, практически не смачиваются водой. Но дороги., низкая механическая прочность, плохая адгезия.