Никоноров П. (сост.) Материалы в Приборостроении и автоматике (1021457), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Механические свойства изделий из бериллия колеблются в широ­ких пределах и зависят от чистоты металла, технологии производст­во, размеров зерен, степени анизотропии, скорости испытания и других факторов: σ_B= 300-700 МПа, σ_T = 230-680 МПа, δ = 2-16%.

Технологические свойства. Бериллий имеет низкую пластичность, горячим выдавливанием при 800-1050°С получают прутки, трубы. Ли­тейные свойства низкие. Обработка резанием затруднена, часто при­меняют химическое фрезерование. Неразъемные соединения выполняют с помощью сварки вольфрамовым электродом в нейтральной атмосфере. Положительные результаты изготовления деталей из бериллия полу­чены при плазменном напылении, что заменяет сварку и другие мето­ды обработки.

2.3. Сплавы с эффектом "памяти механической формы".

Эффект "па­мяти механической формы" (ПМФ) заключается в свойстве материала
после пластической деформации, сопровождающейся фазовым превра­щением, при повторном нагреве восстанавливать исходную заданную форму. Известен сплавы с ПМФ: TiNi, TiAu, TiPd, TiPt, AuCd , AgCd , CuZn, JnTl, FePt; наилучшими свойст­вами ПМФ обладает никелид титана ( ТiNi).

2.4. Неметаллические материалы.

Различают две группы неметаллических материалов: I) неме­таллические материалы органического происхождения и 2) неметал­лические материалы неорганического происхождения. К материалам первой группы относят материалы, в основе строения которых нахо­дятся органические полимеры (например, натуральный каучук, целлю­лоза, многие смолы и др.), к материалам второй группы относят графит, слюду, асбест и некоторые другие горные породы.

Структура полимеров. Научными исследованиями установлено, что не только твердые органические материалы (смолы, каучуки), но и твердые неорганические вещества неметаллической природы (стекло, керамика, асбест, графит) имеют полимерное строение. Ор­ганические полимеры изучены более глубоко, чем неорганические по­лимеры.

Полимеры состоят из молекул в тысячи раз превышающих по дли­не молекулы обычных неполимерных - низкомолекулярных соединений и поэтому их называют макромолекулами. Они состоят из повторяю­щихся групп атомов - звеньев исходного вещества - мономера. Чем больше звеньев в гигантской микромолекуле полимера, т.е. чем больше степень полимеризации, тем более прочен материал, более стоек к действию нагрева и растворителей. Однако в процессе пос­ледующей переработки полимеров неудобно использовать малоплавкий и труднорастворимый полимер, поэтому в ряде случаев получают сна­чала полимеры - полуфабрикаты со сравнительно низкой молекулярной массой - олигомеры, легче перерабатываемые до высокомолекулярно­го уровня при дополнительной обработке одновременно с изготовле­нием изделия. Примерами олигомеров являются природные высыхающие масла (льняное, тунговое и т.д.), фенолоформальдегидные, эпоксид­ные, ненасыщенные полиэфирные и другие отверждаемые синтетические смолы, некоторые жидкие синтетические каучуки и др.

В зависимости от состава различают группы полимерных соединений;

• гомополимеры или полимеры - это полимеры состоящие из одинако­вых звеньев мономеров;

• сополимеры - это полимеры состоящие из разных исходных звень­ев - мономеров: ...А-Б-А-Б-А-Б-..., иногда в полимере соединя­ются длинные отрезки, блоки молекулярных цепей ... А - Б - А -Б - ... Такие сополимеры называют блок - сополимеры;

- элементоорганические - это синтетическим путем полученные сое­динения с введенными в главную или боковые цепи атомами кремния(кремний-органические соединения), бора, алюминия, титана или некоторых других элементов. Эти соединения обладают повышенной теплостойкостью.

Форма макромолекул может быть следующей (рис. 1):

Схема фатически

Рис.1. Формы макромолекул полимеров

а) линейная неразветвленная (рис.1,a) допускает плотную упаковку макромолекул в единице объема, облегчает кристаллизацию, материалы на ее основе более прочные, менее растворимые и плавкие, более стойкие к внешним воздействиям;

б) разветвленная форма (рис. 1,6) труднее упаковывается и дает более рыхлые, менее прочные и стойкие, легче растворимые и плав­кие полимеры;

в) сшитые формы макромолекул присущи наиболее прочным, нераство­римым и неплавким полимерам, лишь набухающим в растворителях и размягчающимся при нагревании - лестничным (рис. 1,в) сетчато-пространственным (рис.],г), и паркетным (рис.1,д);

г) сшитая трехмерная-объемная (рис. 1,e) форма характерна для полимеров с густой сеткой поперечных химических связей, отличаю­щихся неспособностью даже размягчаться и набухать, отличается наибольшей стойкостью к внешним воздействиям и определенной хрупкостью (малым относительным удлинением, низкой ударной вязкостью, высоким сопротивлением сжатию и низким сопротивлением напряже­ниям растяжения и изгиба.

Полимеры с несшитыми формами макромолекул (рис.1,a,6) могут быть химически инертными или химически активными. В пер­вом случае в процессе формообразования макромолекулы не претер­певают химических изменений и они сохраняют способность плавиться при повторном нагревании и растворяться, такие материалы называ­ют термопластами или термопластичными; например, органическое и силикатное стекло, полиэтилен, целлулоид и другие. Химически активные полимеры с линейными или разветвленными макромолекула­ми в процессе переработки часто при нагревании могут претерпе­вать химические превращения, соединяясь по месту разрыва кратных связей или в результате реакции функциональных групп в лестнич­ные, паркетные или пространственные макромолекулы. При этом мо­жет происходить соединение непосредственно молекулы с молекулой или через посредство отвердителей - вулканизаторов - веществ, создающих в процессе химической реакции мостик - сшивку между мо­лекулами термореактивного олигомера или полимера. Например:

В

 -А=А-А-А=А- -А=А-А-А-А-А-

В

 -А-А-А=А-А- + nB -А=А-А-А-А-А-

В

 -А-А=А-А-А= -А-А-А-А-А=А-

В

линейные молекулы отвер- сшитая молекула
олигомера или отвервдаемого дитель термостабильного по-

(термореактивного)полимера лимера пространствен-

ной структуры

К многочисленной группе термореактивных олигомеров, полимеров и неметаллических материалов на их основе относят фенольные и дру­гие смолы, сшиваемые каучуки и цементы, покрытия, клеи, герметики, образующие после их нанесения необратимые, стойкие к эксплуатаци­онным воздействиям термостабильные детали, защитные, клеевые и герметизирующие пленки.

Существенное влияние на свойства полимеров оказывает поляр­ность, обусловленная наличием или отсутствием в их составе диполей - разобщенных центров распределения положительных и отрица­тельных зарядов. Органические полимеры углеводородного состава, имеющие в боковых цепях атомы других элементов расположенных симметрично относительно главной цепи имеют практически совпада­ющие центры распределения положительного и отрицательного заря­дов. В этом случае заряды нейтрализуются, а полимеры становятся электрически нейтральными неполярными (недипольными). Полимеры и олигомеры углеводородного состава, имеющие в боковых цепях несимметрично расположенные атомы - заместители ~ хлор, фтор, кислород, азот или серу или несимметрично расположенные химические группировки атомов, содержащие эти электроотрицатель­ные элементы (ОН, СООН, СN , NH и др.) имеют несовпадающие центры распределения зарядов и являются полярными (диполъными).

Неорганические полимерные материалы, состоящие из положи­тельных и отрицательно заряженных ионов, являются сильно полярными.

У полярных полимеров и олигомеров к слабому дисперсионному межмолекулярному притяжению, имеющему место и у неполярных, до­бавляется электростатическое отрицательное притяжение диполей. Поэтому полярные полимерные органические и неорганические мате­риалы (полиамиды, целлюлоза, поливинилхлорид, специальные каучуки СК и др.) материалы более прочны, химически и термически стой­ки, менее плавки, менее растворимы, но менее гибки (менее морозо­стойки), менее стойки к радиационному излучению и обладают худши­ми диэлектрическими свойствами, чем неполярные (полиэтилен, по­листирол, полипропилен и др.).

В макромолекуле линейного полимера образующие его звенья и боковые радикалы могут располагаться в определенном порядке регулярно или беспорядочно. Полимеры с регулярным расположением звеньев, радикалов могут легко кристаллизоваться, полимеры с беспо­рядочным расположением звеньев или радикалов - труднее и дают меньшую степень кристалличности.

Длина макромолекулы в тысячи и десятки тысяч раз превосходит его поперечное сечение, такие макромолекулы обладают гибкостью. Гибкость макромолекул оценивают длиной сегмента - минимальным числом звеньев цепи полимера, способным изгибаться, в гибких цеп­ных макромолекулах число звеньев 10-20, в жестких полярных и не-разветвленных - многие десятки.

У органических полимерных материалов макроструктура образо­вана либо свернутыми в клубки (глобулы) гибкими макромолекулами, либо - пачками более жестких макромолекул, параллельно уложенных по несколько десятков (рис. 2,в)

Рис. 2. Схемы: а - выпрямленных и б - сложенных в ленту пачек макромолекул

Рис. 3. Пластина, составленная из лент

Пачки макромолекул образуют вторичные надмолекулярные кристал­лические структуры; складываясь в гофрированные ленты, пачки мо­гут образовывать пластины (рис.3) крупных кристаллов.

Реакции синтеза, отверждения олигомеров и сшивания полимеров. Полимеры синтезируют из мономеров, а после формообразования дета­лей из олигомерных или термореактивных полимерных связующих отверждают или сшивают с помощью реакций полимеризации или поликон­денсации. В процессе реакции полимеризации, представляющей собой реакцию присоединения, не выделяется побочных продуктов. При ре­акции поликонденсации представляющей собой обменный процесс между исходными продуктами наряду с образованием линейного или (при от­верждении) сшитого полимера выделяется вода или другие низкомоле­кулярные побочные продукты.

Сведения о типе реакции необходимы конструктору изделия и инструмента для его формования особенно при изготовле­нии крупногабаритных деталей из армированных пластмасс на отверждаемых связующих. При поликонденсационной реакции отверждения свя­зующего на олигомерных связующих, происходящих при температуре более 100°С, выделяющиеся побочные продукты реакции могут вызвать образование полостей - пористой, рыхлой структуры детали. Поэтому в этом случае (прессовании) применяют массивные прессформы, выдерживающие высокие давления (несколько десятков мегапаскалей) и предотвращающие расширение выделяющихся газов и взрыхление мате­риала. При отверждении деталей на олигомерных связующих, не вы­деляющих побочных продуктов реакции (эпоксидные, ненасыщенные по­лиэфирные, некоторые полиамидные связующие применяют давления на два порядка меньшие (десятые доли мегапаскалей) и значительно более простые технологические процессы формования деталей. Полу­чение эпоксидных и других связующих полимеризационного отвержде­ния дало возможность экономично изготовлять сравнительно крупно­габаритные детали, содержащие арматуру.

У аморфных органических и неорганических полимеров отсутст­вует порядок в расположении звеньев цепей макромолекул, образую­щих пачки или глобулы и во взаимном расположении пачек или гло­бул макромолекул.

Кристаллические неорганические полимеры имеют правильную объемную (керамика, ситаллы), плоскую (графит, слюда) или линей­ную (неорганические каучуки серы, селена) микроструктуру.

Термомеханические свойства. У гибких длинных цепных молекул, составляющих основу аморфных полимеров, возможно три физических состояния: стеклообразное, высокоэластичное и вязкотекучее. Ли­нейные и разветвленные полимеры в зависимости от строения и тем­пера-туры существуют в кристаллической фазе и во всех трех состоя­ниях аморфной фазы. Переход из кристаллического в аморфное состо­яние сопровоадается скачкообразным изменением всех его физичес­ких и механических свойств. Переход аморфного полимера из одного состояния в другое происходит при изменении температуры постепен­но и также постепенно меняются его физические и механические свойства. Густосетчатые (термостабильные) полимеры с нерегуляр­ным расположением поперечных связей находятся только в аморфном состоянии. Редкосетчатые полимеры могут кристаллизоваться, а так­же находиться в стеклообразном и высокоэластичном состояниях (рис.4).

Характеристики

Список файлов книги