9 клас 26.09.2024 Конструкційні неметалеві матеріали. Полімери
9 клас 26.09.2024
ТЕМА: Конструкційні неметалеві
матеріали. Полімери
I. Актуалізація знань.
Цікавинки.
Що скільки розкладається:
- паперовий рушник — 2–3 тижні;
- бананова шкірка — 3–4 тижні;
- паперовий пакет — 1 місяць;
- газета — 1,5 місяця;
- недогризок яблука — 2 місяці;
- картон — 2 місяці;
- апельсинова шкірка — 6 місяців;
- фанера — 1–3 роки;
- вовняна шкарпетка — 1–5 років;
- шкіряні туфлі — 25–40 років;
- пластиковий стаканчик — 50 років;
- пластиковий контейнер — 50–80 років;
- алюмінієва банка — 100 років;
- пластикова пляшка — 450 років;
- пластиковий пакет — 200–1000 років.
Полімери та їх види
Полімери оточують нас усюди. Полімерами є не тільки пластмаси, гуми й не лише полімерні плівки і волокна, з яких виготовлений наш одяг. Ми й самі складаємося з полімерів (основні полімери, які є в живій системі, — це ДНК і РНК, білки і полісахариди).
Полімери — основа неметалевих
матеріалів.
Слово «полімер» грецького походження: poly — багато; merоs — частина;
macros — великий, довгий.
Переваги полімерних конструкційних матеріалів:
- висока
міцність
- зносостійкість;
- стійкість
до хімічних впливів;
- добрі
діелектричні характеристики;
- можна
надавати спеціальні властивості, різну форму й колір;
- дешеве виробництво.
Усі полімери за походженням можна розділити на три класи: 1) природні
— виділені з природних продуктів; 2) штучні
— отримані шляхом впливу хімічних реагентів на природні полімери;
Недоліки полімерних конструкційних матеріалів:
- невисока
теплостійкість;
- схильність
до старіння;
- схильність
до деформування під навантаженням (повзучість);
- залежність
міцності від режимів навантаження (температура, час);
- зміна розмірів унаслідок впливу вологи або агресивних середовищ.
Рис. 1 Класи полімерів за походженням
Полімери використовують як матрицю у виробництві
різноманітних конструкційних матеріалів.
Усі полімери залежно від зміни властивостей при нагріванні поділяють на термопластичні (термопласти) і термореактивні (реактопласти).
Термопластичні полімери (поліетилен, полістирол, поліаміди та ін.):
розм’якшуються при нагріванні і тверднуть при охолодженні; можна переробляти багато разів.
|
Обсяги виробництва полімерної продукції у світі |
|
1950-ті рр. - 1 млн т |
|
1989 р. - 100 млн т |
|
2002 р. - 200
млн т |
|
2016 р. - 300 млн т |
Термореактивні полімери (фенолоформальдегідна, гліфталева та ін. смоли):
- тверднуть
при нагріванні і стають неплавкими й нерозчинними;
- не
можна переробити повторно.
Рис. 3 Шина і бронежилет, виготовлені з використанням кевлару
1964 року концерн DuPont, широковідомий винаходом нейлону, намагався розробити й налагодити виробництво міцних, але легких полімерних ниток, якими можна було б замінити важкий сталевий кістяк автомобільних шин (для економії пального). У результаті були отримані полімерні нитки, волокно з яких у п’ять разів міцніше за сталь.
Новий полімер — кевлар з’явився на ринку 1975 року. Сьогодні його використовують для виготовлення тросів, кузовів автомобілів і катерів, армування автомобільних шин, виготовлення вітрил, фюзеляжу літаків і деталей космічних кораблів, тенісних ракеток. Один з найвідоміших прикладів — застосування кевлару як основи для куленепробивних жилетів і бронешоломів (рис. 3).
Броньоване скло складається з кількох шарів загартованого скла, яке чергується з полімерним композитом (полікарбонатом) (рис.4). Куля, випущена в таке скло, витрачає всю свою енергію в зовнішньому шарі та сплющується, потім зупиняється в середньому шарі, а останній шар затримує скалки й остаточно гасить залишкову ударну хвилю і коливання.
Рис.4. Звичайне і броньоване скло
Для виготовлення лобового скла автомобілів використовують
триплекс — два листи скла склеюються плівкою з полівінілбутилу. Еластичний шар
створює амортизаційну стійкість до зовнішніх впливів. Якщо скло руйнується,
скалки не випадають, а залишаються приклеєними до пластмасового шару (рис.5).
Органічне скло і пінопласт
Органічне скло (поліметилметакрилат), воно ж оргскло, акрилат, плексиглас. — високопрозорий, світлостійкий, відносно легкий матеріал. Основний компонент — термопластична смола. Склом його називають суто формально — через зовнішню подібність до скла. Однак опірність удару в оргскла в 5 разів більша, ніж у скла. За однакової товщини воно важить майже в два з половиною рази менше, ніж скло, тому конструкція з нього не потребує додаткових опор. Воно стійке до атмосферних впливів. Екологічно чисте (при горінні не виділяє отруйних речовин). Йому можна надати різноманітних форм за температури +100 °С. Після охолодження ця форма зберігається. Механічна обробка так само легка, як і в дерева. Можна пиляти, свердлити, згинати, обробляти лазером тощо.
Сфера застосування оргскла дуже широка: автомобіле-, судно- та літакобудування; виробництво меблів; медицина (оптичні лінзи, окуляри); зовнішня реклама (покажчики, тримачі, лайтбокси, дисплеї); торгове обладнання; виставкові конструкції; облаштування стель верхнього світла, теплиць та ін.
Властивості оргскла:
- тверде;
- крихке;
- не тріскається;
- стійке до старіння;
- прозоре;
- погодостійке.
У 1928 році після тривалих експериментів німецький хімік Отто Рем зумів синтезувати прозорий пластик, який він назвав «плексиглас» . З 1933 року фірма Rohm and Haas у Дармштадті почала промислове виробництво цього матеріалу, затребуваного здебільшого в авіації: він був водостійким, безскалковим, нечутливим до бензину й оливи і міг набувати будь-якої форми.
На Всесвітній виставці в Нью-Йорку (1939) корпорація General Motors, у яку входила марка Pontiac, представила плексигласовий Pontiac (рис. 2 ). Усі металеві конструкції автомобіля були пофарбовані в мідний колір, а обладнання і приладова панель — хромовані. Колеса були білими. Зробили його не американці, а німці — та сама фірма Rohm and Haas. Після виставки «автомобіль-привид» вирушив у рекламне турне країною. Він і досі у робочому стані.
Пінопласти отримують, додаючи до складу пластмас речовини, які розкладаються при нагріванні з виділенням газів. Пінопласти нагадують застиглу піну — газ усередині пластмаси займає замкнені порожнини. Приблизно на 98 % вони складаються з повітря.
Властивості пінопласту:
- висока тепло- і звукоізоляційна здатність;
- мінімальне водопоглинання;
- низька щільність
Зауважте, що пінопласти — це цілий клас пластичних мас, вихідною сировиною для яких є той чи той полімер.
Пористість — дуже цінна якість матеріалу. Пористі матеріали є добрими звукоізолятами й теплоізолятами, мають низьку щільність. Пінопласти використовують для теплоізоляції у побутових приладах, наприклад у холодильниках, для теплозвукоізоляції кабін літаків, кузовів автомобілів, у суднобудуванні, для зовнішнього і внутрішнього утеплення будинків, трубопроводів тощо. Деякі види пінопласту придатні для виготовлення харчової тари й одноразового посуду. М’які й еластичні пінопласти (типу поролон) застосовують для амортизаторів, м’яких меблів.
III. Питання для самоконтролю.
1. Які речовини називають полімерами?
2. Як класифікують полімери за походженням, реакцією на нагрівання, наявністю наповнювача?
3. Які полімери називають термопластичними, термореактивними? Наведіть приклади.
4. Які переваги і недоліки полімерних конструкційних матеріалів?
5. Якими властивостями зумовлене широке використання пластмас?
6. Які екологічні проблеми пов’язані з використанням пластмас?
7. Для чого призначене маркування пластмас?
8. Складіть перелік переваг і недоліків пластикових меблів.
9. Підготуйте повідомлення про способи переробки пластику.
IV. Домашнє завдання.
Опрацювати теоретичний матеріал. Відповісти на запитання. Дайте письмову відповідь на восьме питання (можна у вигляді таблиці).
Відповіді надсилайте на адресу: viktorshur28101962@gmail.com
Не забувайте вказувати прізвище, клас і дату виконання.
БЕРЕЖІТЬ СЕБЕ!
Коментарі
Дописати коментар