Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВO OБРAЗOВAНИЯ И НAУКИ РOССИЙСКOЙ ФЕДЕРAЦИИ

ФЕДЕРAЛЬНOЕ ГOСУДAРСТВЕННOЕ БЮДЖЕТНOЕ OБРAЗOВAТЕЛЬНOЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГO ПРOФЕССИOНAЛЬНOГO OБРAЗOВAНИЯ

ПOВOЛЖСКИЙ ГOСУДAРСТВЕННЫЙ ТЕХНOЛOГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра КиПР

Реферат

по дисциплине «материалы электронной техники»

на тему: «Наполненные и армированные пластики»

Выполнил: ст. гр. ЭиН-21

Абдуллин Д.В.

Проверил: д.т.н.

Михеева Е.В.

Йошкар-Ола 2016 г

Оглавление

• Введение
• 1. Общие сведения
• 2. Технологии производства наполненных и армированных пластиков
• 3. Механические и физико-химические свойства
• 4. Применения
• 5. Преимущества и недостатки
• Заключение
• Список литературы и источников


Введение

Одним их самых распространенных искусственных, отсутствующих в природе и потому получаемых в процессе химической обработки, материалов являются полимеры, пластмассы, появление которых относится к 20 веку, веку бурного развития новых технологий. Их распространенность, применение обусловлено рядом их специфических свойств, таких как малая плотность при удовлетворительной технологической прочности, высокая химическая коррозионная стойкость, хорошие электроизоляционные свойства и прочее. пластмасса армированный полимерный

В данной работе мы рассмотрим два вида пластиковых масс, такие как наполненные и армированные, их виды, свойства, процесс изготовления, механические и физико-химические свойства так же рассмотрим преимущества и недостатки.

1. Общие сведения

Пластмассы -- это большой класс материалов, отличающихся широким диапазоном свойств и областей применения. В электро- и радиотехнике они используются в качестве как электроизоляционных, так и конструкционных материалов, что обусловлено достаточно высоким уровнем их электрических и механических свойств, стойкостью к воздействию высоких и низких температур, химо- и влагостойкостью, эластичностью, небольшой плотностью и легкостью переработки в изделия. Пластмассы, пластики, материалы, содержащие в своём составе полимер, который в период формования изделий находится в вязкотекучем или высокоэластичном состоянии, а при эксплуатации -- в стеклообразном или кристаллическом состоянии. В зависимости от характера процессов, сопутствующих формованию изделий, Пластмассы делят на реактопласты и термопласты. К числу реактопластов относят материалы, переработка в изделия которых сопровождается химической реакцией образования сетчатого полимера -- отверждением; при этом пластик необратимо утрачивает способность переходить в вязкотекучее состояние (раствор или расплав). При формовании изделий из термопластов не происходит отверждения, и материал в изделии сохраняет способность вновь переходить в вязкотекучее состояние.

Пластмассы обычно состоят из нескольких взаимно совмещающихся и несовмещающихся компонентов. При этом, помимо полимера, в состав пластмасс могут входить наполнители полимерных материалов, пластификаторы, понижающие температуру текучести и вязкость полимера, стабилизаторы полимерных материалов, замедляющие его старение, красители и др. Пластики могут быть однофазными (гомогенными) или многофазными (гетерогенными, композиционными) материалами. В гомогенных пластмассах полимер является основным компонентом, определяющим свойства материала. Остальные компоненты растворены в полимере и способны улучшать те или иные его свойства. В гетерогенных пластмассах полимер выполняет функцию дисперсионной среды (связующего) по отношению к диспергированным в нём компонентам, составляющим самостоятельные фазы. Для распределения внешнего воздействия на компоненты гетерогенного пластика необходимо обеспечить прочное сцепление на границе контакта связующего с частицами наполнителя, достигаемое адсорбцией или химической реакцией связующего с поверхностью наполнителя.

Наполненные пластики могут рассматриваться как слоистые системы, состоящие из непрерывной фазы - полимера, ориентированного и фиксированного в виде тонких слоев на поверхности частиц наполнителя, и чередующихся слоев. Исходя из этого прочность наполненных пластмасс возрастает с увеличением активной поверхности до определенного максимума, соответствующего предельно ориентированному слою связующего. Влияние наполнителя на прочность, как и в случае резин, описывается с помощью статистической теории распределения внутренних дефектов в твердом теле. Усиливающее действие связано с изменением перенапряжений в вершинах трещин, с релаксацией напряжений и перераспределением их на большее число центров прорастания микротрещин. Это должно увеличить среднее напряжение, обусловливающее разрушение тела. Микротрещина, развиваясь в наполненном полимере, может упереться в частицу наполнителя, и, следовательно, для ее дальнейшего развития требуется увеличение напряжения. Чем больше в полимере наполнителя, тем больше создается препятствий для развития трещин, вследствие чего происходит торможение процесса разрушения. Можно также полагать, что в тонких слоях полимеров согласно статистической теории прочности должно наблюдаться уменьшение числа дефектов, приводящих к разрушению, и увеличение прочности будет пропорционально уменьшению толщины слоя. Это предположение проверялось Рабиновичем на примере тонких пленок бутварофенольной смолы, однако различий в механических свойствах пленок разной толщины им обнаружено не было.

Свойства пластмасс с твёрдым наполнителем определяются степенью наполнения, типом наполнителя и связующего, прочностью сцепления на границе контакта, толщиной пограничного слоя, формой, размером и взаимным расположением частиц наполнителя. Пластмасс с частицами наполнителя малых размеров, равномерно распределёнными по материалу, характеризуются изотропией свойств, оптимум которых достигается при степени наполнения, обеспечивающей адсорбцию всего объёма связующего поверхностью частиц наполнителя. При повышении температуры и давления часть связующего десорбируется с поверхности наполнителя, благодаря чему материал можно формовать в изделия сложных форм с хрупкими армирующими элементами. Мелкие частицы наполнителя в зависимости от их природы до различных пределов повышают модуль упругости изделия, его твёрдость, прочность, придают ему фрикционные, антифрикционные, теплоизоляционные, теплопроводящие или электропроводящие свойства.

Основной особенностью армированных пластиков является ярко выраженная анизотропия их механических свойств, определяемая ориентацией волокон в матрице в одном или нескольких на- правлениях. Выбор ориентации обусловливается распределением напряжений в элементах конструкций. Это дает возможность оптимизировать структуру материала по весовым характеристикам, что позволяет создавать конструкции с минимизированной материалоемкостью. Отметим, что полимерные армированные материалы иногда не совсем правильно относят к наполненным поли- мерам: в данном случае речь идет о системах армирующих волокон, связанных между собой клеящей средой с полимерной матрицей. Поэтому для ПКМ особую роль приобретает прочность адгезионного взаимодействия матриц с весьма раз- витой поверхностью армирующих волокон. Главным элементом любых структур армированных пластиков является однонаправленный слой, состоящий из параллельно ориентированных армирующих элементов волокон, нитей, жгутов, лент или полотен. В данной работе мы не рассматриваем тканые армированные материалы. Как правило, текстильные и ткацкие процессы приводят к заметному снижению прочности волокнистых материалов и использование тканей оправдано лишь технологией и формой изделий, например, при их двойной кривизне. В настоящее время в качестве армирующих волокон, кроме стеклянных, используют несколько видов углеродных, органических на основе гибко- и жесткоцепных полимеров, борные и ряд других. Общей и важной почти для всех видов волокнистых материалов характеристикой является дисперсия прочности и длины волокон в пучке (нити, жгуте, ровинге), обусловленная технологией их формирования и получения. Основным корректным методом оценки их физико-механических свойств может служить определение прочности при растяжении так называемого микропластика, т.е. пучка волокон, пропитанных полимерной матрицей, отвержденной по заданному режиму. Этот метод получил сегодня широкое распространение и у нас, и за рубежом.

2. Технологии производства наполненных и армированных пластиков

Пластмассовые изделия изготавливают из связующего вещества - полимера.

Полимер - связующее вещество, из которого изготавливают пластмассу. Кроме него, при производстве пластмассового материала используют наполнители и ускорители отвержения. Чтобы пластмасса стала цветной, в ее состав добавляют минеральные красители. В качестве связующего вещества выступают синтетические смолы, производные целлюлозы, синтетический каучук - все эти вещества являются высокомолекулярными полимерами.

Способы переработки пластмасс подразделяют на группы:
В вязком текущем состоянии: прессованием, давлением, выдавливанием.
В высокоэластичном состоянии: штамповка, пневмо - и вакуум-формовка.
Получение деталей из жидких полимеров: литье.

Способы и технологии изготовления армированных пластиков как и наполненных бывают разными, зависит от вида пластика и от способа его изготовления исходя от этого зависит себестоимость пластмассы и ее качество.

Одной из перспективных технологий производства армированных пластиков на основе термопластов является производство тканых полотен из смеси волокон, часть из которых при формовании изделия расплавляется и связывает остальные нерасплавленные волокна. Последние играют роль армирующего наполнителя. Полуфабрикаты из таких смесовых тканей обладают равномерностью структуры и постоянством сырьевого состава. Производство изделий из смесовых тканей легко механизируется и может быть осуществлено на обычных гидравлических прессах.

Переработка в твердом состоянии состоит из следующих этапов: резка, механическая обработка. Получение неразъемных соединений: сварка, пайка, склеивание.
К прочим способам можно отнести: напыление, спекание и др.
Прессование - производство выполняется в металлических пресс-формах с одной или несколькими формовыми полостями - матрицами. В них пластмасса подается в исходном состоянии в виде порошков, таблеток. Под воздействием тепла и давления пресс-материал заполняет формирующие полости, приобретая требуемую форму и размер, здесь же протекает процесс полимеризации.

Пресс-форма Арматура. Недостатком является достаточно быстрый износ пресс-форм, т. к. прессование начинается при недостаточно пластичном материале.

Литьевое прессование начальные этапы проводятся в отдельном устройстве - предварительная камера. повышается стойкость пресс-формы, точность и качество деталей, т. к. заполнение идет только в жидком состоянии. Но усложняется конструкция.
Литьевое под давлением (наиболее эффективный метод). Применяется для термопластичных материалов. Повышенная производительность до нескольких сот деталей в минуту. Возможна полная автоматизация циклов, на машинах получают детали очень сложной формы. Процесс литья заключается в том, что расплавленный материал подается в рабочую полость стальной пресс-формы под давлением 300-500 МПа. Весь процесс осуществляется на одной машине, которая работает в автоматическом или полуавтоматическом режиме. Это наиболее известная форма литья. металл подогрев
Одна часть формы подвижная. Металл подается в специальный мундштук из цилиндра. Чтобы металл не остывал камера сжатия подогревается постоянно. Воздух откачивается. Формирование происходит под действием атмосферного давления; применяют для получения крупногабаритных и корпусных деталей.

Наполнителями при изготовлении пластмасс служат различные минеральные (кварцевая мука, мел, барит, тальк) и органические (древесная мука) порошки, асбестовые, древесные и стеклянные волокна, бумага, хлопчатобумажная и стеклянная ткани, асбестовый картон, древесный шпон и др. Пластификаторы (цинковая кислота, стеарат алюминия и др.) придают пластмассе большую пластичность. Они должны быть химически инертными, малолетучими и нетоксичными. Катализаторы применяют для ускорения отверждения пластмасс. Например, для ускорения отверждения фенолоформальдегидного полимера ускорителем служит известь или уротропин.

3. Механические и физико-химические свойства

Рассмотрим основные вопросы, относящиеся к физико-химии поверхностных явлений в гетерогенных полимерных системах, к которым относятся армированные пластики, наполненные пластики и каучуки, полимерные покрытия, клеи и пр. По составу пластмассы можно разделить на ненаполненные, представляющие собой чистые или с очень незначительными добавками полимеры, и наполненные пластики - смеси, содержащие наполнители, пластификаторы, красители, стабилизаторы, отвердители и другие добавки, равномерно распределенные в связующем - смоле.

Пластмассы представляют собой материалы, сложную композицию высокомолекулярных соединений, которые могут находится в аморфном и кристаллическом состоянии. Иным словами, эти материалы представляют собой группу органических материалов, основу которых составляют синтетические или природные смолообразные высокомолекулярные вещества (полимеры), способные при нагревании и давлении формоваться, устойчиво сохраняя приданную им форму.

Средняя плотность пластмасс от 15 до 2200 кг/м3. Они обладают значительной прочностью (предел прочности при сжатии 120...160 МПа, при изгибе 40...60 МПа), хорошими теплоизоляционными и электроизоляционными качествами, коррозийной стойкостью и долговечностью. Отдельные пластмассы характеризуются прозрачностью и высокой клеящей способностью, а также способностью образовывать тонкие пленки и защитные покрытия. Пластмассы имеют исключительно важное значение как строительные материалы, часто применяемые в комбинации с вяжущими веществами, металлами каменными материалами.

В зависимости от степени влияния теплоты эти вещества могут быть классифицированы на следующие группы: термопласты - полиэтиленовые, капроновые, полистирольные, фторопластмассы - и реактопласты - различные текстолиты, пресс материалы, стеклопластики. При нагревании исходных компонентов переходит в вязко-текучее состояние, но с завершением хим. реакции становится твердым и больше не могут размягчатся ( в отличие от термопластов).

По своим физическим свойствам эти материалы могут быть также подразделены на: жесткие - имеющие незначительное удлинение, называются пластиками, мягкие - обладающие большим относительным удлинением, низкой упругостью называется эластики.

Кроме того, в зависимости от числа компонентов теория и практика химической промышленности выделяет: простые, композиционные.

4. Применения

Пластмассы занимают одно из ведущих мест среди конструкционных материалов машиностроения. Потребление их в этой отрасли становится соизмеримым (в единицах объёма) с потреблением стали. Целесообразность использования пластмасс в машиностроении определяется прежде всего возможностью удешевления продукции. При этом улучшаются также важнейшие технико-экономические параметры машин - уменьшается масса, повышаются долговечность, надёжность и др. Из пластмасс изготовляют зубчатые и червячные колёса, шкивы, подшипники, ролики, направляющие станков, трубы, болты, гайки, широкий ассортимент технологической оснастки и др.

Основные достоинства пластических масс, обусловливающие их широкое применение в авиастроении, - лёгкость, возможность изменять технические свойства в большом диапазоне. За период 1940-70 число авиационных деталей из пластмасс увеличилось от 25 до 10 000. Наибольший прогресс в использовании полимеров достигнут при создании лёгких самолётов и вертолётов. Тенденция ко всё более широкому их применению характерна также для производства ракет и космических аппаратов, в которых масса деталей из пластмасс может составлять
50% от общей массы аппарата. С использованием реактопластов изготовляют реактивные двигатели, силовые агрегаты самолётов (оперение, крылья, фюзеляж и др.), корпуса ракет, колёса, стойки шасси, несущие винты вертолётов, элементы тепловой защиты, подвесные топливные баки и др. Термопласты применяют в производстве элементов остекления, антенных обтекателей, при декоративной отделке интерьеров самолётов и др., пено- и сотопласты - как заполнители высоконагруженных трёхслойных конструкций.

Области применения пластмасс в судостроении очень разнообразны, а перспективы использования практически неограничены. Их применяют для изготовления корпусов судов и корпусных конструкций (главным образом стеклопластики), в производстве деталей судовых механизмов, приборов, для отделки помещений, их тепло-, звуко- и гидроизоляции.

В автомобилестроении особенно большую перспективу имеет применение Пластмассы для изготовления кабин, кузовов и их крупногабаритных деталей, т.к. на долю кузова приходится около половины массы автомобиля и ~ 40% его стоимости. Кузова из пластмасс более надёжны и долговечны, чем металлические, а их ремонт дешевле и проще. Однако пластмассы не получили ещё большого распространения в производстве крупногабаритных деталей автомобиля, главным образом из-за недостаточной жёсткости и сравнительно невысокой атмосферостойкости. Наиболее широко их применяют для внутренней отделки салона автомобиля. Из них изготовляют также детали двигателя, трансмиссии, шасси. Огромное значение, которое играют в электротехнике, определяется тем, что они являются основой или обязательным компонентом всех элементов изоляции электрических машин, аппаратов и кабельных изделий.
Пластмассы часто применяют и для защиты изоляции от механических воздействий и агрессивных сред, для изготовления конструкционных материалов и др.

Тенденция ко всё более широкому применению пластмасс (особенно плёночных материалов) характерна для всех стран с развитым сельским хозяйством. Их используют при строительстве культивационных сооружений, для мульчирования почвы, дражирования семян, упаковки и хранения сельском хозяйстве продукции и т.д. В мелиорации и сельском хозяйстве водоснабжении полимерные плёнки служат экранами, предотвращающими потерю воды на фильтрацию из оросительных каналов и водоёмов; из пластмасс изготовляют трубы различного назначения, используют их в строительстве водохозяйственных сооружений и др.

В медицинской промышленности применение Пластмасс позволяет осуществлять серийный выпуск инструментов, специальной посуды и различных видов упаковки для лекарств. В хирургии используют пластмассовые клапаны сердца, протезы конечностей, ортопедические вкладки, туторы, стоматологические протезы, хрусталики глаза и др.

5. Преимущества и недостатки

К достоинствам армированных пластиков относятся:

- высокая прочность при низкой плотности, что позволяет заменять сталь в конструкциях машин и механизмов;

- устойчивость к воздействию агрессивных сред, что обеспечивает изделиям из них длительные сроки эксплуатации без применения защитных покрытий;

- низкая материалоемкость изготовленных из них изделий, что позволяет низить массу и расходы на эксплуатацию мобильной техники;

- высокая технологичность, заключающаяся в возможности изготовления крупногабаритных изделий сложной формы без дорогостоящей технологической оснастки и оборудования;

- возможность регулирования в широких пределах тепло- и электропроводности, радио- и светопрозрачности в зависимости от типа применяемых армирующих волокон;

- возможность ремонта в «полевых» условиях без применения специального оборудования;

- низкие капитальные затраты на организацию производства изделий из армированных пластиков;

- работоспособность в широком диапазоне температур и напряжений.

Один из недостатков армированных пластиков - их низкая трещиностойкость, которая обусловлена хрупкостью наиболее широко применяемых эпоксидных матриц.

Достоинства наполненных пластиков заключаются в снижении стоимости изделий, а также улучшают отдельные их свойства, например повышают прочность, твердость, теплостойкость, кислотостойкость, снижают хрупкость, увеличивают долговечность.

Недостатком наполненного пластика является то, что высокая прочность только вдоль слоёв наполнителя, а в перпендикулярном направлении низкая.

Заключение

Таким образом применение полимерных изделий широко используется в разных отраслях машиностроения, промышленности позволяет экономить расход дорогих цветных металлов, снижать массу изделий, повышать их долговечность, снизить трудоемкость продукции. Одним из преимуществ является также возможность не разделения процессов изготовления продукции путем совмещения процессов формообразования заготовки и получения готовых деталей. Процесс обработки является высоко автоматизированным, с незначительным уровнем механической доработки.

Говоря о методах переработки пластмассы, можно сказать, что они имеют значительное преимущество перед многими другими материалами. Благодаря изготовлению изделий из пластмасс методами прессования, литья под давлением, формования, экструзии и другими методами устраняются отходы производства (стружки), появляется возможность широкой автоматизации производства.

Большим, но не единственным преимуществом пластических масс перед другими материалами является неограниченность и доступность сырьевой базы (нефтяные газы, нефть, уголь, отходы лесотехнической промышленности, сельского хозяйства и др.). Говоря о суммарном экономическом эффекте от использования пластмасс в народном хозяйстве за седьмую и восьмую пятилетки составил более 3,6 млрд. руб.

Пластические массы обладают очень высокими электро-, тепло- и звукоизолирующими свойствами, почти абсолютной стойкостью к действию агрессивных сред; обеспечивают защиту от радиоактивных излучений; способны отражать или пропускать световые, звуковые и радиоволны. Пластмассы широко применяются в новейших областях техники: атомной энергетике, электронике, ракетной технике, современном самолетостроении и др.

И, наконец, если мы внимательно оглянемся кругом, то заметим массу вещей, изготовленных из пластмасс, которые прочно вошли в наш быт. Большое число деталей холодильников, телевизоров, пылесосов, стиральных машин, спортивные принадлежности, игрушки, посуда, отделочные и упаковочные материалы, различные предметы галантереи, санитарии и гигиены -- вот далеко не полный перечень изделий из пластмасс, широко применяемых в быту.

Список литературы и источников

1. Сидорин И.И. «Основы материаловедения», Москва, «Машиностроение», 1976 год;

2. А. М. Куперман, Ю. А. Горбаткина, В. Г. Иванова-Мумжиева, А. А. Берлин «Армированные пластики у современные конструкционные материалы»;

3. http://www.studfiles.ru/preview/440406/page:2/;

4. http://plastinfo.ru/information/articles/302.

Размещено на Allbest.ru