Понятие о неметаллических материалах и классификация

ПОЛИМЕРОВ.

Полимерами называют вещества, макромолекулы которых состоят из

многочисленных, элементарных звеньев (мономеров) одинаковой струк-

туры. Молекулярная масса их составляет от 5000 до 1000000. При таких больших размерах макромолекул свойства веществ определяются не только химическими составами этих молекул, но и их взаимным расположением и строением. Макромолекулы полимера представляют собой цепочки, состоящие из отдельных звеньев. Поперечное сечение цепи несколько ангстрем, а длина несколько тысяч ангстрем, поэтому макромолекулам полимера свойствен на гибкость (которая ограничена размером сегментов - жестких участков, состоящих из нескольких звеньев). Гибкость макромолекул является одной из отличительных особенностей полимеров. Атомы, входящие в основную цепь, связаны прочной химической (ковалентной) связью. Энергия химических связей (в ккал/моль) составляет вдоль цепи 80 для С — С, 79 для С — О, 66 для С — N. Силы межмолеку-лярного взаимодействия, имеющие обычно физическую природу, значи тельно (в 10 — 50 раз) меньше. Например, прочность межмолекулярных связей электростатического характера не превышает 9 ккал/моль. Однако в реальных полимерах такие суммарные силы имеют значение вследствиебольшой протяженности цепевидных макромолекул. Наиболее сильные межмолекулярные взаимодействия осуществляются посредством водородных связей (только в 4—10 раз слабее ковалентных). Таким образом, молекулы полимеров характеризуются прочными связями в самих макро молекулах и относительно слабыми между ними. В некоторых полимерах между звеньями, входящими в состав соседних макромолекул, действуют силы химической связи. Такие вещества характеризуются высокими свойствами во всех направлениях. Можно в процессе синтеза к главной молекулярной цепи, состоящей из одних мономеров, «привить» отрезки из других мономеров, тогда получают так называемые привитые сополимеры. Когда основная цепь построена из одинаковых атомов, полимер называют гомоцепным, из разных — гетероцепным. Большое значение имеет сгерео регулярность полимера, когда все звенья и заместители располо жены в пространстве в определенном порядке. Это придает материалу повышенные физико-механические свойства (по сравнению с нерегулярными полимерами). Полимеры встречаются в природе — натуральный каучук, целлюлоза, слюда, асбест, природный графит. Однако ведущей группой являются синтетические полимеры, получаемые в процессе химического синтеза из низ-комолекулярных соединений. Возможности создания новых полимеров и изменения свойств уже существующих очень велики. Синтезом можно получать полимеры с разнообразными свойствами и даже создавать мате риалы с заранее заданными характеристиками. Классификация полимеров. Для удобства изучения связи состава, структуры со свойствами полимеров их можно классифицировать по различным признакам (составу, форме макромолекул, фазовому состоянию, полярности, отношению к нагреву). По составу все полимеры подразделяют на органические, элементоорганические, неорганические.Органические полимеры составляют наиболее обширную группу соединений. Если основная молекулярная цепь таких соединений образована только углеродными атомами, то они называются карбоцепными полимерами. Углеродные атомы соединены с атомами водорода или органическими радикалами: В гетероцепных полимерах атомы других элементов, присутствующие в основной цепи, кроме углерода, существенно изменяют свойства полимера. Так, в макромолекулах атомы кислорода способствуют повышению гибкости цепи, что приводит к увеличению эластичности полимеров (например, для волокон, пленок), атомы фосфора и хлора повышают огнестойкость, атомы серы придают газонепроницаемость (для герметиков, резин), атомы фтора, даже в виде радикалов, сообщают полимеру высокую химическую стойкость и т. д.Некоторые карбоцегшые и гетероцепные полимеры могут иметь сопряженную систему связей, например:

... сн = сн-сн = сн-сн = сн...

 

Энергия сопряженной связи 100—110 ккал/моль выше одинарной, по-

этому такие полимеры более устойчивы при нагреве.

Органическими полимерами являются смолы и каучуки. Элементо орга-

нические соединения содержат в составе, основной цепи неорганические

атомы кремния, титана, алюминия и других элементов, которые сочетают-

ся с органическими радикалами (метальный, фенильный, этильный). Орга-

нические радикалы придают материалу прочность и эластичность, а неор-

ганические атомы сообщают повышенную теплостойкость. В природе

таких соединений не встречается. Представителями этой группы являются

кремнийорганические соединения, разработанные советским ученым К. А.

Андриановым. Строение этих соединений в основном имеет вид

Между атомами кремния и кислорода существует прочная химическая

связь; энергия силоксановой связи Si~O равна 89,3 ккал/моль. Отсюда

и более высокая теплостойкость кремнийорганических смол, каучуков, хо-

тя их упругость и эластичность меньше, чем у органических. Полимеры,

содержащие в основной цепи титан и кислород, называются полититанок-

санами.

К неорганическим полимерам относятся силикатные стекла, керамика,

слюда, асбест. В составе этих соединений углеродного скелета нет. Основу

неорганических материалов составляют окислы кремния, алюминия, маг-

ния, кальция и др.

В силикатах существуют два типа связей: атомы в цепи соединены ко-

валентными связями (Si - О), а цепи между собой - ионными связями.

Свойства этих веществ можно изменять в широких пределах, получая, на-

пример, из минерального стекла волокна и эластичные пленки. Неоргани-

ческие полимеры отличаются более высокой плотностью, высокой дли-

тельной теплостойкостью. Однако стекла и керамика хрупкие, плохо

переносят динамические нагрузки. К неорганическим полимерам относится

также графит, представляющий собой карбоцепной полимер.

В конкретных технических материалах используются как отдельные

виды полимеров, так и сочетание различных групп полимеров; такие мате-

риалы называют композиционными (например, стеклопластики).

Своеобразие свойств полимеров обусловлено структурой их макромо-

лекул. По форме макромолекул полимеры делятся на линейные (цеповид-

ные), разветвленные, плоские, ленточные (лестничные), пространственные

или сетчатые. Линейные макромолекулы полимера представляют собой

длинные зигзагообразные или закрученные в спираль цепочки (рис. 185, а).

Гибкие макромолекулы с высокой прочностью вдоль цепи и слабыми

межмолекулярными связями обеспечивают эластичность материала, спо-

собность его размягчаться при нагревании, а при охлаждении вновь за-

твердевать. Многие такие полимеры растворяются в растворителях. На

физико-механические и химические свойства линейного полимера влияет

плотность упаковки молекул в единице объема. При плотной упаковке возникает более сильное межмолекулярное притяжение, что приводит к повы-

шению плотности, прочности, температуры размягчения и уменьшению

растворимости. Линейные полимеры являются наиболее подходящими для

получения волокон и пленок (например, полиэтилен, полиамиды и др.).

Разветвленные макромолекулы полимера, являясь также линейными,

отличаются наличием боковых ответвлений. Эти ответвления препят-

ствуют сближению макромолекул, их плотной упаковке.

 

Подобная форма макромолекул предопределяет пониженное межмолекулярное взаимодей-

ствие и, следовательно, меньшую прочность и повышенную плавкость

и растворимость (полиизобутилен).

 

К разветвленным относятся и привитые полимеры, в которых состав основной цепи и редко расположенных боковых ответвлений неодинаков. Это дает возможность изменять свой-

ства полимеров (рис. 185,6) в широких пределах (прочность, раствори-

мость).

Макромолекула лестничного полимера (рис. 185, в) состоит из двух це-

пей, соединенных химическими связями. Лестничные полимеры имеют бо-

лее жесткую основную цепь и обладают повышенной теплостойкостью,

большей жесткостью, они нерастворимы в стандартных органических рас-

творителях (например, кремнийорганические полимеры).

Пространственные или сетчатые полимеры образуются при соединении

(≪сшивке≫) макромолекул между собой в поперечном направлении прочны-

ми химическими связями непосредственно или через химические элементы

или радикалы. В результате такого соединения макромолекул образуется

сетчатая структура с различной густотой сетки (рис. 185, г). Редкосетчатые

(сетчатые) полимеры теряют способность растворяться и плавиться, они

обладают упругостью (например, мягкие резины). Густосетчатые (про-

странственные) полимеры отличаются твердостью, повышенной тепло-

стойкостью, нерастворимостью. Иногда образование пространственной

структуры сопровождается даже возникновением хрупкости (смола в ста-

дии резит). Пространственные полимеры лежат в основе конструкционных

неметаллических материалов. К сетчатым полимерам относятся также

пластинчатые полимеры, которые имеют плоскостное двухмерное строе-

ние. Примером такого полимера является графит. Пластинчатая (паркет-

ная) структура показана на рис. 185, д.

По фазовому состоянию полимеры подразделяют на аморфные

и кристаллические.

В результате рентгенографического и электронно-микроскопических ис-

следований, проведенных В. А. Каргиным, А. И. Китайгородским и Г. Л.

Слонимским, макромолекулы в полимерах, как правило, расположены не

хаотично, а имеют упорядоченное взаимное расположение. Структуры,

возникающие в результате различной укладки молекул, называют надмо-

лекулярными. Упорядоченность в структуро образовании определяется гиб-

костью линейных и разветвленных (с короткими ответвлениями) макромо-

лекул, способностью их менять форму, перемещаться по частям; большое

влияние оказывают жесткость цепи и силы межмолекулярного притяже-

ния. Аморфные полимеры однофазны и построены из цепных молекул, со-

бранных в пачки. Пачка состоит из многих рядов макромолекул, располо-

женных последовательно друг за другом.

Пачки способны перемещаться относительно соседних элементов, так как они являются структурными

элементами. Аморфные полимеры могут быть также построены из свернутых

в клубки цепей, так называемых глобул. Глобулярная структура полиме-

ров дает невысокие механические свойства (хрупкое разрушение по грани-

цам глобул). При повышенных температурах глобула разворачивается

в линейные образования, способствующие повышению механических

свойств полимеров.

Вопрос о надмолекулярных структурах некристаллизующихся полиме-

ров мало разработан. Структуры в этих полимерах являются флуктуа-

ционными, термодинамически нестабильными и характеризуются относи-

тельно небольшим временем жизни.

Кристаллические полимеры образуются в том случае, если их макромо-

лекулы достаточно гибкие и имеют регулярную структуру. Тогда при со-

ответствующих условиях возможны фазовый переход внутри пачки и обра-

зование пространственных решеток кристаллов.

Гибкие пачки складываются в ленты путем многократного поворота

пачек на 180°С. Затем ленты, соединяясь друг с другом своими плоскими

сторонами, образуют пластины (рис. 186, а). Эти пластины наслаиваются,

в результате чего получаются правильные кристаллы.

В том случае, когда образование из более мелких структурных элемен-

тов правильных объемных кристаллов затруднено, возникают сферолиты (рис. 186,6). Сферолиты состоят из лучей, образованных чередованием кри-

сталлических и аморфных участков. В процессе ориентации гибкоцепных

полимеров получаются фибриллярные структуры, состоящие из микрофи-

брилл (рис. 186, в). Между кристаллитами находятся аморфные участки [1].

Кристаллические структуры являются дискретными, организованными,

термодинамически стабильными. В отсутствии внешних силовых полей их

время жизни т->оо. Кристаллизующимися полимерами являются полиэти-

лен, полипропилен, полиамиды и др. Кристаллизация осуществляется

в определенном интервале температур. В обычных условиях полной кри-

сталлизации не происходит. В связи с этим в реальных полимерах структу-

ра обычно двухфазная: наряду с кристаллической фазой имеется и аморф-

ная. Кристалличность придает полимеру повышенную теплостойкость,

большую жесткость и прочность. Через надмолекулярную структуру пере-

даются механические и физические свойства полимеров. При переработке,

а также в условиях длительного хранения и эксплуатации надмолеку-

лярные структуры могут самопроизвольно или вынужденно претерпевать

изменения. По полярности полимеры подразделяют на полярные и неполярные.

У неполярной молекулы электронное облако, скрепляющее атомы, распре-

делено между ними в одинаковой мере; у таких молекул центры тяжести

разноименных зарядов совпадают. У полярной молекулы общее электрон-

ное облако сдвинуто в сторону более электроотрицательного атома;

центры тяжести разноименных зарядов не совпадают. Полярность веще-

ства оценивается дипрльным моментом и, равным произведению элемен-

тарного заряда (заряд электрона) q на расстояние / между центрами тяже-

сти всех положительных и всех отрицательных зарядов. Таким образом,

И = q • I. Заряд электрона q = 4,8 • 10"1 0 эл.-ст. единиц; расстояние / порядка

10 " 8 см (1 А). Значения дипольного момента имеют порядок 10"1 8

эл.-ст. единиц см. Эту величину иногда называют единицей Дебая (Д).

Например, для связей С - Н,. С - N, С - О, С - F, С — С1 и равно соответ-

ственно 0,2; 0,4; 0,9; 1,83; 2,О5Д. Первым условием полярности полимеров является присутствие в них полярных связей (группировок — С1, — F, — ОН), вторым — несимметрия

в их структуре. Неполярные полимеры имеют симметричное расположение

функциональных групп, и поэтому дипольные моменты связей атомов

взаимно компенсируются, например:

 

1) неполярные:

полиэтилен [ - СН2 — СН2 — ]„ - молекула симметрична;

полипропилен [ - СН2 - СНСН3 - ]„ - дипольные моменты С - Н и С -

- СН3 равны;

фторопласт-4 [ - CF2 - CF2 — ]„ - дипольный момент связи С - F значи-

телен, сумма моментов равна нулю, так как они компенсируют друг друга.

2) полярные:

поливинилхлорид [ - СН2 - СНС1 - ]„ - молекула несимметрична, ди-

польные моменты С — Н(0,2Д) и С ^ С1 (2,05 Д) взаимно не компенси-

руются.

Полярность сильно влияет на свойства полимеров. Так, неполярные по-

лимеры (в основном на основе углеводородов) являются высококаче-

ственными высокочастотными диэлектриками. Физико-механические свойства неполярных полимеров при низких температурах ухудшаются незначительно, такие материалы обладают хорошей морозостойкостью(например, полиэтилен не охрупчивается до температуры — 70°С). Полярность, увеличивая силы межмолекулярного притяжения, придает полимеру жесткость, теплостойкость. Однако диэлектрики на основе полярных полимеров могут работать без потерь только в ограниченной области частот(являются низкочастотными). Кроме того, полярные полимеры характеризуются низкой морозостойкостью (например, полихлорвинил до температуры - Юн--20:С).Все полимеры по отношению к нагреву подразделяют на термопластичные и.термореактивные. Термопластичные полимеры при нагревании размягчаются, даже плавятся, при охлаждении затвердевают; этот процесс обратим, т. е. никаких дальнейших химических превращений материал не претерпевает. Структура макромолекул таких полимеров линейная или разветвленная. Представителями термопластов являются полиэтилен, полистирол, полиамидыи др.Термореактивные полимеры на первой стадии образования имеют линейную структуру и при нагревании размягчаются, затем вследствие протекания химических реакций затвердевают (образуется пространственная структура) и в дальнейшем остаются твердыми. Отвержденное состояние полимера называется термостабильным. Примером термореактивных смол могут служить фенолоформальдегидная, глифталевая и другие смолы.

 

Резиновые материалы

Резина представляет собой искусственный материал, получаемый в результате специальной обработки резиновой смеси, основным компонентом которой является каучук. Каучук — это полимер, отличительной особенностью которого является способность к очень большим обратимым деформациям при небольших нагрузках. Это свойство объясняется строением каучука. Его макромолекулы имеют вытянутую извилистую форму. При нагрузке происходит выпрямление макромолекул, что и объясняет большие деформации. При разгрузке макромолекулы принимают исходную форму. Различают натуральный и синтетический каучук. Натуральный каучук добывают из некоторых видов тропических растений в незначительных количествах. Поэтому производство резины основано на применении синтетических каучуков. Сырьем для производства синтетического каучука служит спирт, на смену которому приходит нефтехимическое сырье. Резину получают из каучука путем вулканизации, т.е. в процессе химического взаимодействия каучука с вулканизатором при высокой температуре. Вулканизатором чаще всего является сера. В процессе вулканизации сера соединяет нитевидные молекулы каучука и образуется пространственная сетчатая структура. В зависимости от количества серы получается различная частота сетки. При введении 1-5% серы образуется редкая сетка и резина получается мягкой. С увеличением содержания серы сетка становится все более частой, а резина более твердой и приблизительно при 30% серы получается твердый материал, называемый эбонитом. Кроме каучука и вулканизатора в состав резины входит ряд других веществ. Наполнители вводят в состав резины от 15 до 50% к массе каучука. Активные наполнители (сажа, оксид цинка и др.) служат для повышения механических свойств резин. Неактивные наполнители (мел, тальк и др.) снижают стоимость резиновых изделий. Пластификаторы (парафин, вазелин, стеариновая кислота, мазут, канифоль и др.) предназначены для облегчения переработки резиновой смеси, повышения эластичности и морозостойкости резины. Противостарители служат для замедления процесса старения резины, приводящего к ухудшению ее эксплуатационных свойств. Красители служат для придания резине нужного цвета. В резину также добавляются регенераты — продукты переработки старых резиновых изделий и отходы резинового производства. Они снижают стоимость резин. Основное свойство резины — очень высокая эластичность. Резина способна к большим деформациям, которые почти полностью обратимы. Кроме того, резина характеризуется высоким сопротивлением разрыву и истиранию, газо- и водонепроницаемостью, химической стойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами, небольшой плотностью, малой сжимаемостью, низкой теплопроводностью. По назначению резины подразделяются на резины общего и специального назначения. Из резин общего назначения изготовляются автомобильные шины, транспортерные ленты, ремни ременных передач, изоляция кабелей, рукава и шланги, уплотнительные и амортизационные детали, обувь и др. Резины общего назначения могут использоваться в горячей воде, слабых растворах щелочей и кислот, а также на воздухе при температуре от -10 до +150°С. Резины специального назначения подразделяются на теплостойкие, которые могут работать при температуре до 250-350°С; морозостойкие, выдерживающие температуру до -70°С; маслобензостойкие, работающие в среде бензина, других топлив, масел и нефтепродуктов; светоозоностойкие, не разрушающиеся при работе в атмосферных условиях в течении нескольких лет, стойкие к действию сильных окислителей; электроизоляционные, применяемые для изоляции проводов и кабелей; электропроводящие, способные проводить электрический ток.

 

 

Древесные материалы

Древесина — это органический материап растительного происхождения, представляющий собой сложную ткань древесных растений. Она составляет основную массу ствола деревьев. Древесина является волокнистым материалом, причем волокна в ней расположены вдоль ствола. Поэтому для нее характерна анизотропия, т.е. ее свойства вдоль и поперек волокон различны. Достоинствами древесины являются относительно высокая прочность; малая объемная масса и, следовательно, высокая удельная прочность; хорошее сопротивление ударным и вибрационным нагрузкам; малая теплопроводность и, следовательно, хорошие теплоизоляционные свойства; химическая стойкость; хорошая технологичность (легкость обработки и изготовления изделий). К недостаткам древесины следует отнести гигроскопичность, т.е. способность впи- тывать влагу, и возникающую из-за изменения влажности нестабильность свойств и размеров (усушка и набухание), а также отсутствие огнестойкости, неоднородность строения, склонность к гниению. Для защиты древесины от увлажнения, загнивания и воспламенения производят окраску лаками и красками, опрыскивание и пропитку специальными химическими веществами. Материалы из древесины можно разделить на лесоматериалы, сохраняющие природную физическую структуру и химический состав древесины и древесные материапы, полученные путем специальной обработки исходной древесины. В свою очередь лесоматериалы подразделяются на необработанные (круглые), пиломатериалы, лущеные (древесный шпон) и колотые. Круглые лесоматериалы получают из спиленных деревьев после очистки от ветвей, разделения поперек ствола на части требуемой длины и окорки. Они применяются в строительстве, в качестве опор и столбов линий электропередач, в качестве сырья. Пиломатериалы получают лесопилением. Пиломатериалы с опиленными кромками называют обрезными, неопиленными — необрезными. Подвергающиеся после пиления дальнейшей обработки называют стругаными. Пиломатериалы делятся в зависимости от поперечного сечения на следующие виды: брусья (толщина или ширина больше 100 мм), бруски (ширина не более двойной толщины), доски (ширина более двойной толщины), планки (узкие и тонкие доски). Древесный шпон — это широкая ровная стружка древесины, получаемая путем лущения. Толщина листов шпона 0,5-1,5 мм. Используется шпон в качестве полуфабрикатов для изготовления фанеры, облицовочного материала для изделий из древесины. К материалам, полученным путем специальной обработки древесины можно отнести фанеру, прессованную и модифицированную древесину, древесностружечные и древесноволокнистые плиты и др. Фанера — это листовой материал, полученный путем склейки листов шпона. При этом волокна соседних листов находятся под прямым углом друг к другу. Толщина фанеры от 1 до 12 мм, более толстые материалы называют плитами. Столярные плиты представляют собой трехслойные щиты, состоящие из реечного заполнителя, оклеенного с обеих сторон древесным шпоном. Прессованная древесина — это материал, получаемый при горячем прессовании брусков, досок и других заготовок поперек волокон под давлением до 30 МПа. В результате прочность возрастает по сравнению с исходной более чем в два раза. Модифицированная древесина представляет собой материал, полученный при обработке древесины каким-либо химическим веществам (смолой, аммиаком и др.) с целью повышения механических свойств и придания водостойкости. Древесностружечные плиты изготовляют прессованием древесной стружки со связующим. Плиты могут быть облицованными шпоном, фанерой или бумагой. Древесноволокнистые плиты изготовляют путем прессования древесных волокон при высокой температуре, иногда с добавлением связующих веществ.

 

25. Клеящие материалы

К леями называют сложные вещества на основе полимеров, способные при затвердевании образовывать прочные пленки, хорошо прилипающие к различным материалам. По сравнению с другими видами соединений (клепкой, сваркой, механическим креплением) клеевые соединения имеют ряд преимуществ. Клеи позволяют соединять разнородные материалы (металл, керамику, пластмассу, дерево) в различных сочетаниях. Клеевые швы атмосферостойки, не подвержены коррозии, позволяют обеспечивать герметичность соединений. Масса конструкции при клеевой сборке почти не увеличивается, отсутствуют снижающие прочность и являющиеся концентраторами напряжений отверстия под болты, заклепки, гвозди. Во многих случаях клеевое соединение металлических и неметаллических материалов является единственно возможным решением, обеспечивающим высокую прочность конструкции. Клеи могут выдерживать высокие и низкие температуры, сохраняя достаточную прочность соединения. Недостатки клеевых соединений - сравнительно невысокая теплостойкость при длительной эксплуатации и низкая прочность при несимметричном нагружении и неравномерном отрыве. Работоспособность клеевых соединений зависит прежде всего от процессов адгезии и когезии. Адгезия характеризует прочность сцепления клеевой пленки со склеиваемой поверхностью, когезия -прочность собственно клеевого слоя. Для приготовления клеев используют термопластичные или термореактивные полимеры. Клеи на основе термопластичных полимеров дают менее прочные соединения и используются ограниченно, обычно для склеивания материалов, не подвергающихся тепловому воздействию (бумаги, картона, тканей). С повышением температуры клеевой слой размягчается и склеенные поверхности разъединяются. Клеи на основе термореактивных полимеров, содержащие также отвердители и ускорители процессов отверждения, наполнители и пластификаторы, дают более прочные соединения. Клеи этой группы могут быть холодного и горячего отверждения. Клеи холодного отверждения смешиваются с отвердителями и ускорителями непосредственно перед процессом склеивания. Клеи горячего отверждения приготавливаются на заводе-изготовителе, поставляются потребителю в готовом виде и могут храниться несколько месяцев. К группе клеев на основе термореактивных смол относятся феноло-формальдегидные клеи. При наличии в их составе ускорителей процесса (например, сульфоконтакта) эти клеи отверждаются даже при комнатной температуре за несколько часов. К таким клеевым составам относятся клеи Б-3, Ф-9 и др. В тех случаях, когда применение ускорителя, обладающего кислотными свойствами, может привести к частичной деструкции склеиваемого материала (например, древесины, фанеры), рекомендуется вместо феноло-формальдегидного клея применять резорцино-формальде-гидный клей, например ФР-12. Для склеивания изделий из древесины, работающих в условиях умеренной влажности, применяют клеи на основе водных растворов мочевино-формальдегидных смол, например клей КМ-12. В качестве ускорителей в этих клеях холодного отверждения используются хлорид аммония или хлорид цинка, а также слабые органические кислоты. Феноло-формальдегидные клеевые соединения водостойки. На базе феноло-формальдегидных смол создана гамма универсальных клеев. В их число входят следующие: клей БФ (феноло-формальдегидная смола, модифицированная бутваром); клей ВК-32-ЭМ (продукт взаимодействия феноло-формальдегидной и эпоксидной смол); клей ВК-32-200 (феноло-формальдегидная смола и синтетический каучук); клей ВС-350 (феноло-формальдегидная смола, полиацеталь, полисилоксан) и др. Из перечисленных групп клеев наибольшую прочность склейки до температур 140-150 °С обеспечивают феноло-формальдегид-но-эпоксидные клеи. Наиболее теплостойкими и достаточно прочными являются соединения, обеспечиваемые клеями ВК-32-250, ВС-350. Эти соединения могут длительное время работать при температурах 250-300 °С.

 

Из клеев на основе термореактивных полимеров наиболее широкое применение находят клеи на основе эпоксидных смол. Их применяют для склеивания различных металлов, металлических и неметаллических материалов. Клеи на эпоксидной основе могут работать в широком температурном интервале. Отдельные марки таких клеев выдерживают воздействие температур от -253 до +800... +1000 °С. Клеи на эпоксидной основе длительно сохраняют прочность в условиях эксплуатации, обеспечивают вакуумную плотность соединений и стойкость к циклическому температурному воздействию. Их существенными преимуществами являются низкая (до 2 %) усадка при отверждении, высокая адгезия к большинству конструкционных материалов и небольшой объем газовыделений в вакууме. Эти свойства позволяют широко использовать клеи на основе эпоксидных смол при склеивании холодильного и криогенного оборудования. Эпоксидные клеи холодного отверждения применяют для склеивания древесины, многих пластмасс, керамики и резины с металлом. Эпоксидные клеи горячего отверждения применяют для склеивания металлических конструкций и изделий из стеклопластика. Эпоксидные клеи с наполнителем применяют в качестве шпатлевки, устраняющей дефекты металлического литья, а также неровности металлических, керамических и деревянных изделий. По внешнему виду клеи обычно могут быть в жидком состоянии, в виде паст или пленок (фольг), часто армированных полиамидной тканью или другим синтетическим материалом. Широкое распространение получили пленочные клеи на эпоксидной основе, использование которых позволяет получать не только прочные клеевые соединения, но и дает существенные технологические преимущества. При применении пленочных клеев часто используют армирующие материалы — полиамидные, стеклянные и другие синтетические ткани. Кроме клеев на эпоксидной основе, широко используют крем-нийорганические, алюмохромфосфатные клеевые композиции, а также полиуретановые (ПУ-2; ВК-20), резиновые и некоторые другие клеи. Полиуретановая клеевая пленка газонепроницаемая, масло-, бензо- и водостойкая. Она обладает высокой адгезией и морозостойкостью, поэтому полиуретановые клеи используются также в качестве герметиков. Для склеивания резиновых изделий между собой, а также металла с резиной, применяются резиновые (каучуковые) клеи 88, Б-10, КР-5-18, лейконат. Резиновый клей удобен для употребления тем, что он вулканизируется на холоду и это клеевое соединение обладает удовлетворительной прочностью и мало набухает в масле и бензине. К числу наиболее распространенных герметиков для металлических изделий относится тиоколовый каучук (тиокол). Он вулканизируется при комнатной температуре. Вулканизатором в большинстве случаев является пероксид марганца, а активатором - дифенилгуанидин. Отвержденная пленка масло-, водо- и бензостойка, выдерживает длительное время при контакте с кислородом воздуха и сохраняет высокую прочность при температуре до 130 °С. Существенным недостатком тиоколового каучука является его низкая адгезия к металлу, поэтому при его использовании требуется создавать подложку из резинового клея. Этот недостаток отсутствует у жидкого тиокола (герметик ВТУР), в состав которого входит диизоцианат. Для герметизации отсеков ракет, самолетов и другой техники, работающей при температурах 150-250 °С и не соприкасающейся с маслами и топливом, применяются полисилоксаны с отвердите-лями, обеспечивающими их отверждение при комнатной температуре (кремний- и оловоорганические соединения). Существенным недостатком этих герметиков является малая адгезия к металлу, даже в случае нанесения специального подслоя. Для отсеков, работающих при 150-250 °С и соприкасающихся с маслом и топливом, применяются фторорганические герметики. Полисилоксановые и фторорганические герметизирующие пленки не разрушаются при длительном воздействии на них кислорода и озона; они сохраняют эластичность при низких температурах (до -60 °С); имеют высокую водостойкостью. Технологически удобны для использования в качестве герметика растворы феноло-формальдегидных смол, совмещенных с нитрильным каучуком, например ВГК-18. Этот герметик не требуется вулканизировать: он обладает удовлетворительной адгезией к металлическим поверхностям, а герметизирующая пленка сохраняет прочность до 100 °С, обеспечивает достаточную прочность и обладает масло- и бензостойкостью.

На основе жидких полиуретановых, карбоксилатных, фторированных каучуков разработан способ герметизации вакуумированных узлов (пропускных) в криогенных условиях. В радиотехнике применяют галлиевые клеи (клеи-припои). Соединение, полученное с помощью такого клея, имеет хорошую тепло- и электропроводность, достаточно высокую прочность и эксплуатационную стабильность в интервале температур от -196 до +800 °С. Склеиваемые поверхности должны быть механически очищены, например наждачной бумагой, пескоструйной обработкой, и обезжирены (спиртом, ацетоном). Толщина пленки клея должна составлять 0,1-0,6 мм. Меньшая толщина грозит нарушением сплошности пленки, большая - уменьшает прочность соединения.

 

 

26.Лакокрасочные материалы

Лакокрасочными материалами называют вязкожидкие составы, наносимые на поверхность конструкции тонким слоем, который через определенное время отвердевает и образует пленку, прочно сцепляющуюся с основанием. В настоящее время эти материалы являются наиболее распространенными среди отделочных.

Лакокрасочные материалы обычно совмещают функции отделки и защиты поверхности строительных конструкций из металла, железобетона, дерева, кирпича и других материалов от воздействия среды. К лакокрасочным материалам относятся: 1) грунтовки и шпатлевки для подготовки поверхности к окраске; 2) красочные составы (краски), образующие покрытия нужного цвета; 3) лаки, создающие пленку, отличающуюся блеском; 4) компоненты грунтовок, красок, лаков – связующие вещества, пигменты, растворители и разжижители (разбавители), пластификаторы, отвердители и другие специальные добавки.

Общая характеристика лакокрасочных материалов. По основному составу лакокрасочные материалы – это композиты, состоящие из матричного связующего (пленкообразующего) вещества и наполнителя (в том числе пигмента). Краски(красочные составы)бывают масляные, эмалевые, водные (водоразбавляемые) и др. Растворитель и разбавитель позволяют получить жидко-вязкую консистенцию состава, в том числе без дополнительного расхода свя­зующего. Этими компонентами соответственно являются органические растворите­ли и вода (в водных и вододисперсионных красочных составах). Полимерное связующее и органический растворитель образуют лак, а лак с пигментом составляют эмаль (эмалевую краску). Красочные материалы и покрытия различают преиму­щественно по химическому и эксплуатационному признакам (табл.4). В осно­ву обозначения материалов положены вид, природа пленкообразующего вещества и их назначение. Обозначение красочных составов имеет буквенные и цифровые индексы. Буквы обозначают принадлежность материала к той или иной группе по роду пленкообразующего, например, алкидноакриловые – АС, глифталевые – ГФ, кремнийорганические – КО, мочевинные (карбамидные) – МИ, перхлорвиниловые – ХВ, полиак­риловые – АК, полиамидные – ПА, поливинилацетатные – ВА, силикат­ные – ЖС, эпоксидные – ЭП и т.д. В табл. 4 приведена классификация красоч­ных материалов по группам эксплуатации покрытий.

Таблица 4. Классификация красочных материалов

по группам эксплуатации