Materiale - o substanță utilizată pentru producerea de diverse produse: produse și dispozitive, mașini și avioane, poduri și clădiri, nave spațiale și circuite microelectronice, acceleratoare de particule și reactoare nucleare, îmbrăcăminte, încălțăminte și mai mult. Pentru fiecare tip de produs aveți nevoie de propriile materiale cu caracteristici bine definite. Proprietățile materialelor au fost întotdeauna prezentate și sunt introduse cerințe ridicate. Deși tehnologiile moderne permit producerea unei varietăți de materiale de înaltă calitate, problema creării de noi materiale cu proprietăți mai bune rămâne relevantă și pentru această zi.
La căutarea unui material nou cu proprietățile specificate, este important să se stabilească compoziția și structura acestuia, precum și să se prevadă condițiile pentru gestionarea acestora. Rezultatul căutării depinde în mare măsură de sensibilitatea și rezoluția instrumentelor, cu ajutorul căruia se determină compoziția și structura materialului sintetizat. Astfel de dispozitive sunt create numai pe baza celor mai recente realizări ale științei naturale și, în primul rând, a fizicii. La prelucrarea unui material și fabricarea producției finale necesare consumului, realizările tehnice și tehnice care permit producerea de înaltă calitate nu sunt mai puțin importante.
În ultimele decenii, materiale sintetizate cu proprietăți remarcabile, cum ar fi scuturi termice pentru materiale de nave spațiale superconductoare la temperaturi ridicate, și așa mai departe. N. Este greu posibil pentru a enumera toate tipurile de materiale moderne. Cu timpul, numărul lor crește constant. In cele mai vechi timpuri cele mai des utilizate predominant un tip de material - rocă, topoare din care au fost făcute, vârfuri de săgeți. În piatră s-au golit peșterile pentru a fi locuite. Următorul pas important a fost făcut de mii de ani în urmă, atunci când este posibil din cauza oxidului de fier pentru a produce fier metalic. Au fost produse metalice sub formă de arme, articole de uz casnic, dispozitive simple pentru prelucrarea terenului. Și iată sfârșitul celui de-al doilea mileniu de la nașterea lui Hristos. Fierul ca material în termeni de producție începe să cedeze altor materiale de polimeri. Din 1980, de exemplu, în Statele Unite produc mai mult decât fier. Diverse îmbrăcăminte din poliester, polietilenă de masă, covoare din polipropilenă, mobilier din polistiren, poliizopren și autobuz m. P.- toate exemplele de o extrem de mare varietate de aplicații de polimeri.
Multe elemente structurale ale aeronavelor moderne sunt realizate din materiale polimerice compozite. Una dintre aceste materiale - Kevlar - pe un indicator important - raportul rezistență / masă - depășește multe materiale, inclusiv oțelul de cea mai bună calitate.
În ultimele decenii, problema activității de fabricare a unei mașini în întregime din materiale polimerice, care va contribui la reducerea masei și, prin urmare, la economisirea combustibilului, este discutată în mod activ.
Materialele moderne includ lemn, sticlă și silicate, fiecare dintre ele fiind considerat, de obicei, un material tradițional. Lemnul nu este doar un material de construcție, ci și o materie primă pentru producerea unor produse valoroase diverse. Sticla - materialul nu este nou, dar promițător: în ultimul deceniu s-au făcut ochelari cu proprietăți uimitoare. Materialele silicatice formează încă baza industriei construcțiilor.
Materialele plastice sunt materiale pe bază de polimeri naturali sau sintetici capabili să obțină o anumită formă atunci când sunt încălzită sub presiune și depozitate în mod constant după răcire. În plus față de polimer, materialele plastice pot conține materiale de umplutură, stabilizatori, pigmenți și alte componente. Uneori se folosesc și alte denumiri de materiale plastice - materiale plastice, mase plastice.
Plastics variază în caracteristicile de performanță (de exemplu, antifricțiune, intemperii, căldură sau rezistente la foc) sub formă de umplutură (fibră de sticlă, grafitoplasty și colab.), Precum și tipul de polimer (aminoplaste, materiale plastice proteice și m. P.). În funcție de natura transformărilor care au loc în polimer în timpul formării, masele plastice sunt clasificate în Termoplasticele (cele mai importante dintre acestea sunt bazate pe polietilenă, policlorură de vinil, polistiren) și termorigide (cele mai multe dintre ele sunt de tip mare - fenolii). Principalele metode de prelucrare a termoplastelor sunt turnarea sub presiune, formarea sub vid, pneumoformarea etc. Reacto-plasturile sunt turnate prin presare și turnare prin injecție.
Până acum, a fost stabilită producția în masă a diferitelor tipuri de materiale plastice.
Materialele plastice pot fi atribuite materialelor tradiționale, deși continuă cercetarea materialelor plastice cu proprietăți noi.
Au trecut mai mult de o sută de ani de la nașterea primului material organic - celuloid. Astăzi, diversitatea substanțelor sintetice este atât de mare încât este imposibil de enumărat. Când vine vorba de materiale artificiale, mulți oameni se gândesc în primul rând la materiale plastice - substanțe create în condiții artificiale. În 1980, oamenii de știință americani au descoperit pentru prima dată plasticul natural din poliester în cuiburile albinelor care trăiesc în pământ.
Producția în masă a materialelor plastice a început în a doua jumătate a acestui secol. În anii 1900. producția globală de materiale plastice a fost de circa 20 mii tone, iar în 1970 -... pentru 38 de milioane de tone este de așteptat ca până la sfârșitul mileniului, volumul producției de plastic se va ajunge la nivelul de producție de oțel și de a face sute de milioane de tone pe an ..
Adesea, se impun cerințe exclusive reciproce asupra aceluiași material. De exemplu, materialul pentru îmbrăcămintea de iarnă ar trebui să aibă o bună izolare termică și elasticitate, dar în același timp să fie puternic. Constructorii sunt interesați de materiale cu bună izolare termică și fonică, rezistență și alte proprietăți. Pentru toate aceste cerințe, dintre multele materiale, compușii organici artificiali - polimeri - sunt cele mai satisfăcătoare.
Polimerii sunt construiți din macromolecule constând din numeroase molecule de bază mici - monomeri. Procesul formării lor depinde de mulți factori, variațiile și combinațiile care fac posibilă obținerea unei varietăți uriașe de soiuri de produse polimerice cu proprietăți diferite. Principalele procese de formare macromoleculară sunt polimerizarea și policondensarea.
Aproximativ 2/3 din producția mondială totală de materiale polimerice constituie o polietilenă de masă utilizare industrială, politetrafluoretilenă, clorură de polivinil, polipropilenă, etc. Aplicații ale acestor polimeri sunt foarte diverse - din industria textila la microelectronică .. Costul lor este relativ scăzut. Pentru restul componentei material polimeric 1/3, includ rășină de poliester, poliuretan, rășini aminoplaste, fenolii, polikrilaty, polyformaldehyde, policarbonați, fluoropolimeri, siliconi, poliamide, rășini epoxidice și alți polimeri.
Schimbând structura moleculelor și diversele combinații ale acestora, este posibil să se sintetizeze materialele plastice cu proprietăți specificate. Un exemplu este un polimer ABS. Se compune din trei principali monomeri: acrilonitril (A), butadienă (B) și stiren (C). Primul dintre ele oferă stabilitate chimică, al doilea - rezistența la impact și al treilea - duritatea și ușurința tratamentului termoplastic. Scopul principal al acestor polimeri este înlocuirea metalelor în diferite modele.
Termoplasturile se întăresc și se înmoaie în mod reversibil, astfel încât acestea să formeze cu ușurință produse de diferite configurații. Substanțele organice artificiale care nu se înmoaie când se încălzesc se numesc materiale plastice termosetabile sau termoset. Acestea sunt rășini fenolice, carbamide și poliesteri. Cel mai adesea, în stare inițială, ele sunt lichide care, la solidificarea catalizatorului sau prin încălzire se solidifică ireversibil.
Materialele cele mai promițătoare cu rezistență ridicată la căldură au apărut structuri aromatice și heteroaromatice cu robust inel benzenic :. polifenilen sulfura, poliamide aromatice, fluoropolimeri, etc. Aceste materiale pot fi operate la o temperatură de 200-400 ° C, înainte de o astfel de proprietăți rezistente la temperaturi ridicate posedată numai substanțe anorganice. Conceput special pentru aeronave supersonice, materialele plastice din poliimidă pot rezista la temperaturi de până la 465 ° C timp de 30 de minute. Principalii consumatori de materiale plastice rezistente la căldură sunt tehnologia de aeronave și rachete. Aceste materiale plastice se găsesc, de asemenea, în aplicații în construcția de mașini și mașini-unelte, în inginerie electrică (de exemplu, pentru izolarea cablurilor în motoarele electrice) etc.
În fiecare zi ponderea materialelor polimerice în industria construcțiilor crește. Ramele din plastic, materialele de acoperire, acoperișurile, materialele termoizolante și alte materiale artificiale sunt din ce în ce mai folosite în construcțiile moderne.
O proporție crescândă de materiale sunt alcătuite dintr-o varietate de materiale plastice pentru fabricarea pieselor auto, dintre care primul este un vagon autopropulsat - apărut în 1886 pe străzile Mannheimer.
Pentru mai mult de un secol de istorie a dezvoltării industriei automobilelor, au fost folosite multe materiale, produse de industria chimică, printre care plasmele au înlocuit treptat și continuă să înlocuiască metalul. Deci, în 1965, o mașină a reprezentat o medie de 15 kg de plastic, în 1970 - 25-45 kg. Se presupune că în următorul deceniu în realizarea unei mașini ar avea nevoie de sute de kilograme de material plastic, care predomină printre polietilenă, policlorură de vinil, ABS-polimeri, polipropilenă și altele.
Deja au fost produse mașini cu un corp complet de plastic. Nu este încă posibilă fabricarea întregii mașini și mai ales a motorului din plastic. Cu toate acestea, în 1980, firma americană a demonstrat un motor auto fabricat din plastic rezistent la căldură, în care numai inelele arborelui cotit și piston sunt fabricate din metal. Masa acestui motor a fost de 2 ori mai mică decât metalul și consuma carburant cu aproximativ 15% mai puțin decât în mod normal. În plus, sunt fabricate și automobile cu arbore de acționare și arcuri din materiale polimerice. Recent, se lucrează la introducerea în masă a motoarelor ceramice.
Cauciucul se aplică, de asemenea, materialelor polimerice. Numeroase produse din acest material, inclusiv cauciuc larg răspândit, au o proprietate distinctivă - elasticitate. Această proprietate unește multe materiale elastice într-un singur grup de elastomeri. Pentru mult timp a fost cunoscut doar un material elastic - cauciuc natural. Este încă extrasă dintr-un pom de cauciuc - Hevea brazilian - în același mod ca și rășina din pădurile de conifere, adică prin tăiere.
Chimia a intrat în posesia cauciucului în prima jumătate a secolului al XIX-lea. - în 1841, când inventatorul american Goodyear a propus o metodă de vulcanizare. Fragil la temperaturi scăzute și cauciuc brut rezistent la căldură în timpul vulcanizării devine elastic. În același timp, lanțurile sale macromoleculare formează o structură de rețea, conectată prin punți de atomi de sulf.
Statistica de producția mondială a cauciucului pornește de la 1850 când a produs aproximativ 1.500 de tone. În 1900, pădurea braziliană au fost date pentru 53 900 de tone de cauciuc. În același an, cauciucul a apărut din copaci crescuți pe plantații. În ultimii ani, cea mai mare parte a cauciucului natural este extras din plantațiile mari din Indo-China. În 1970, consumul de cauciuc în lume a fost de 7,8 milioane de tone, ponderea cauciucului natural fiind de aproximativ 38%.
Cauciuc natural are o rezistență termică relativ scăzută, nu diferă în ceea ce privește rezistența ridicată la ulei și este susceptibil la îmbătrânire. Metodele moderne de sinteză fac posibilă obținerea cauciucului sintetic cu proprietăți specificate. Până în prezent au fost dezvoltate mai mult de 10 tipuri de cauciuc sintetic și cel puțin 500 de modificări diferite ale acestora. Calitatea excelentă se distinge prin cauciuc siliconic. Ea este mai puțin elastică decât cauciucul natural, dar proprietățile sale în intervalul de temperatură de la -55 la 180 ° C depind foarte puțin de temperatură și, în afară de aceasta, este fiziologic inofensivă. Elastomerii poliuretanici omogeni și celulari prezintă o rezistență excelentă la uzură, o rezistență chimică ridicată și nu sunt supuși îmbătrânirii rapide.
Domeniul de aplicare a elastomeri este foarte diversă - de la inginerie mecanică la industria de încălțăminte, dar încă proporție semnificativă este utilizat pentru a face anvelope, cererea pentru care este în creștere odată cu creșterea fluxului de automobile.
Producând cauciucuri sintetice, industria chimică face pentru lipsa de materii prime naturale - cauciuc. În mod similar, producția de piele sintetică păstrează materiile prime de origine animală. Prin proprietățile și calitatea sa, multe soiuri de piele sintetică moderne nu sunt mult diferite de pielea naturală de calitate superioară.
Introducerea tehnologiilor chimice în industria textilă a început cu relativ mult timp în urmă - cu aproximativ 200 de ani în urmă, când cu ajutorul sifonului și a înălbitorului a fost posibilă îmbunătățirea semnificativă a proceselor de spălare și de înălbire. De exemplu, cu utilizarea de înălbitor, durata de albire a țesutului de bumbac a scăzut de la trei luni (cu albirea luncii) la șase ore. În a doua jumătate a secolului XIX. sticle organice sintetice de țesături au fost introduse pe scară largă. De la începutul secolului XX. tehnologiile chimice au început să se concentreze asupra creării de noi materiale fibroase. Până în prezent, o varietate de fibre artificiale sunt fabricate în principal din patru tipuri de materiale chimice: celuloză (viscoză), poliamidă, poliacrilonitril și poliesteri. Mai mult de 50% din fibrele moderne sunt fabricate din materiale sintetizate în ultimii 50-60 de ani.
În practică, utilizarea enervantă chimică și finisarea țesuturilor sunt utilizate pe scară largă. Tehnologiile de tratare chimică a lânii au fost dezvoltate pentru a oferi rezistență la molii. Au fost găsite metode care reduc contracția materialului și îi conferă calitatea ne-rupturii. O atenție deosebită este acordată dezvoltării unor metode eficiente de prelucrare a materialelor pentru a asigura o rezistență antistatică, antimicrobiană, murdărie și alte proprietăți importante.
Dintre toate materialele produse în anii 1970, proporția țesăturilor de îmbrăcăminte pentru bărbați a fost de aproximativ 50%, iar bunurile de uz casnic - în jur de 25%, iar în scopuri tehnice. A fost stabilită producția în masă a filamentelor din cordon de înaltă rezistență din poliamide, poliesteri și vâscoză pentru industria anvelopelor.
Volumul producției de materiale sintetice pentru fabricarea îmbrăcămintei este determinat de cererea consumatorilor, în care sa înregistrat o tendință de scădere în ultimii ani. Această tendință este destul de justificată, deoarece fibrele sintetice nu posedă întregul complex de proprietăți inerente fibrelor naturale. Și una dintre cele mai importante sarcini ale chimistilor este de a aproxima proprietățile și calitatea materialelor artificiale la cele naturale.
O nouă generație de țesături, pe care lucrează astăzi specialiștii, ne poate restructura noțiunea de haine și funcții. Astfel de țesături sunt țesute din fibre, pe care inventatorii le numesc "inteligente". Pentru o astfel de definiție obligatorie, materialele cu proprietăți utile sunt ascunse. În frig, se încălzesc, cu căldură - rece, îndepărtează transpirația și îndeplinesc alte nevoi ale pielii. Deja disponibile sunt țesături ușoare care au un grad ridicat de protecție împotriva luminii solare. Există, de asemenea, țesături care transmit raze ultraviolete.
Preocuparea americană "DuPont", prima fibră pură sintetică - nailon - lansată cu peste 60 de ani în urmă. Apoi au apărut acrilic, poliamidă, poliester și alte fibre, născute în reptile de laborator. Cu toate acestea, consumatorii au evaluat relativ rapid atât avantajele, cât și dezavantajele materialelor sintetice din acel moment. O cămașă care nu avea nevoie de fier, în același timp nu la lăsat să respire în vară, iar iarna nu o încălzea. Euforia ridicată de primele produse sintetice sa încheiat într-o cutie de gunoi, nu într-un garderobă.
A trecut mult timp înainte de a putea înțelege și depăși limita dintre fibrele naturale și cele sintetice. Acum, chimia reproduce cu ușurință cele mai bune proprietăți ale inului, bumbacului, lânii și materialelor naturale, de mult timp au făcut obiectul unui tratament chimic repetat, dând, de exemplu, elasticitatea bumbacului sau făcând astfel țesăturile de in, care nu atârnă atât de mult.
Inovațiile de astăzi au afectat geometria fibrelor. Producătorii de materii prime textile tind să facă fire cât mai subțiri posibil. Cele mai bune fire sintetice ale materialului sunt vizibile în fotografia făcută sub microscop (vezi Figura 6.13).
Materialul preferat al designerilor de moda de astăzi este elasticul este confortabil nu numai în hainele sportive, ci și în costume de zi cu zi. Există deja o țesătură, bazată pe cele mai mici bile de sticlă care reflectă lumina; hainele realizate dintr-un astfel de material reprezintă o bună protecție pentru cei care sunt pe timp de noapte pe stradă, de exemplu, pentru autoritățile de reglementare a traficului.
Una dintre soiurile de sintetice - Kevlar este de cinci ori mai puternică la rupere decât oțel, și este folosit pentru a face jachete rezistente la bullet.
Foarte original tehnologia de fabricație tesatura pentru îmbrăcăminte astronaut, care poate păstra în afara atmosferei de frigul din spațiu și căldura dogoritoare a soarelui. Secretul acestor articole de îmbrăcăminte în milioane de capsule microscopice încorporate în spumă țesătură sau din plastic (vezi. Fig. 6.14).
Capsulele conțin parafine. Când se încălzesc, se topește și iau căldură din substanțele din apropiere. În cele din urmă, un costum fabricat dintr-o astfel de țesătură devine un obstacol în calea luminii solare către corpul unei persoane. Rezolvarea problemei inverse - răcire, aceleași bile de parafină încep să se solidifice sub influența frigului care a venit din afară; congestia este însoțită de eliberarea căldurii, care încălzește țesutul și corpul astronauților.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: