1512

Композиционные материалы

Реферат

Производство и промышленные технологии

Выбор материала корпуса. Армирующий материал. Выбор материала электродов. Свойства полипропилена, и его производство на предприятиях химической промышленности применяются различная аппаратура: реакторы, технологические газоходы, циклоны, каплеуловители, емкости и т.п.

Русский

2013-01-06

67 KB

19 чел.

Введение

  Композиционные материалы, представляют собой металлические или неметаллические матрицы (основы) с заданным распределением в них упрочнителей (волокон дисперсных частиц и др.); при этом эффективно используются индивидуальные свойства составляющих композиции. По характеру структуры композиционные материалы подразделяются на волокнистые, упрочненные непрерывными волокнами и нитевидными кристаллами, дисперстноупрочненнные материалы, полученные путем введения в матрицу дисперсных частиц упрочнителей, слоистые материалы, созданные путем прессования или прокатки разнородных материалов. К композиционным материалам также относятся сплавы с направленной кристаллизацией эвтектических структур. Комбинируя объемное содержание, можно, в зависимости от назначения, получать материалы с требуемыми значениями прочности, жаропрочности, модуля упругости, абразивной стойкости, а также создавать композиции с необходимыми магнитными, диэлектрическими, радиопоглощающими и другими специальными свойствами.

Волокнистые композиционные материалы, армированные нитевидными кристаллами и непрерывными волокнами тугоплавких соединений и элементов (SiО2, Al2O3, бор, углерод и др.), являются новым классом материалов. Однако принципы армирования для упрочнения известны в технике с глубокой древности. Еще в Вавилоне использовали тростник для армирования глины при постройке жилищ, а в Древней Греции железными прутьями укрепляли мраморные колонны при постройке дворцов и храмов. При постройке храма Василия Блаженного в Москве русские зодчие использовали армированные железными полосами каменные плиты. Прообразом композиционных материалов являются широко известный железобетон, представляющий собой сочетание бетона, работающего на сжатие и стальной арматуры, работающей на растяжение, а также полученные в XIX веке прокаткой слоистые материалы. Успешному развитию современным композиционных материалов содействовали: разработка и применение в конструкциях волокнистых стеклопластиков, обладающих высокой удельной прочностью, открытие весьма высокой прочности, приближающейся к теоретической, нитевидных кристаллов и доказательства возможности использования их для упрочнения металлических и неметаллических материалов, разработка новых армирующих материалов – высокопрочных и высокомодульных непрерывных волокон бора, углерода, Al2O3, SiC и волокон других неорганических тугоплавких соединений, а также упрочнителей на основе металлов.

На предприятиях химической промышленности применяются различная аппаратура: реакторы, технологические газоходы, циклоны, каплеуловители, емкости и т. п. Такие конструкции часто подвержены сочетанию воздействий высокоагрессивных технологических сред, повышенных температур и механических нагрузок. В химической промышленности прочно вошло в практику применение полимерных композиционных материалов, на предприятиях других отраслей приоритет зачастую до сих пор отдается конструкциям, выполненным из стали, железобетона или кирпича. Методы антикоррозионной защиты таких конструкций часто дороги и неэффективны. Решением проблемы является отказ от применения конструкций из традиционных материалов с антикоррозионной защитой в пользу конструкций из полимерных материалов, срок службы которых в 3-5 раз дольше, а весят они в 4-5 раз легче.

Композиционные материалы постепенно занимает все большее место в нашей жизни. Области применения композиционных материалов многочисленны. Кроме авиационно-космической, ракетной и других специальных отраслей техники, они могут быть успешно применены в энергетической, автомобильной , горнорудной и  металлургической промышленности, в строительстве и т.д. Диапазон применения этих материалов увеличивается день  ото дня и сулит ещё много интересного. Можно с уверенностью сказать, что  

это материалы будущего.

1. Выбор материала корпуса

Стеклопластик – композиционный материал, состоящий из стеклянного наполнителя и синтетического полимерного связующего. Наполнителем служат в основном стеклянные волокна в виде нитей, жгутов (роввингов), тканей, матов, рубленых волокон; связующим - полиэфирные, феноло-формальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические смолы, полиимиды, алифатические полиамиды, поликарбонаты и др. Для стеклопластика характерно сочетание высоких прочностных, диэлектрических свойств, сравнительно низкой плотности и теплопроводности, высокой атмосферо-, водо- и химстойкости. Механические свойства стеклопластика определяются преимущественно характеристиками наполнителя и прочностью связи его со связующим, а температуры переработки и эксплуатации - связующим. Наибольшей прочностью и жёсткостью обладают стеклопластики, содержащие ориентированно расположенные непрерывные волокна. Такие стеклопластики подразделяются на однонаправленные и перекрёстные; у первых волокна расположены взаимно параллельно, у вторых - под заданным углом друг к другу, постоянным или переменным по изделию. Изменяя ориентацию волокон, можно в широких пределах регулировать механические свойства стеклопластиков.

Изделия из стеклопластика с ориентированным расположением волокон изготавливают методами намотки, послойной выкладки или протяжки с последующим автоклавным, вакуумным или контактным формованием либо прессованием, из пресс-материалов - прессованием и литьём.

Свойства стеклопластика

Стеклопластик обладает многими очень ценными свойствами, дающими ему право называться одним из материалов будущего. Ниже перечислены некоторые из них.

Механические свойства. При своем небольшом удельном весе стеклопластик обладает высокими физико-механическими характеристиками. Используя некоторые смолы, например Norpol Dion, и определенные виды армирующих материалов, можно получить стеклопластик, по своим прочностным свойствам превосходящий некоторые сплавы цветных металлов и стали

Малый вес. Удельный вес стеклопластиков колеблется от 0,4 до 1,8 и в среднем составляет 1,1 г/см3. Напомним, что удельный вес металлов значительно выше, например, стали – 7,8, а меди - 8,9 г/см3. Даже удельный вес одного из наиболее легкого сплава, применяемого в технике, - дуралюмина составляет 2,8 г/см3. Таким образом, удельный вес стеклопластика в среднем в пять-шесть раз меньше, чем у черных и цветных металлов, и в два раза меньше, чем у дуралюмина. Это делает стеклопластик особенно удобным для применения.

Диэлектрические свойства. Стеклопластики являются прекрасными электроизоляционными материалам при использовании как переменного, так и постоянного тока.

Химическая стойкость. Стеклопластики как диэлектрики совершенно не подвергаются электрохимической коррозии.  Существует целый ряд смол (некоторые полиэфирные смолы, смолы Norpol Dion), позволяющие получить стеклопластики стойкие к различным агрессивным средам, в том числе и к воздействию концентрированных кислот и щелочей.

Теплоизоляционные свойства. Стеклопластик относится к материалам с низкой теплопроводностью. Кроме того, можно значительно повысить теплоизоляционные свойства путем изготовления многослойной стеклопластиковой конструкции, используя между слоями стеклопластика пористые материалы, например пенопласт. Благодаря своей низкой теплопроводности, стеклопластиковые конструкции с успехом применяются в качестве теплоизоляционных материалов в промышленном строительстве, в судостроении, в вагоностроении и т.д. .

Простота в изготовлении. Существует много способов изготовления стеклопластиковых изделий, большинство из которых требует минимальных вложений в оборудование. Например, для ручного формования потребуются только матрица и небольшой набор ручных инструментов (прикаточные валики, кисти, мерные сосуды и т.д.). Матрица может быть изготовлена практически из любого материала, начиная с дерева и заканчивая металлом. В настоящие время широкое распространение получили стеклопластиковые матрицы, которые имеют сравнительно небольшую стоимость и длительный срок службы.

Хороший внешний вид. Стеклопластики при изготовлении хорошо окрашиваются в любой цвет и при использовании стойких красителей могут сохранять его неограниченно долго. Прозрачность. На основе некоторых марок светопрозрачных смол можно изготовить стеклопластики, по оптическим свойствам немногим уступающим стеклу.

Связующее

Выбор связующего определяется условиями изготовления и эксплуатации стеклопластика. Основными требованиями, предъявляемыми к связующему являются: высокие когезионная прочность, смачивающая способность и адгезия к поверхности волокна, технологичность при переработке, малая объёмная усадка при отверждении, низкая токсичность. Кроме того в зависимости от эксплуатационных требований к изделию, возникают требования по абразивной стойкости, стойкости к действию агрессивной среды и атмосферы и т.п.

Наибольшее распространение получили связующие на основе фенол-формальдегидных смол. Однако постоянно наращивается использование полиэфирных смол, что обусловлено их способностью отверждаться при низких температурах, отсутствием выделения летучих соединений и др. Эпоксидные смолы в производстве стеклопластиков получили меньшее распространение чем полиэфирные, что связано с их стоимостью. Однако они имеют ряд преимуществ. Эпоксидные смолы как и полиэфирные отверждаются и при повышенных, и при комнатной температуре.

Армирующий материал.

Стеклянные волокна являются основными материалами применяемыми для армирования стеклопластиков. Стеклянными называют неорганическое волокно, изготовленное из расплавленного стекла. Свойства стеклянных  волокон определяются составом стекла, условиями формования волокон из расплавленной стеклянной массы и степенью их повреждённости. Плотность стекловолокна 2250-2600 кг/м3.

По способу формования различают непрерывное и штапельное волокно. Непрерывное волокно получают путём механическим вытягиванием расплавленного стеклянного волокна. Штапельные волокна, изготавливают методом раздува струи расплавленного стекла. Штапельное волокно обладает меньшей прочностью чем непрерывное. Стекловолокно выпускается в различном виде: нити, ленты, ровинг, маты, ткани.

Ровинг используется для производства стеклотканей, стекломатов, а также непосредственно для изготовления стеклопластиковых изделий. Ровинг представляет собой жгут из нитей непрерывного стекловолокна. Ровинг различается плотностью и количеством нитей стекловолокна в жгуте. В зависимости от назначения ровинг вырабатывается двух основных видов: рассыпающийся, предназначенный для рубки и намоточный, предназначенный для изготовления изделий методом намотки и протяжки, и изготовления тканей.

Стеклянные ткани вырабатываются из кручёных комплексных нитей или ровинга и отличаются составом стекла, плотностью, массой 1м2, маркой замасливателя, видом переплетения нитей. Для производства стеклопластиков в основном используются ткани полотняного и ситцевого переплетения. В полотняных стеклотканях основа и уток взаимно переплетены, а в ситцевых – каждая нить основы проходит над несколькими нитями основы. Стеклопластики на основе ситцевых тканей более прочны, но полотняные - являются более технологичными и дешёвыми.

В качестве материала корпуса предлагается полимерный стеклопластик на основе смолы ЭД-20 и стеклоткани Т-13. Использование данной смолы обеспечит требуемую химическую стойкость и механическую прочность для заданного применения. Стеклоткань Т-13 изготавливается из алюмоборосиликатного стекловолокна и имеет следующие характеристики: ширина 950 мм; толщина 0,27±0,03мм; поверхностная плотность 295-300 г/м2; плотность ткани, нить/см: основа - 16+1, уток - 10±1; разрывная нагрузка, H: основа - 2700 , уток -  1500; диаметр нити - 6 мкм; длина ткани в рулоне - 90м

2. Выбор материала электродов

Полипропилен - один из наиболее широко использующихся пластиков. Технология переработки полипропилена сравнительно проста, для этого подходят все основные способы переработки пластмасс. Для переработки полипропилена не требуется применения узкоспециализированного оборудования. Современной промышленностью выпускаются специальные марки красителей и концентратов пигментов для окрашивания изделий из полипропилена (кроме того подходят также и универсальные концентраты пигментов, разработанные на основе низкомолекулярного полиэтилена других типов полиолефинов). Первичный полипропилен обладает неплохими оптическими свойствами, что используется при получении прозрачных изделий.

При использовании экструзии получают полипропиленовые трубы для холодного и горячего водоснабжения , канализации; сотовый полипропилен, листовой полипропилен, профили, волокна, вспененные изделия, а также самые разнообразные полипропиленовые пленки для нужд всех отраслей промышленности. Применяя литье под давлением и термо-вакуумное формование для изготовления изделий, получают разнообразные упаковочные материалы из полипропилена, а также одноразовую посуду. Упаковка из полипропилена - бурно развивающийся сегмент сегодняшнего рынка пластиковых изделий. Кроме того, достаточно крупными потребителями гранулированного полипропилена являются компании, производящие товары бытового назначения, канцтовары, игрушки. Некоторые марки полипропилена перерабатывается также экструзионно-выдувным и ротационным способами для получения разного рода емкостей, сосудов и тары.

Полипропилен не является конструкционным материалом, но армированный полипропилен используется в изделиях конструкционного назначения. Широко распространена также сварка изделий из полипропилена, который может свариваться всеми основными способами: контактная, горячим газом, присадочным прутком, трением и т.д.

Свойства полипропилена

Полипропилен обладает ценным сочетанием свойств, которые привлекает внимание областей переработки и применения полимерных материалов.

Решающее влияние на свойства полипропилена и изделий из него оказывает молекулярная и надмолекулярная структура полимерной цепи.

Механические свойства. При оценке практической пригодности полипропилена для той или иной цели первостепенное значение приобретают его механические свойства. Очевидно, что полимер с низким модулем упругости, т. е. с малой жесткостью, нельзя рекомендовать для изготовления технических деталей, подвергающихся большим механическим нагрузкам, и, наоборот, полимер с большой жесткостью оказывается непригодным там, где материал должен обладать свойством поглощать колебания с относительно высокой амплитудой.

Механические свойства полипропилена определяются его структурным составом. Атактическая фракция в чистом виде обладает свойствами аморфно-жидких полимеров, изотактическаясвойствами высококристаллических полимеров. Промышленный полипропилен состоит в основном из макромолекул изотактического строения, чем и обусловлены его высокие механические характеристики.

Малый вес. Плотность полипропилена в среднем составляет 900-910 кг/м3. Это делает полипропилен особенно удобным для применения в различных областях промышленности.

Диэлектрические свойства. Полипропилен, подобно большинству синтетических полимеров, является прекрасным диэлектриком. Благодаря ничтожному водопоглощению его электроизоляционные свойства практически не изменяются даже после длительной выдержке в воде .

Поверхностные свойства. Поверхность полипропиленовых изделий отличается относительно  хорошей износостойкостью, близкой к износостойкости полиамидов. Стойкость к истиранию повышается с увеличением молекулярного веса и почти не зависит от стереоизомерного состава полипропилена . Антифрикционные свойства при контакте полипропилена со сталью близки к аналогичным свойствам найлона в сухом состоянии. Неполярный характер полипропилена обусловливает плохую адгезию клеев к его поверхности. Поэтому в настоящее время нет надежных методов склеивания полипропиленовых деталей между собой и с другими материалами.

Химическая стойкость. Полипропилен благодаря своей структуре обладает высокой стойкостью к действию различных химических реагентов, даже в высоких концентрациях. При нормальной температуре изотактический полипропилен очень хорошо противостоит действию органических растворителей даже при длительном пребывании в них. Однако любое нарушение правильности структуры цепей, проявляющееся в уменьшении степени кристалличности полипропилена, вызывает снижение стойкости к растворителям. Из атмосферных влияний самым сильным оказывается действие кислорода, активированное солнечным светом. 

Токсикологические свойства. Чистый полипропилен физиологически безвреден. Однако необходимо иметь в виду, что промышленный полипропилен содержит целый ряд примесей, о действии которых на организм пока известно очень мало. Поэтому требуется тщательная проверка физиологической безвредности этих веществ, прежде всего остатков катализатора, а также стабилизаторов и цветных пигментов.

Вывод

В качестве материала для электродов предлагается полимерный композиционный материал на основе полипропилена. Важным преимуществом этого композиционного материала являются высокая электро и теплопроводность, технологичность, высокая химическая стойкость. Для исключения разрушения материала при электрических пробоях материал обладает достаточной теплопроводностью. Коэффициентом теплопроводности материала 0,5 Вт/(м*К), удельное электрическое сопротивление 103 Ом*м, что говорит о его высокой электропроводности. Осадительные и коронирующие электроды из этого материала обеспечивают высокую надежность эксплуатации электрофильтров даже при отсутствии пленки жидкости на поверхности осадительных электродов, не образуя при этом шламовых отложений, что позволяет увеличить плотность тока короны.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34296. Пол и его возникновение 24 KB
  Одновременно и определение пола закономерно переходит от генного у гермафродитов к хромосомному у раздельнополых форм начиная видимо с рыб и геномному у пчел. В ходе онтогенеза определение пола может происходить в момент оплодотворения хромосомные механизмы а также контролироваться внутренними гормоны и или внешними факторами. Определение пола можно представить в виде эстафеты которую хромосомный механизм передает недифференцированным гонадам развивающимся в мужские или женские половые органы. После рождения эстафета переходит к...
34297. Репаративная регенерация, её значение. Способы репаративной регенерации. Типичная и атипичная регенерация. Особенности восстановительных процессов у млекопитающих. Значение регенерации для биологии и медицины 18.51 KB
  Морфаллаксис – влечет за собой перегруппировку оставшейся части организма. Нередко связан с дальнейшим значительным разрушением оставшейся части и завершается формированием из этого материала целого организма или органа. Если условия будут меняться то возникает реакция организма. В результате изменений: сохранение постоянства внутренней среды поддержание целостности организма.
34298. Регенерация 43 KB
  В большей степени регенерация присуща растениям и беспозвоночным животным в меньшей позвоночным. Регенерация в медицине полное восстановление утраченных частей. Регенерация у животных и человека образование новых структур взамен удалённых либо погибших в результате повреждения репаратинпая регенерация или утраченных в процессе нормальной жизнедеятельности физиологнческая регенерация; вторичное развитие вызванное утратой развившегося ранее органа.
34299. РЕГЕНЕРА́ЦИЯ 34 KB
  Иногда при регенерации вместо нормального числа пальцев образуется их больше или вместо одного хвоста вырастает два или три. Часто способность к регенерации стоит в связи с защитной способностью отбрасывать органы в момент опасности вследствие сильного сокращения мышц например защемленную лапку придавленный хвост и т. Благодаря физиологической регенерации поддерживается структурный гомеостаз и обеспечивается возможность постоянного выполнения органами их функций. Во многих тканях существуют специальные камбиальные клетки и очаги их...
34300. Смерть как биологическое явление 114 KB
  Интенсивность смертности мужчин в зависимости от их возраста Швеция На неизменяемость скорости старения в конкретной популяции людей в течение XX в. несмотря на существенное повышение жизненного уровня указывают например данные об абсолютном возрастном приросте интенсивности смертности мужчин Швеции с 1900 по 1980 г. Швеция: 1 интенсивность смертности мужчин в возрасте 40 лет 2 то же в возрасте 30 лет 3 скорость старения мужчин в возрастном интервале 30 40 лет Сделанное заключение хорошо согласуется с теми изменениями которые...
34302. Анализируя динамику затрат живого и прошлого труда по мере рационалистического развития технологического 29.5 KB
  Анализируя динамику затрат живого и прошлого труда по мере рационалистического развития технологического процесса установлено что уменьшение суммы живого и прошлого труда происходит только до определенного предела. Дальнейшее увеличение затрат прошлого труда фактически не будет обеспечивать увеличение производительности труда а будет лишь увеличивать стоимость выпускаемой продукции и становится экономически нецелесообразным. Как определить этот предел эту границу переход к которой фактически будет означать топтание на месте даже при...
34303. Динамика развития реального технологического процесса 34 KB
  Динамика развития реального технологического процесса кривая ломанная линия Она описывает реальную динамику развития производительности от вооруженности. Точка 37 произошло изменение в развитии технологического процесса и прошел этап эвристического развития У увеличивается У1 до У2. Недостаток совершенного развития 24 дальше 45 резкое повышение производительности труда.
34304. Эволюционный путь развития технологических процессов 22.5 KB
  Эволюционный путь развития технологических процессов Использование в производстве рационалистических решений совершенствующих вспомогательные ходы технологического процесса представляет собой эволюционный путь его развития. Сущность технических решений обеспечивающих эволюционный путь развития технологических процессов заключается в замене движений человека на подобные движения механизмов на вспомогательных элементах процесса. На современном этапе развития техники практически любой вид движения возможно осуществить известными механизмами....