Лекция 1. «Неметаллические материалы»

По учебной дисциплине

Днепропетровск

Дисциплина

« Неметаллические материалы»

План лекции:

1. Введение

2. Общие сведения о неметаллических материалах.

3. Полимеры. Особенности строения.

4. Классификация полимеров.

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Неметаллические материалы» изучает строение и свойства неметаллических материалов в зависимости от их состава и условий обработки. Она является профессионально-ориентированной дисциплиной и входит в цикл дисциплин самостоятельного выбора высшего учебного заведения, включенных в подготовку специалистов по направлению «Инженерное материаловедение». Изучение дисциплины базируется на знаниях общей и органической химии, физики.

Целью изучения студентами дисциплины является приобретение теоретических и практических знаний в области материаловедения неметаллических материалов.

Необходимость приобретения знаний в области неметаллических материалов для специалистов – материаловедов диктуется требованиями времени, наукоемкостью технологий и производств, экономической целесообразностью.

Специфика обучения студентов в металлургической академии заключается в том, что основная часть дисциплин посвящены изучению металлов и сплавов – как основе конструкционных материалов. Вместе с тем объективные потребности развития различных отраслей техники обусловили создание новых конструкционных материалов с высокой прочностью и большими значениями модуля упругости на керамической и полимерной основах. Законы природы диктуют необходимость резкого увеличения прочностных характеристик изделий при минимизации их массы, что возможно на основе использования неметаллических материалов.

Понятие «неметаллические материалы» включает полимеры, пластические массы, композиционные, резиновые, лакокрасочные материалы, клеи, древесину, а также силикатные стекла, керамику и ряд других. Неметаллические материалы применяются и как заменители металлов, и как самостоятельные, иногда даже незаменимые материалы, обладающие высокой механической прочностью, легкостью, термической и химической стойкостью, высокими электроизоляционными характеристиками, оптической прозрачностью и т.п. Применение неметаллических материалов в различных областях народного хозяйства является экономически эффективным.

К неметаллическим материалам относятся полимерные материалы органического и неорганического происхождения:

1. различные виды пластмасс,

2. композиционные материалы на неметаллической основе,

3. каучуки и резины,

4. клеи,

5. герметики,

6. лакокрасочные покрытия,

7. графит,

8. стекло,

9. керамика.

К природным полимерам относится многочисленная группа веществ животного и растительного происхождения (хлопок, шелк, кожа, натуральный каучук, целлюлоза, слюда, асбест, природный графит).

Особое значение имеют синтетические полимеры, которые и являются основой неметаллических материалов. Синтетические полимеры получают синтезом низкомолекулярных веществ, и они являются продуктами химической переработки нефти, природных газов, каменного угля, горючих сланцев.

Обладая рядом ценных свойств, не присущих металлическим материалам, полимерные материалы являются хорошим дополнением к металлам, а в ряде случаев могут быть их полноценными заменителями.

Согласно данным ООН использование неметаллических материалов в мировой экономике по отношению ко всем материалам составляет 7.5%. Такие их свойства, как - достаточная прочность, жесткость и эластичность при малой плотности, светопрозрачность, химическая стойкость, диэлектрические свойства, делают эти материалы часто незаменимыми. Так же следует отметить их технологичность и эффективность при использовании. Эти материалы находят все большее применение в различных отраслях машиностроения.

Для успешного использования материалов на основе полимеров необходимо хорошо представлять особенности их строения, обусловленные этим, своеобразие свойств. Механическое перенесение закономерностей, определяющих поведение металлических материалов под нагрузкой. На полимерные материалы приводит к грубым ошибкам.

1.1. Исторические сведения о полимерных материалах

Основой неметаллических материалов являются высокомолекулярные вещества – полимеры. Термин «полимерия» был введен в науку И. Берцелиусом в 1833 г. для обозначения особого вида изомерии, при которой вещества, имеющие одинаковый состав, обладают различной молекулярной массой, например, этилен и бутилен. Эта трактовка не соответствует современным представлениям о полимерах.

Ряд полимеров был, по-видимому, получен еще в первой половине XIX века. Однако, в то время химики старались подавлять полимеризацию и поликонденсацию, которые вели к «осмолению» продуктов основных химических реакций, т.е. к образованию полимеров. И в настоящее время полимеры иногда называют «смолами».

Изучение великим русским химиком Бутлеровым А.М. связей между строением и относительной устойчивостью молекул, проявлявшихся в реакциях полимеризации, привело к созданию структурной теории химического строения органических соединений. На ее основе возникла химия полимеров.

Дальнейшее развитие наука о полимерах получила благодаря интенсивным поискам способов синтеза каучука, в которых участвовали крупнейшие ученые многих стран (Г. Бушарда, У. Тилден, К. Гарриес, И.Л. Кондаков, С.В. Лебедев и др.). В 30-х годах ХХ века было раскрыто существование свободнорадикального и ионного механизмов полимеризации. Большую роль в развитии представлений о поликонденсации сыграли работы У. Карозерса.

С начала 20-х годов ХХ века развивались также теоретические представления о строении полимеров. Вначале предполагали, что такие биополимеры, как целлюлоза, крахмал, каучук, белки, а также некоторые сходные с ними по свойствам синтетические полимеры (например, полиизопрен), состоят из молекул, обладающих необычной способностью ассоциировать в растворе в комплексы коллоидной природы благодаря нековалентным связям (теория «малых блоков»). Автором принципиально нового представления о полимерах как о веществах, состоящих из макромолекул, т.е. частиц необычайно большой молекулярной массы, является Г. Штаундингер. Признание этого заставило рассматривать полимеры как качественно новый объект исследования химии и физики.

Успешное развитие химии и физики полимеров связано с именами многих видных ученых: Кобеко П.П., Каргина В.А., Александрова А.П., Медведева С.С., Ушакова С.Н., Коршака В.В. и др. Промышленное производство первых синтетических пластмасс (фенопластов) явилось результатом глубоких исследований, проведенных Петровым Г.С. (1907 – 1914 гг.). Блестящие исследования позволили Лебедеву С.В. впервые в мире осуществить промышленный синтез каучука (1932 г.). Семеновым Н.Н. разработана и распространена на механизм цепной полимеризации теория цепных реакций (1930 – 1940 гг.). Важный вклад в развитие химии кремнийорганических полимеров, широко применяемых в качестве термостойких материалов, внесен Андриановым К.А.

полимеров.

Дата добавления: 2014-03-13; просмотров: 347; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!