Читайте также:
|
Предисловие 8
Благодарности 9
Введение 10
1.1 История развития полимеров 10
1.2 Почему четкое понимание материала важно? 12
1.3 Что может быть достигнуто путем соответствующего выбора материалов на полимерной основе? 17
1.4 Что делают универсальные полимеры? 20
Полимеризация 31
2.1 Механизмы полимеризации 31
2.2 Процесса полимеризации 36
2.3 Реакторы полимеризации 39
2.4 Катализаторы 42
2.5 Молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение 47
2.6 Вопросы самооценки 50
Переработка полимеров 54
3.1 Концепция реологии 54
3.2 Обработка и формирование термопластов 56
3.3 Обработка и формирование термореактивных полимеров 98
3.4 Вопросы самооценки 109
Микроструктура 111
4.1 Стереорегулярности 112
4.2 Морфология в частично кристаллических термопластах 113
4.3 Степень кристаллизации 116
4.4 Сшивание 124
4.5 Слияние сополимеров 126
4.6 Доменные структуры 127
4.7 Степень ориентации молекул 128
4.8 Вопросы самооценки 130
Поведение полимеров 133
5.1 Деструкция полимеров 133
5.2 Вязкость и упругость 134
5.3 релаксационных переходов 150
5.4 Вопросы самооценки 158
Механические свойства 163
6.1 Введение 163
6.2 Растяжимость 166
6.3 Прочностные свойства на изгиб 179
6.4 Свойства сжатия 184
6.5 Свойства на срез 186
6.6 Твердость 187
6.7 Ударные свойства и трещиностойкость 189
6.8 Несущие пособности 196
6.9 Экологическое растрескиванию 199
6.10 Усталость и износ 202
6.11 Вопросы самооценки 206
Термальные свойства 209
7.1 Дифференциальносканирующий калориметр 210
7.2 Термогравиметрический анализа 218
7.3 Термомеханический анализ 221
7.4 Динамический Механический Термический Анализ 225
7.5 Определение Соф рение температуры 248
7.6 Вопросы самооценки 257
Ссылки 261
Для моих родителей (Rahmetullahi Aleyhima), к моей жене, и Mevlüde, Латифа и Мелек, яблоки из моих глаз
Предисловие
Обучение включает в себя получение знаний, который предлагается во всех традициях. Например, Коран призывает людей стремиться к знаниям и использовать его для благосостояния общества:
"Господь мой, повысить меня в знаниях", Аль-Коран 20:114.
Знания должны быть применены в безопасной, ответственной и этических норм не только нам лично, но и улучшить многих людей, с которых мы живем. Он также является обязанностью гарантии, что наше окружение не под угрозой. Так иногда требуется знание местной культуры, чтобы помочь достичь желаемого результата. Презентация Мартин Палмер на BBC T должны ко Дню программы, 17/06/2006, по вопросу о защите океанов входят:
"Для многих людей во всем мире экологического движения и его профисионального решения - как правило, экономические - чужды способы мышления и видения мира, и может быть интерпретировано как говорить людям, что лучше для них, нравится ли им это или нет. Позвольте мне рассказать вам одну историю. Динамите шинг Восточно-Африканского побережья является серьезной проблемой. Экологические организации были ее решении в течение многих лет, работая с правительствами, отправки вооруженных лодок, чтобы угрожать, незаконным Ф Шинг. Ничто из этого не работало, потому что он не имел никакого отношения к реальной жизни и ценностям местного общества, все из которых являются мусульманами. То, что работало на одном острове, Мисали, является Коран. В Коране утилизация природных ресурсов осуждается как грех. Как только местные имамы обнаружили это, они приступили к проповеди, что Шин был взрывом анти-исламского, неустойчивого и греховного. Окончание всплеска Шинг из Мисали закончился, потому что это имело смысл с их духовностью ".
Т. е. суть этой книги кроется в семи главах. Т е главы расположены в попытке ссылок т.д. трех основных материалов науки и техники: в материалах, существует сильная связь между обработкой, микроструктурой и свойствами. Изменение одного аспекта отражает на других, и это позволило ученым / инженерам адаптировать материалы в соответствии с целями. Природа предоставляет много примеров того, как материалы соответствуют обработке, микроструктурным-свойствам отношений, например, одно из чудес света, Causeway гиганта состоит из регулярных колонн полигональных плит из выпадения вулканического базальтового сопоставлении того же материала в развалинах форме, не узнаваемой формы. На основе сложившихся условий, в частности, что температуры и скорости охлаждения, лава в обычном состоянии твердая, так и неправильной формы, т.е обрабатываемость, также выделяется Лев Баекалатв, изобретатель первого коммерческого пластика:
"Я пытался сделать что-то действительно трудное, но потом я подумал, что должен сделать что-то действительно важное вместо того, что может быть сформировано в различных форм. Текст была в том, как я пришел первым к пластиковым изделиям (покрытиям). Я назвал его Bakelite ".
Глава 1 В этой книге является вводной и включает в себя историю развития полимеров; важность знания материалов для инженеров и технологов, что делает полимерные материалы привлекательными по сравнению с традиционными материалами и описанием универсальных характеристик полимеров. В последующих двух главах дело с полимеризацией процессов и процессов, используемых в преобразовании полимерного сырья в продукты. Глава 4 охватывает микроструктурные особенности в полимерах, в том числе ламелей, сферолитов, сшивание и измерения степени кристалличности и ориентации молекул. В вязкоупругой природы полимеров, времени / температуры чувствительность вязкоупругости и как это проявляется в виде ползучести, релаксации напряжений и механического демпфирования рассматриваются в главе 5. Стеклования и ее зависимость от молекулярных особенностей также рассматриваются в главе 5. Так же последние две главы посвящены различным аспектам механических и термических свойств полимеров. Написание этой книги было образовательным, и я благодарю BookBoon за предоставленную мне возможность.
Мустафа Akay, Северная Ирландия, февраль 2012
Благодарности
Эта книга выходит из моей работе в Ольстере Политехническом Университете Ольстера, где я встречался и работал с различными персонажами и личностями, и я хотел бы отметить, Лесли Хаве, покойный Арчи Холмс и Миртл. Молодые которые олицетворяют для меня постоянным доброта, помощь и поддержку я получил от академического, технического секретаря STAF на протяжении многих лет.
Эта книга включает в себя материалы, взятые из различных источников, в том числе мои лекции, результаты исследований из моих аспирантов, некоторые из них стали друзьями на всю жизнь, так же некоторые отличные учебники, научные статьи, новости, промышленные компании организация литература и веб-материалы, к которым нам так повезло иметь доступ. Материалы, используемые из источников, благодарностью и перечислены в качестве ссылок, однако, на протяжении многих лет материал применялся для обучения, что не всегда возможно проследить. Я прошу прощения, следовательно, для любого такого материала, который не имеет сопровождающих справочных и я выражаю благодарность и признательность заинтересованным людям.
Отдельное спасибо к моей жене для ДЗЗ регулярные прогулки проветриться и посещения "Mugwumps" для коффе.
1 Введение
1.1 История развития полимеров
"Гений это один процент вдохновения и девяносто девять процентов пота." Thomas A. Edison, 1847-1931.
Эдисон, один из самых пролиферацию изобретателей с историей, высоко оценил работу других людей, верит в рабочую команду (группу), и заявил: «Я начинаю, где последний человек из ЛЕФ». Со временем, работы из начинающих науки о полимерах, некоторые, перечисленные ниже, были с благодарностью другие, и на разработки.
1839 Эдуард Симон обнаружил полистирол.
1843 Хэнкок в Англии и в США Гудиер разработала вулканизации резины путем смешивания его с серой. Чарльз Гудиер олицетворяет собой 99% сил слияния: трудился всю свою жизнь, несмотря на множество неудач и разочарований.
1854 Сэмюэль Пек производства "Союз дел" для фотографий путем смешивания шеллак (получают из секрета жуков лаковые, которые живут на деревьях, произрастающих в Индии и Юго-Восточной Азии), опилки, других химических веществ и красителей, и нагревают и прессуют смесь в формы для формирования части Союза Дел. Этот термин "союз" относится к материальным составом, т. е. синоним терминов смеси или смеси.
1862 Александр Паркс выставленые Parkesine, сделанные из нитрата целлюлозы, на международной выставке в Лондоне.
1868 Hyatt братьев в Америке производится целлулоид из нитрата целлюлозы смешиванием с камфорным. Это была нестабильно и впоследствии привело к развитию ацетата целлюлозы. В последствии разработаны многие из пластмасс, первое массовое производство таких методов, как выдувного формования, прессования и экструзии.
1869 Daniel Spill взял на себя права на производство Parkesine в Англии и создал целлулоид, Компания производит целлулоид и лворайд.
1872 Евгений Бауман, один из первых изобретать поливинилхлорида (ПВХ).
1897 Spitteler в Германии запатентовал казеин, который реализуются как Galalith, сделанный из белка молока, смешанного с формальдегидом.
1907 Лев Бекеланд производство фенолформальдегидных, первое действительно синтетическое пластмассы, бакелита. Отливки с пигментами напоминают оникса, нефрита, мрамора и янтарь он прибыл, чтобы быть известным как фенольные смолы.
1910 Братья Дрейфус усовершенствовали ацетата целлюлозы, лаков и пластмассы.
1912 Фриц Клатте обнаружили поливинилацетата и запатентовал процесс производства ПВХ.
1924 Росситер производство мочевины, тиомочевины, формальдегида, которые реализуются как Linga Longa или как Bandalasta изделия британских цианидов.
1928 Отто Рем в Германии застрял двумя листами стекла вместе с помощью акриловых эфиров и случайно обнаружил, безопасное стекло, и производство некоторых началось в 1933 году.
1933 ICI обнаружили полиэтилен.
1933 Меламиновых смол формальдегида были разработаны в 1930-х и 1940-х годах в таких компаний, как American Cyanamid, Ciba и Henkel.
1935 Валес Кароверс, работающих с Du Pont, изобрел поли (гексаметилен-adipamide), Du Pont назвал этот продукт нейлоном. Кароверс не видел широкое применение его работы в потребительских товаров, таких как зубные щетки, финишь линии, и нижнее белье, или в специальных применениях, таких как хирургическая нить, парашюты, или трубы, ни мощного эффекта т.д. он стал началом в целой эпохи из синтетики. К сожалению, он умер в начале 1937 года в возрасте 41.
1936 Полиметилметакрилат листа метакрилата, Perspex, был брошен ICI, и вскоре он работал в остеклении самолетов.
1936 Братья Вульф в Германии производят коммерчески жизнеспособные полистиролы.
1937 Отто Байера запатентовал полиуретан.
1938 Рой Планкетт работает на DuPont случайно обнаружил поли (тетра-е uroethylene), PTFE, торговую марку на Tef.
1941 Промышленное освоение сложных полиэфиров для литья началась в США.
1941 Полиэтилентерефталат (ПЭТ), насыщенных полиэфирных запатентована Джон Рекс Whinf поля и Джеймс Теннант Диксон.
1948 Акрилонитрил-бутадиен-стирола (ABS).
1951 Пол Хоган и Роберт Банки Phillips Petroleum обнаружили полиэтилен высокой плотности и кристаллического полипропилена.
Полиэтилен 1953 полимеризации был достигнут при низком давлении использованием катализаторов Циглера.
1954 Джулио Натта удалось "стереоспецифичным" полимеризации пропилена с Циглера-типа катализаторов. Карл Циглер и Джулио Натта получили Нобелевскую премию по химии за свою работу в 1963 году.
1958 Поликарбонат был запущен в серийное производство.
Стефани Луиза 1964 Кволек из DuPont Kevlar разработана F BRE от polyaramide (ароматический полиамид).
1987 BASF в Германии производится полиацетилена, что в два раза превышает электропроводность меди.
ICI опубликовал книгу под названием "Вехи промышленности пластмасс: 1862-1962", приуроченная к столетию со дня изобретения Александром Парксом первого в мире искусственного пластика, и отдать дань уважения тем, кто помогал в создании современной индустрии пластмасс и для тех, кто работает над ее улучшением и расширением.
Продукты, машин и сооружений требуют применения материалов и энергии. Какие материалы используются в зависимости от наличия, стоимости и, конечно, пригодности для целей. Как металлы заменили древесину во многих потребительских товарах, пластик был разработан как более дешевую альтернативу. Стоимости литья металла резко возросла во время Второй мировой войны, в то время как пластик может быть сформирован относительно дешево. По этой причине пластмасс постепенно заменили многие вещи, которые были первоначально сделаны из металлов. Однако выбор материала требует здравый смысл. Соответственно материалы преподаются на традиционных курсах Машиностроения, гражданского и электрические, а также другие, такие как спортивные технологии и биомедицинской инженерии.
Важность материалов и необходимость осознания звук и понимание материалов для инженерных практики в дальнейшем рассматривается ниже. Сайта whystudymaterials.ac.uk также включает в себя темы, представляющие интерес в этом отношении.
1.2 Почему важно четкое понимание материала?
В старину, все, с чем конструктору / Инженеру пришлось работать был чугун, ограниченный ассортимент из стали, некоторых цветных металлов и древесины. Сегодня мы сталкиваемся с огромным выбором материалов и вопрос о сравнении материалов DIF различных типов, а с DIF различных поставщиков. Как ученые и инженеры четко понимали что эти материалы являются жизненно важным для того, чтобы:
1.2.1 Выбор правильного материала и производственного процесса для производства
Выбор включает в себя такие факторы, как свойства материалов (механические, тепловые, электрические, оптические и химические); условия эксплуатации (например, рабочая температура и влажность) и срока службы; воздействие на окружающую среду, здоровье и безопасность, экономика, внешний вид (например, форму, цвет, поверхность исполнения, украшения); тип производства (литье под давлением, экструзия, прессование, смолы передачи молдинги и т.д.), и производство материалов, связанных с поведением (например, ВВбр, усадка, остаточные напряжения, сварочные линии и т.д.).
Выбор иногда может означать жизнь или смерть. Например, Challenger, космический челнок, катастрофа в январе 1986 года в результате по-видимому, не желание делать правильный вид резинового уплотнения для топливной системы. Уплотнительное кольцо стало жестким и потеряла свою эластичность/гибкость при низких температурах и в результате просачилось топливо. Печать была изготовлена из силиконовой резины, которая может кристаллизоваться в условиях стресса. Как CRAF ждали запуска, уплотнительное кольцо остались зажаты слишком долго, и его хрупкость значительно возросла.
Авария на Concorde, которая произошла в июле 2000 года убили 113 человек - все пассажиры на борту авиалайнера, девять экипажа и четыре человека на земле. Авиалайнер поймали частоты, см. рисунок 1.1, на бери от Парижа аэропорта Шарля де Голля, когда одна из его шины была проколота полосой металла (мусор от другого самолета), лежащие на взлетно-посадочной полосе, и взрыв шины стал причиной взрыва топливного бака. АВЭС аварии, хотя, Concorde шины были доработана и при перевозке был усилен кевларом (высокая FBRE арамидных производительности) Concorde бои не совсем возобновить обслуживание.
Рисунок 1.1 Concorde шасси на славу (источник: Google изображения (Тосихико Сато / AP))
Rolls Royce, один из пионеров в области производства и применения высоко качества углерод-FBRE в 1960-х годах, использовали углерод-FBRE в производстве лопаток компрессора для одного из своих авиационных двигателей без, в перспективе, полный признательности / оценка механических свойств материала. Лезвия оказалась уязвимой для "птицами". Следовательно, как указано в Википедии "проблемы Rolls-Royce стал настолько велик, что компания была национализирована в конечном счете британское правительство в 1971 году и углерод-FBRE завод был продан из сформировать Bristol композиты".
Вдали от аэрокосмической примеры, Эзрин (1996, P101) приводит пример из полиэтилена высокой плотности (HDPE) Аэраторы сточных вод в лагуну, что перелом в связи с непредвиденными экологическими растрескиванию (ESC) при динамическом стрессовом изгибе. Дизайн был виноват в выборе HDPE, который имеет плохую ESC, а для марки ПЭНД выбран, так как в ESC поражение молекулярным весом. Неудачи были на крутом повороте из четырех ног, которые были заперты в бетонных площадок.
Поэтому при рассмотрении новых материалов, оценить:
- Наличие
- Свойства
- Технологичность
- Пригодность / функциональность, даже в экстремальных условиях
- Эстетику и историю продукта
- Воздействие на окружающую среду и здоровье и безопасность.
Самое главное думаю, изготовление и коррозии / износа.
1.2.2 Оценка ответственности за качество продукции
Новые пластмассы и классы продолжают быстро развиваться и многолетний опыт во многих областях до сих пор не реализован. Закон о защите потребителя (1987) ставит особую ответственность на разработчиков пластмассовых изделий, чтобы их выбор пластика не был угрожающим пользователю, например, нарушение преждевременно или токсических компонентов или не выполнение соответствия под реальные условия использования. Эзрин (1996, p293) указывает, что "часть проблемы ответственности за качество продукции для пластмасс должны быть заложены в их успех, как новые, инновационные материалы и процессы fulf lling старых и новых потребностей во многих приложениях. Темпы научно-технического прогресса был очень быстр с пластмассами, спортивные раньше времени и эффективно ОРТ, необходимые для полной оценки всех возможных ситуаций, провал ". Он также заявил, что продукты разработаны и изготовлены с недостаточным знанием пластмасс ограничения и любые своеобразный синергический (или антагонистическое) EF ECTS держать юристов в бизнесе и повредить репутации пластмасс.
Вопросы, связанные с дизайном, которые имеют прямое отношение к ответственности за качество продукции и безопасность (Визерелл, 1985, P174):
- Функция продукта
- Рынок и информация о продажах
- Конструктивные характеристики
- Соображения тест
- Критическая часть участвует
- Экологические соображения
- Высокий риск использует
- Требования к надежности
- Техническое обслуживание и эксплуатация требования
- Соответствие стандартам и нормативным требованиям
- Упаковка и доставка
- Конечное использование требованиям.
1.2.3 Разработка и автоматизация производственных технологий
Многочисленные усовершенствования были сделаны различными трудоемкими методами производства, например, с ведром и щеткой стеклопластиков (GRP) Lotus Elan спортивный автомобиль с VARI (вакуумные помощь инъекционная смола) GRP Lotus Elan.
Пластмассы растут на деревьях! Биоразлагаемых пластиков (подходит для производства бутылок и аналогичных емкостей) были выращены в растениях, таких как грибы и растения сахарной свеклы, используя генную инженерию.
Monsanto растут биоразлагаемых пластмасс растений методом генной инженерии.
1.2.4 Дизайн для переработки
Производство и озабоченности по поводу загрязнения окружающей среды объединились, чтобы оказать давление на дизайнера переосмыслить подход к дизайну продукта, а также рассмотреть весь жизненный цикл продукта. Технические проблемы, связанные с их утилизацией и переработкой основных пластиковых компонентов решаются в промышленности пластмасс, производителей оригинального оборудования (OEM) и новые отрасли устройство утилизации. Широко распространенное извлечения ценных пластмасс из выброшенных продуктов обеспечит возможность жизненного цикла TS.
Широкого использования пластмасс в промышленности, например, автомобильной, связано с преимуществами, такими как снижение веса, снижение издержек, повышение гибкость производства и укороченные сроки. Один недостаток, особенно в условиях строгого законодательства ЕС, является отсутствие эффекта эффективная разделения и переработки технология, которая становится препятствием для реализации полного потенциала пластмасс.
1.2.5 Решение проблем
Актуальности войны, например, были движущей силой для многих из самых замечательных событий в материалах, из ванной, чтобы обеспечить решение проблем, которые ранее просто не существовало, или по крайней мере не были восприняты на существование.
1.2.6 Вызов и заменить традиционные материалы
Пластиковые молдинги продемонстрировали свои возможности в ряде отраслей промышленности. Т е основных benef TS, в качестве альтернативы металлов, являются частями консолидации (то есть, меньше материалов и компонентов в одной части), меньшим весом, повышенной прочностью и ТО-ность к весу, устойчивости к коррозии, а также снижение стоимости части. Рисунок 1.2 показывает сцены из Phoenix укладке труб операции по Shore Road, недалеко от Университета Ольстера. Phoenix приобрели старый газ Белфаст системы и использовать его в качестве проводника для вставки нового газопровода. T сведено к минимуму нарушения и максимальная производительность за счет ограничения рытье траншей.
Figure 1.2 Полиэтилен высокой плотности (HDPE) заменяет железа в качестве газа-передачи трубы: (б) показывает, как старые, так и новые трубы и (в) введения
ПНД трубы в старую трубу железа
Замена металла с полимерной основе материалов происходит регулярно практически во всех отраслях техники и регулярно прогноз практиков: Хамфрис (1997, p50) в своей статье в британской Японии симпозиум по науке и обществе гласит: «Семьдесят процентов от веса Подвесной мост находится в стальных тросов. Если вы делаете мост длиннее и длиннее, она больше не может держать свои собственные кабели подвески. Т е максимальную длину или оболочка обычного подвесного моста составляет 5000 метров. Если заменить стальные канаты с углеродом F канаты BRE, однако, то можно подсчитать, что максимальная продолжительность увеличивается на три раза. В принципе, вы могли бы Подвеска моста, который составляет 15, 000 метров в длину. "Т понятие было также выражено Рамсденом (2009) в своем анализе подвески моста через Мессинский пролив, соединяющий итальянского материка на остров Сицилия. Стальной трос должен быть использован в течение 3300 м пролета. Однако он утверждает, что больше мостов, возможно, придется рассмотреть возможность использования углеродных и стеклянных F Зав композитов.
Хамфрис (1997, p48) далее выступает за замену стальных канатов с углерод-е веревки для привязывания Зав е плавающей нефти / газа буровых установок на морском дне: он утверждает, что все наши Северном море плавающей F буровых установок получили огромные сумки плавучести, чтобы сохранить их AF овса. "На определенной глубине воды, за 1500 м, он становится нецелесообразным (с тросом), чтобы добавить больше мешков плавучести. Однако, если стальной трос заменить углерод-е веревки BRE, то вы можете пойти до 3000 м, что позволяет добывать нефть и газ в гораздо более глубоких водах. Т самом деле, известно, превратят сцену мировой энергетики.... Есть огромные запасы нефти и газа, которые в настоящее время, в принципе, доступны, которые не были доступны ранее. Это все связано с производством легких тросов, F раз нас легче, чем сталь ".
T-ЮВ приложений предусмотрены десять лет назад углерод-е Зав или аналогичную синтетическую веревку F BRE еще предстоит fulf выработанного но она должна быть только вопросом времени. Некоторые высокопроизводительных инженерных канатов на основе полиэстера, нейлона и сверхвысокой молекулярной массы полиэтилена Брес F производятся Bridon Веревки (http://www.bridon.com/index.php).
Примеры замены металла пластмассой в домохозяйства техники и преимущества, полученные даются кагана и Keetan (1994).
1.3 Что может быть достигнуто путем соответствующего выбора материалов на полимерной основе?
Полимерные материалы эр высокой прочностью и ТО-ность к весу, устойчивости к коррозии, в процессе формования цвета, безопасность и простота изготовления в сложной формы, какие из результатов ан в значительно снижается себестоимость продукции.
1.3.1 Снижение стоимости
Разумное использование даже дорогие материалы, такие как углерод-углеродных композиционных (на дешевом конце £ 100 - £ 150 кг-1) с точки зрения затрат EF эффективная. Углерод-углерод затраты на сырье варьироваться в зависимости от типа и геометрии F Брес, тип матрицы, конечного использования и метод производства (Savage 1993, P373). Углерод-углеродных композиционных тормоза на место стали / металлокерамические тормоза эр экономии значи могу вес в военной и коммерческой aircraf с. В Concorde 600 кг была сохранена, а это означает дополнительные нагрузки или экономии топлива.
1.3.2 Улучшение производительности / безопасности
Большинство современных подвиги в спорте было бы возможным, не в последнюю очередь, за счет внедрения полимерных материалов в спортивный инвентарь. 120-миль в час служить в теннисе не может существовать без полимера-матрицы F Зав композитные ракетки. Исследования в области биомеханики показали, что раннее ракетки были плохо построены, чтобы заглушить высокие колебательные силы, которые, как правило, рассматривается в качестве основной причины "теннисный локоть". Композитных конструкций Сегодня повышения прочности ракетки и долговечность, а также влажные высоких ударных сил, участвующих в этих видах спорта.
Огромное увеличение высоты достигнутых ведущими шестом полюса зависит от использования углерода-е гн / эпоксидной смолы и стекло-е гн / эпоксидных препрегов в строительство современных хранилищ полюса.
Недавние успехи в велоспорте тесно связаны с высокими технологиями гоночного велосипеда углерода-е Зав композитные диски колес с улучшенной аэродинамикой, легкость, жесткость и сохранения импульса.
Формула-1 автомобиль, вероятно, будет подвергнут ряд различных форм различны тяжелой ударной нагрузки во время гонки. T-ЮВ мероприятия включают удары с треком мусора, столкновения различных типов и столкновения с трассы из-за комбинации ударов и возмущения с аэродинамической прижимной силы. С начала 1980-х годов строительство Формулы-1 гоночных автомобилей доминируют использования углеродных F Зав усилены композитных материалов.
Когда углерод F Зав композитного шасси были F первом введен McLaren, в сочетании с Hercules, число дизайнеры выразили озабоченность по поводу пригодности таких хрупких материалов для этой цели. Действительно, некоторые даже зашли так далеко, чтобы попытаться, чтобы они запрещены по соображениям безопасности! Инцидент в 1981 году Гран-при Италии в Монце прошла долгий путь, чтобы развеять эти страхи и снятия сомнений в безопасности углерода F структур Зав при ударе. Джон Уотсон потерял контроль над своим McLaren MP4 / 1, разбив тяжело в барьерами армко. Т е жестокостью аварии было доста точно для удаления как двигатель и коробка передач от шасси. Т е остатки монокок был катапультироваться несколько сотен метров вдоль цепи, пока F наконец подходит к отдыху. Т е Ольстера человек смог уйти от мусора полностью невредимым. Т е разрушенного шасси наглядно продемонстрировал способность композитной структуры, чтобы поглощать и рассеивать кинетическую
энергии. Т е высокой ТО-Несс на шасси позволило воздействия, поглощаемой структуры в целом, а не сосредоточенной в точке удара. Кроме того, композитный материал был в состоянии поглотить энергию удара по контролируемой дезинтеграции структуры. В отличие от сил, возникающих от воздействия транспортного средства построены из пластичного металла, такого как алюминий доста точно для превышают предел упругости материала. В автомобиле алюминиевого монокока оставался бы в одной части, но рухнула до тех пор пока вся энергия была поглощена. Т е драйвера, несомненно, были убиты.
В своих веб-публикации, озаглавленной "Т е убедительные факты о пластмасс 2007", организация PlasticsEurope (2007) подчеркивается, что "пластмасса защитить нас от травм во многих отношениях, будь мы в машине, работая в качестве аф Re F ghter или катания на лыжах. Подушки безопасности в автомобиле сделаны из пластика, шлем и большая часть защитной одежды для байкеров мотоцикл на основе пластика, костюм космонавта должны выдерживать температуру от -150 до 120 ° С и F повторного F ghter полагаться на одежду пластмассы, которая защищают от высокой температуры, и вентиляционного и F гибкий работать дюйма пластмассы защитить нашу еду и питье от внешнего загрязнения и распространения микробов. Пластмассы ooring е и мебель легко содержать в чистоте, чтобы предотвратить распространение бактерий, например, в больницах. В медицинских пластмасс площадь используется для крови мешочки и труб, искусственн социальной конечностях и суставах, контактные линзы и искусственн социальной роговицы, стежки, которые растворяются, шины и винтов, которые излечивают переломы и многих других приложений. В ближайшие годы нанополимерами будет нести препаратов непосредственно в поврежденные клетки и микро-спирали будет использоваться для борьбы с ишемической болезнью. Artif социальных крови на основе пластмасс в настоящее время разрабатывается в дополнение к природным крови ".
1.3.3 Снижение веса
Масса, особенно в контексте улучшения в силе и ТО-ность к весу, имел самый огромный эффект ECTS. Например, в aircraf с и других транспортных средств, в обычных структурах, в нефтяных платформ и т.д. Улучшение экономии топлива в автомобилях, грузовиках и самолетах из-за облегченные кузова (например, лист литье-соединения GRP и стекло-мат термопластов (GMT) панели в автомобиле Лотос спорта и в различных кабинах грузовиков и передовых полимеров композиционных материалов в структурных частей для aircraf) должна составлять миллиарды фунтов стерлингов экономии топлива и связанное с сокращением загрязнения атмосферного воздуха от выхлопных газов.
Т е особые требования на водной основе, спорта, например, корпусов конкуренции лодку, могут быть решены только путем применения композиционных материалов. Большинство типов корпусов полагаться на полимер / стекла F BRE, из ванной с кевларом или углерод F Брес для дополнительной прочности и силы. Хороший корпус гонках, например, может правило, состоят из сэндвич-конструкции на основе чередующихся слоев стекла F Зав мата и кевлара ткани связан с подходящим ядром. Т е основного материала сотовой полимера и обеспечивает легкость без потери ТО-Несс.
Снижение веса также будет продолжать занимать эффект орты велосипедных производителей, особенно для гоночных велосипедов. Т е японцы недавно объявила о первом F все бумаги велосипед! Т е рамках этого велосипеда изготовлена из ручной отстое бумаги и эпоксидной смолы. Т е в результате целлюлозы F Зав выравнивания обеспечивает силу, которая составляет 60%, что углерод F BRE (CF) композиты, это подвиг! Т е полученный кадр имеет массу всего 1,3 кг. Тонкие пластиковые покрытия упаковывает бумаги, чтобы убедиться, что велосипед не развалится в сырой кучи в дождь!
Американцы разработали пуленепробиваемый жилет для войны во Вьетнаме из ламината керамические пластины поддержке с F Зав стекло-полимерного композита «60 кг/м2! T-ЮВ дней намного легче доспехи тела изготовлены из кевлара или Dyneema.
1.3.4 Стойкость к коррозии
Пластмассы заменить металлы во многих приложениях, потому что они не ржавеют. Рисунок 1.3 показывает, площадь бассейна завода комнату, где использование раствора гипохлорита натрия, сильный окислитель, так как вода дезинфицирующих средств очистки ускоряет коррозию металлических труб и клапанов. Во время периодов обслуживания, практика заключается в замене ржавых металлических труб с пластмассовыми них. Однако следует также признать, что пластмасса может доста э окраска, трещины, трещины, потеря свойств и плавление или растворение в присутствии источников энергии, радиации или химических веществ.
Figure 1.3 Например коррозии металла и замена длина коррозия металла трубы с пластиковым альтернативных
1.3.5 Электрическая изоляция / проводимости
Т е электроизоляционные качество присуще в большинстве полимеров уже давно использовали для ограничения токов е благодаря вдоль выбранных путей в проводниках и для поддержания высоких электрических полей F без выхода из строя. Полимеры также были заняты в более требовательных приложений, например, полиэтиленовой изоляцией в коаксиальных кабелей для радаров и телевидения. Полимеры также обеспечивают высокую производительность тонких LMS F для конденсаторов.
Фторированные полимеры (постоянно поляризованным диэлектрического материала) используются в качестве очень низкой проводящих материалов в электретные микрофоны.
Полимеры являются хорошими изоляторами, но легкая, легко формуемый проведения пластиковой бы также желательно. T нам сажей смешанные полимеры обычно используются в качестве проводящей среды. Даже незначительная степень проводимости, которая позволяет обвинения в утечке далеко, чтобы земля была бы желательной, чтобы облегчить статических зарядов из готовых изделий.
Все выше перечисленные желательные / привлекательных особенностей полимерных материалов благодаря своей универсальности.
1.4 Что делает универсальные полимеры?
Полимеры э разнообразие молекулярных структур и свойств и, следовательно, поддаются быть использованы в различных приложениях. T еу постепенно замещать или дополнять более традиционные материалы, такие как дерево, металл, керамика и природный Брес ф. Обыкновенные полимеров эр доста cient сферы для большинства применений, однако технический прогресс и озабоченности по поводу загрязнения окружающей среды (из ванной переведены на законодательство), здоровья и безопасности на работе ввести дополнительные требования для улучшения / изменения существующих полимеров и синтезировать новые.
Полимеры обладают обширным структурных особенностей, некоторые из которых очерчены ниже.
1.4.1 Intra-молекулярных особенностей (одиночные молекулы)
Полимеры органических материалов и состоят из цепочечных молекул, которые являются наиболее характерной чертой полимеров.Макромолекулы образуется путем объединения повторяющихся звеньев через ковалентные связи в главной магистрали.Размер результирующего молекулу обозначен как молекулярная масса (степень полимеризации).Мономеры или повторяющихся звеньев в цепи ковалентно связаны друг с другом. Вращение можно о ковалентной связи и приводит к поворотной изомерии, т. е. конформации и нерегулярно запутались, а не прямо молекулярных цепей, см. рисунок 1.4.
Figure 1.4 Третий углерода может находиться в любом месте на круге показал (т. е. геометрическое место точек, которые фиксированном расстоянии от заданной точки). В этом случае локус круг в основании конуса, который образует на вращающейся С2-С3 связи по всему C,-C2 оси, сохраняя валентной углом 109,5 °.
Транс-и гош конформации выставлены как вращение происходит вокруг С - С одной Облигации, например, в молекуле бутана рассматривать каждую молекулярную сегменте (- CH2 - CH3) помещаются на диск, что C атом расположен в центре диска, и двух атомов водорода и метильных групп распределены равномерно по окружности. Т е вращения одного из дисков, по сравнению с другими производит затмил (высшая энергия отталкивания между молекулами метил, когда они перекрываются) и постепенно шахматном конформации (гош бытия, где метилы в ближайшие шатаются и транс где метилы являются удаленными друг от друга и испытать минимальные энергия отталкивания).
Conf конфигураций и / или стереоизомеров описывают различ различны пространственное расположение боковых химических элементов или групп элементов около основой молекулярных цепей. В отличие от конформации, конф конфигураций не может быть изменено вращением вокруг ковалентными связями и создаются в процессе полимеризации, когда звенья объединяются в цепи. Conf конфигураций (цис-и транс) описывают механизмы из одинаковых атомов или групп атомов вокруг двойной связи в повторяющемся звене, например, цис-и транс-полиизопрен. Натуральный каучук содержит 95% цис-1, 4-полиизопрен.
Стереорегулярности (тактичность) описывает расположение боковых элементов / групп вокруг асимметричного сегмента винил типа повторяющихся единиц, - CH2 - CHR -, следовательно, три различ различны формы полимерной цепи результатов от головы к хвосту того мономеров: атактический, изотактический и синдиотактический. Стереорегулярности и конф конфигураций инф кристаллизации uence и степени кристалличности полимеров. Стоит отметить, что, помня, задаваемым с химическими формулами для общего термина "R", можно легко воспроизвести химический выражения для повторяющихся единиц различных известных термопластичных полимеров: например, когда R становится H, CH3, Cl, CN или бензольное кольцо, то, соответственно, формула представляет ПЭ, полипропилена, ПВХ, полиакрилонитрила и полистирола.
Сопряженные цепей содержат последовательности чередующимися простыми и двойными связями (ненасыщенные). Высоко кристаллический, стереорегулярных сопряженные полимеры проявляют заметную электропроводность. Проводимости от 0,1 S / м был получен с тонким лм е транс-полиацетилена (- CH = CH -) п. Т е проводимости может быть magnif ред на допинг.
Т е терминов и понятий, охватываемых в настоящем разделе подробно описаны в науку о полимерах словарь Алжир (1989) и в тексте книги, такие как жареная (1995) и молодой (1991).
Разветвленной сети состоят из линейных назад кости цепочку с кулоном цепи сторону. Ветвление происходит довольно легко, где функции (F) мономеров> 2. Это может также произойти во время полимеризации мономеров с F = 2 свободных радикалов абстрагируясь от водорода образуется полимерная цепь, создавая тем самым новые радикалы вдоль позвоночника, который инициирует боковых цепей. Т е наличие филиалов снижает способность полимера к кристаллизации, а также AF т.д. Поведение F потока расплавленного полимера. Ветвление можно управлять с помощью задаваемым с катализаторами.
Молекулярная масса указывается количество повторяющихся звеньев в молекуле полимера, см. в таблице ниже. Т е молекулярная масса должна достичь определенного значения для развития свойств полимера.
Примеры различных чисел (п) (- CH2-) повторяющихся единиц в нефтепродуктах.
- Мономеров (этилен, этилен) CH2 = CH2
- Повтор блока - CH2-CH2-
- Топливный газ (пропан, бутан) CH3-CH2-CH3, CH3-(CH2) 2 - CH3
- Бензин CH3-(CH2) N-CH3 (п = 6-12)
- Парафин CH3-(CH2) N-CH3 (n = 25-100)
- Поли (этилен) CH3-(CH2) N-CH3 (п = 100-100,000)
- UHMWPE CH3-(CH2) N-CH3 (п = 1000000)
Полимеризация производит цепи DIF различны длины, таким образом, молекулярная масса выражается как среднее значение (например, Mn, Mw), и распределение молекулярной массы указывается Mw / Mn. Узким распределением, например, в полиэтилены, дает лучшие силы воздействия и низкотемпературная вязкость в то время широкое распространение дает лучшую для формования и экструзии характеристики.
Ароматические полимеры (например, поликарбонат (ПК) и полиэфир эфир кетон (PEEK)) являются identif ред магистральных линий цепей, которые содержат бензольные кольца и / или его производные, они называются так потому, сильных запахов и ароматов связанного химических веществ, таких как бензол. В отличие от этого, в алифатических полимеров (например, PE и поливинилхлорида (ПВХ)) элементов вдоль основной цепи расположены в линейном порядке. Ароматические полимеры обладают хорошей термической стабильностью, которая может быть улучшен путем гетероциклические договоренностей. Гетероциклических полимеров (например, полиимиды) имеют и ароматических (бензола) и неароматических договоренности кольца вдоль основной цепи. T-ЮВ являются жесткими материалами с высокой термостойкостью (высокая SOF уширения и температуры плавления) и проводящие свойства. Некоторые ароматические полимеры остаются кристаллического в растворе и в расплавленном состоянии, т. е. они являются "жидкокристаллических полимеров". Механические Несс ТО и термическая стабильность и алифатических и ароматических полимеров может быть значительно увеличена путем достижения лестничного типа молекулярных структур вдоль позвоночника цепи.
Т е внутри-молекулярных особенностей инф uence F внутренней свойств материала и переход температур (например, температура стеклования (Tg), вторичный Tg и температуру плавления, Tm), которые указывают на температуры, указанные в приложениях. Tg показывает температуру, при которой жесткие (стекло-как) материал становится F гибкий (резиновые т.п.), оно нагревается. Т е структуры объемных и поведения полимеров диктуется также внутри-молекулярных особенностей, например, функциональность и частоты реактивных участков вдоль основной цепи макромолекулы в результате термопластов (TP), термореактивные (TS) или эластомеров. В зависимости от стереорегулярности и полярность вдоль основной цепи, кристалличности или аморфность преобладают в термопластов.
1.4.2 межмолекулярных функций (молекул в натуральном выражении)
T ermoplastics состоят из большого числа независимых и взаимосвязанных молекулярных цепей. При нагревании эти цепи могут проскользнуть мимо друг друга и вызывают пластиковые вл е. В некоторых термопластов, как расплав полимера solidif-эс, цепи молекулы образуют в упорядоченное расположение. T-ЮВ полу-кристаллических термопластов (например, полиэтилена, полипропилена (ПП) и полиамид (PA)). Т е термин полукристаллический используется потому, что кристаллическая структура не существует во всем полимера.
Т е регионов, где молекулы не образуют кристаллиты называют аморфным, т.е. без морфология / форма. Не-
кристаллических полимеров с большей готовностью опухшим от растворителей и, следовательно, более восприимчивы к растворитель трещин (трещин минуту). Некоторые термопластов (например, PC, полиметилметакрилате (PMMA) и атактический полистирол (PS)), как правило, совершенно аморфное.
Т е кристаллическая структура состоит из ячеек (размером <1 нм) и ламели (то есть, примерно 10-20 нм тромбоциты, которые образуются при упорядоченной упаковки сложенном сегментов цепи). Ламели растут из ядра в радиальной моды в большую морфологическую единицу, известную как сферолита (около 1-100 мкм радиус). Размер сферолита и его равномерности инф uence механические и оптические свойства. Во время выдувания ПЭТ (полиэтилентерефталат) бутылок, условий переработки контролируются, чтобы подавить образование сферолитов в то время как ориентация и кристаллизация происходит. Сферолиты приведет к снижению прозрачности бутылки, которые не желательны для сбыта продукции, а также большой сферолитов хрупким материалом.
Аморфные термопласты (в отсутствие рассеяния света кристаллических лиц) прозрачны и могут быть использованы в качестве замены стекол, например, ПВХ остекление фонаря, акриловые изделия в химических лабораториях, ПММА передние и задние автомобилей или легких кластеров (здесь низкий вес также преимущество над неорганических стекол), PC фары и ОМОНа ПК и антивандальные щиты.
T ermosets должны рассматриваться, где полимеры с более высокой жесткостью (т.е. выше модуль упругости) обязательны для заполнения. Тем не менее, они доста э-э от того хрупкие и, как следствие, из ванной, используемые в усиленной форме в качестве несущих твердых тел. T ermoset (TS) образование требует, чтобы по крайней мере один из мономеров (реагенты) должны быть трифункциональных или выше. T ermosets (например, фенолформальдегидные смолы (PF), эпоксидных смол, полиуретана (ПУ)) DIF э-э от ТП в том, что их молекулярные цепи сшиваются друг с другом первичных связей (ковалентные), и они полностью аморфным. Характерной общего с большинством эластомеров, с важным отличием, что плотность сшивания намного ниже в эластомеров. Изменение плотности сшивки позволяет контролировать, в частности, механические и химические свойства. Т е общий термин полимерная сетка включает в себя как эластомеров и реактопластов.
| Exercise: Tick the boxes to indicate which of these polymer groups exhibit melting (Tm) and/or glass-transition (Tg) | |||
| polymer group | thermal characteristics | ||
| TP TS elastomers | ТтП;ТдП | ||
Tedif разностных между поведением термопластов и термореактивных пластмасс является наиболее очевидным при нагревании. Как описано в текстовое поле ниже, ТП может быть нагрет и соф смоченной неоднократно, в то время как ТС может быть только Соф смоченной в начальной отопления и дальше.
Подогрев - ► смягчить - ► охлажденной * затвердевают термопластов
Подогрев - ► смягчить - ► затвердевают и набор | | термореактивных пластмасс
Т е микро-структурные изменения в полимерах ссылка т.д. себя в механических свойствах, см. Рисунок 1.5, показывая напряженно-деформированного кривые различны для различных типов полимеров при комнатной температуре.
|
Figure 1.5 Напряженно-деформированное кривых для полимеров при комнатной температуре:
а) Низкая вязкость полимера, например, PMMA или жесткой TS (например, PF)
б) пластичный полимер (например, ПВХ)
в) пластичный полимер, способный холодного волочения (например, PP)
г) полимера с дальним эластичность (например, натуральный каучук)
Эластомеры обладают большим обратимым расширения до десяти раз первоначальной длины. T еу являются полимеры, которые уже давно F гибкий цепи с низким привлечения межмолекулярных чтобы высокая подвижность локализованных сегментов. Тем не менее, постоянные относительной вл е цепи или скольжение должно быть предотвращено, что достигается путем сшивания цепей с образованием трехмерной сети. Изменение поперечных связей плотности позволяет управлять свойствами. Например, натуральный каучук, который сшит серы (процесс известный как "вулканизация") также может привести к эбонита (твердые, жесткие термореактивные), добавив больше серы в смеси и, следовательно, увеличение плотности сшивания. Т е Tg эластомеров, как правило, ниже -50 оС. Т е DIF списке литературы между механического поведения твердого пластика, F гибкого пластика и эластомеров может быть легко продемонстрировано, как описано в текстовое поле ниже.
Демонстрация образцов показали: (а) часть эпоксидная смола, (б) резинкой, и (в) полосу линейного полиэтилена низкой плотности (LLDPE). Ответьте на следующие:
Дата добавления: 2015-12-08; просмотров: 51 | Нарушение авторских прав