Применение пластмасс в качестве ограждающих и несущих конструкций

ФГАОУ ВПО  «Северо-Восточный федеральный 

университет имени М.К. Аммосова»

Инженерно-технический  институт

Кафедра ТДО  и ДК

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

По дисциплине «Конструкции из дерева и пластмассы»

на тему: «Применение пластмасс для несущих и ограждающих конструкций»

 

 

Выполнил: ст. гр. ПГС 09-2

Иванов  В.В.

Проверил:  Чахов Д. К. 

 

 

 

 

 

 

г. Якутск 2013 г.

Содержание

 

Введение………………………………………………………….…..…..3

1. Состав пластмасс……………………………………………………..4
2. Свойства пластмасс…………………………………………….…….5
3. Технология пластмасс………………………………………………..6
4. Несущие и ограждающие конструкции из пластмасс……………..8
5. Заключение…………………………………………………………..19
6. Список использованной литературы………………………………21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение.

 

Слово «пластичность» произошло от греческого слова plastikos, что означает «годный для лепки, податливый». Многие столетия единственным пластичным, широко применяемый для лепки материалов была глина. Однако теперь, когда говорят о пластических массах (пластмассах), подразумевают только материалы, созданные на основе полимеров.

Немногим более ста лет назад братья Хайэтт в Нью-Джерси (США) в поисках прочной, но рыхлой массы для типографических валиков создали хорошо формующийся материал из низконитрованной бумаги и камфоры. Так появилось на свет первое искусственное полимерное вещество, получившее название «целлулоид». В настоящее время в нашем распоряжении имеется широкая палитра настолько разных синтетических веществ, что сами специалисты вряд ли могут охватить все ее многообразие. А для не специалистов пластмассы – это наиболее характерный продукт современной химии. Хотя целлулоид быстро нашел большой спрос, вскоре ему пришлось постесниться. Началась «эра» искусственных органических материалов, которые стали называть пластмассами, собственно, только второй половине ХХ века. В 1900 году мировое производство пластмасс составило всего около 20 тыс. тонн. А уже в середине столетия их ежегодный выпуск достигал примерно 1.5 млн. тонн. В 1960 годы производство пластмасс сделало гигантский скачок: в 1970 году было выпущено уже 38 млн. тонн этих искусственных материалов. Начиная с 1950 года производство пластмасс удваивалось каждые 5 лет.

Если в ХIX веке пластмассы заменяли лишь дорогие и редкие материалы – слоновую кость, янтарь, перламутр, то вначале нашего века их стали использовать вместо дерева, металла , фарфора. Сейчас пластмассы нельзя назвать «заменителями». Многие современные пластмассыф превосходят по своим свойствам большинство материалов. Многие из них имеют столь ценные качества, что у них нет аналогов в природе. Производство пластмасс развивается быстрее, чем производство металлов.

 

 

 

 

 

2. Состав пластмасс.

Широкое распространение пластмасс — одна из отличительных черт нашего времени. Фактически все натуральные волокна, смолы и материалы уже имеют сейчас свои искусственные заменители. Создано множество других веществ с такими свойствами, которые не встречаются в природе. И это, по-видимому, только начало грандиозного переворота, равного по своему значению великим материальным революциям прошлого — освоению бронзы и железа.

Как правило, пластмасса — это сложное органическое соединение, включающее в себя несколько компонентов. Важнейшим из них, задающим основные свойства материала, является искусственная смола. Производство любой пластмассы начинается с приготовления этой смолы. Вообще, смолы занимают промежуточное положение между твердыми и жидкими веществами. С одной стороны, они имеют многие качества твердых тел, но им также в большой степени свойственна текучесть, то есть способность легко менять свою форму. По своему внутреннему строению смолы также занимают обособленное положение: у них нет жесткой кристаллической решетки, как у большинства твердых тел; они не имеют определенной точки плавления и при нагревании постепенно размягчаются, превращаясь в вязкую жидкость. Подобно каучуку, к которому они очень близки по своим свойствам, смолы относятся к полимерам, то есть их молекулы состоят из огромного числа одинаковых (часто очень простых по своему строению) звеньев.

Искусственные (синтетические) смолы могут быть получены как результат химической реакции двух типов: реакции конденсации и реакции полимеризации. Во время реакции конденсации при взаимодействии двух или более веществ образуется новое вещество и при этом еще выделяются побочные продукты (вода, аммиак и другие). Фенольные смолы, например, получаются из фенола и формальдегида: две молекулы фенола связываются между собой как бы мостиком метиленовой группой, содержащейся в формальдегиде, при этом выделяется вода. Потом эти, уже двойные, молекулы связываются между собой. В конце концов получается большая молекула линейного или трехмерного строения. При реакции полимеризации во взаимодействие вступают молекулы одного и того же вещества. Соединяясь между собой, они образуют новое вещество — полимер без выделения побочных продуктов. Как уже отмечалось в главе о каучуке, к реакции полимеризации способны все органические вещества, имеющие в своей молекуле атомы углерода с двойной или тройной связью.

Смола связывает, или, как иногда говорят, цементирует, все составные части пластмассы, придает ей пластичность и другие ценные качества — твердость, водостойкость, механические и электроизоляционные свойства. Помимо смолы во многих типах пластмасс важное место (50-70% массы) занимают так называемые наполнители, которые могут быть как органическими, так и минеральными веществами. Среди органических наполнителей наиболее важным считается целлюлоза (применяемая в виде бумаги, ткани или линтера — хлопковых отчесов; их пропитывают раствором смолы, затем сушат и прессуют). К неорганическим наполнителям относятся слюда, шифер, тальк, асбест, стеклянная ткань и графит. Как правило, наполнители значительно дешевле смолы, а введение их при правильном подборе — почти не ухудшает свойств пластмасс. Иногда введение удачно подобранного наполнителя даже улучшает качество пластмассы. Его можно улучшить также с помощью специальных добавок и пластификаторов. Первые, взятые даже в небольшом количестве, придают пластмассам новые свойства (например, добавка металла делает из диэлектрика проводящую пластмассу). А пластификаторы, образуя со смолой раствор, смягчают ее и сообщают ей дополнительную пластичность.

 

3. Свойства пластмасс.

Для пластмасс характерны следующие  свойства:

• низкая плотность (обычно 1,0 – 1,8 г/см³, в некоторых случаях до 0,02 – 0,04 г/см³);
• высокая коррозионная стойкость. Пластмассы не подвержены электрохимической коррозии, на них не действуют слабые кислоты и щелочи. Есть пластмассы, стойкие к действию концентрированных кислот и щелочей. Большинство пластмасс безвредны в санитарном отношении;
• высокие диэлектрические свойства;
• хорошая окрашиваемость в любые цвета. Некоторые пластмассы могут быть изготовлены прозрачными, не уступающими по своим оптическим свойствам стеклам;
• механические свойства широкого диапазона. В зависимости от природы выбранных полимеров и наполнителей пластмассы могут быть твердыми и прочными или же гибкими и упругими. Ряд пластиков по своей механической прочности превосходит чугун и бронзу. При одной и той же массе пластмассовая конструкция может по прочности соответствовать стальной;
• антифрикционные свойства. Пластмассы могут служить полноценными заменителями антифрикционных сплавов (оловянистых бронз, баббитов и др.). Например, полиамидные подшипники скольжения длительное время могут работать без смазки;
• высокие теплоизоляционные свойства. Все пластмассы, как правило, плохо проводят теплоту, а теплопроводность таких теплоизоляторов, как пено- и поропласты, почти в 10 раз меньше, чем у обычных пластмасс;
• высокие адгезионные свойства;
• хорошие технологические свойства. Изделия из пластмасс изготовляют способами безотходной технологии (без снятия стружки) – литьем, прессованием, формованием с применением невысоких давлений или в вакууме.

Недостатком большинства  пластмасс является их невысокая теплостойкость (до 100 – 120°С). В настоящее время верхний температурный предел для некоторых видов поднялся до 300 – 400^оС. Пластмассы могут работать при умеренно низких температурах (до –70°С), а в отдельных случаях – при криогенных температурах. Недостатками пластмасс также являются их низкая твердость, склонность к старению, ползучесть, нестойкость к большим статическим и динамическим нагрузкам. Однако положительные свойства значительно превосходят их недостатки, что обусловливает высокие темпы роста ежегодного производства пластмасс.

 

 

4. Технология изготовления  пластмасс

Изделия из пластмассы имеют явные преимущества – кроме того, что они очень удобны в применении, они так же гигиеничные, экологичные и достаточно бюджетные.

Современная продукция, которую выпускают специализированные предприятия, отличается высоким качеством пластмассы, благодаря использованию передовых методов управления и, технология производства пластмасс, занимает в них достаточно весомое место. Строгий контроль на всех этапах за выпускаемой продукцией, позволяет позиционировать товар самого высокого качества.

Кроме того, что здесь используют сырье самого высокого качества - задействованы  и наиболее передовые линии, и  высокопроизводительное специальное оборудование. Технологи постоянно ведут подбор состава сырья и руководствуются необходимыми методами изготовления пластмассы.

Современное производство пластмассовых  изделий можно осуществлять при  помощи разных методов, среди которых, предлагается:

• вакуумное формование, при котором изделия производят, используя листовые материалы, задействовав в технологии перепады в давлении воздуха;
• выдув, посредством, которого - разогретую пластмассу, подают в раскрытую форму, которая затем плотно закрывается. После чего - в нее подается воздух (сжатый) для раздува пластика по стенкам формы;
• литье, представляющее высокотехнологичный процесс, в результате которого, сырье, преобразуясь в жидкое состояние, заливается в специальные пресс-формы, где и происходит формирование изделия. Такую технологию выпуска изделий применяют при изготовлении не только популярной пластиковой посуды, а и канцтоваров или других изделий, востребованных в быту;
• экструзия, при которой, размягченный предварительно пластик - продавливают сквозь отверстия инструмента, который формует изделие.

 

О технологии изготовления пластмассовых  изделий литьем реактопластов

Используют так же разработанную  технологию получения пластмасс  из реактопластов изделий, что абсолютно идентично, по свойствам изделиям, которые были изготовлены обычными методами.

Это дает возможность значительно  снижать затраты и сокращать  сроки в выпуске продукции, что  весьма актуально для мелкосерийных  многономенклатурных производств.

Схему этого технологического процесса, можно представить в виде:

• изготовление первой детали – образца, используя механообработку или 3D-прототипирование;
• разработка и выпуск формы (силиконовой);
• литье, с использованием метода реактопласта.

Первая отливка при этом способе, может быть осуществлена - в течение  пяти дней.

 

5. Несущие и ограждающие конструкции из пластмасс.

Высокая прочность некоторых  видов пластмасс при относительно низкой плотности, стойкость против атмосферных воздействий – это  ценное свойство пластмасс как материала  для несущих конструкций. Однако, серьезным препятствием к применению ПМ в несущих конструкциях, является их относительно большая деформативность.

Для предотвращения отрицательного влияния деформативности ПМ применяются в основном два приема:

-повышение жесткости  конструктивных элементов путем  более рационального, чем в  массивных сечениях распределения  материала;

-придание конструкциям  таких форм, при которых исключаются  или сводятся к минимуму напряжения  от изгибающих моментов и нежелательные  деформации.

Первому приему в наибольшей степени отвечают тонкостенные профили (трубчатые, коробчатые, волнистые), второму  – пространственные конструкции  одинарной или двойной кривизны (своды, купола, оболочки), а также  конструкции из объемных блоков (пирамидальных, воронкообразных, саблевидных и  др.).

Наиболее приемлемыми  для несущих конструкций являются пластмассы на основе полиэфирных, эпоксидных и фенольных смол, с наполнением  стекловолокном (полиэфирные стеклопластики применяются чаще остальных, так  как они наиболее дешевые).

В менее ответственных  частях конструкций применяется  жесткий винипласт и оргстекло.