Неметалеві конструкційні матеріали

Неметалеві конструкційні матеріали знайшли широке застосування в різних галузях народного господарства. Використовуються також для захисту різних металевих конструкцій від корозії. Застосування таких конструкційних матеріалів дозволяє також заощадити кошти, замінюючи ними більш дорогі.

Неметалеві конструкційні матеріали поділяються на органічні (на основі полімерів) і неорганічні (на основі силікатів).

До конструкційних матеріалів органічного походження відносяться матеріали на основі каучуку, полімерні сполуки, графіт і його похідні і т.п. До неорганічних: кераміка, гірські породи, силікатні матеріали.

В неорганічних конструкційних матеріалах стійкість до хімічного впливу сильно залежить від мінералогічного і хімічного складу. Типу структури, пористості. Якщо в складі конструкційний матеріал великий вміст важкорозчинних або нерозчинних кислотних оксидів - він має підвищену стійкість до впливу кислот. До кислотостойким неорганічним сполукам такого роду відносяться алюмосилікати, кремнезем, низькоосновні силікати і т.д. Каолін (гідратований алюмосилікат) підвищеною стійкістю до дії кислот не відрізняється.

Якщо до складу матеріалу входить основний оксид, то він руйнується в мінеральних кислотах, але стійкий в лугах. До таких матеріалів відносяться: будівельні цементи, вапняки, магнезиту.

Силікатні матеріали

Розрізняють штучні і природні силікатні матеріали.

Азбест, граніти, андезити, бештауніти відносяться до кислотостойким природних сполук.

азбест, крім високої стійкості до кислот, є ще й відмінним вогнетривким матеріалом. Це дигідрат силікату магнію (3MgO 2SiO2• 2H2O).

граніти термостійкі до температури 250 ° С. До складу гранітів входить близько 70-75% SiO2, 13-15% Al2O3, оксиди кальцію, магнію і натрію займають близько 8-10%.

Бештауніти відрізняються підвищеною кислотостойкостью, твердістю, термостійкістю (до 800 ° С), тугоплавкостью. SiO2 в бештаунітах міститься близько 60-70%.

Гірські породи досить затребуваний матеріал, але складність їх видобутку трохи пригальмовує широке поширення в народному господарстві. Однак в деяких випадках гірські породи є незамінними.

Азбест, в більшості випадків, використовується як допоміжний матеріал, у вигляді наповнювача, що фільтрує тканини, ниток, застосовується в ізоляції корпусів різних апаратів.

З неметалевих конструкційних матеріалів можуть бути виготовлені пристрої та агрегати, а також окремі деталі до них. Крім того, неметалеві конструкційні матеріали використовуються в якості захисту основного матеріалу вироби (наприклад, футеровка ванни травлення виконана з неметалла, а основа - металева).

Властивості неметалевих конструкційних матеріалів різноманітні: висока стійкість в різних агресивних середовищах, невелика щільність, різна теплопровідність, хороша адгезія до поверхні металу і ін. Більшість з них все ж не витримують високих температур (особливо це відноситься до неметалічних конструкційних матеріалів органічного походження, які руйнуються вже при 150-200 ° С), погано реагують на перепади температури, важко обробляються.

У середовищах з підвищеною агресивністю дуже важливу роль відіграє здатність захисного покриття ізолювати основну конструкцію. Між підкладкою і зовнішнім середовищем не повинно бути прямого контакту. Для забезпечення повної ізоляції використовуються потовщені шари одного матеріалу або ж багатошарові покриття, які включають в себе кілька відносно тонких шарів з різних матеріалів. Досить часто, коли один матеріал наносять занадто товстим шаром, в ньому виникає внутрішня напруга, і захисне покриття досить швидко руйнується.

У нафтопереробної та хімічної промисловості широкого поширення набули саме багатошарові захисні покриття, сформовані з неметалевих конструкційних матеріалів.

Умовно в покритті можна виділити три основні зони, які несуть в собі різні функції:

- нижній шар (грунт), який прилягає безпосередньо до основного матеріалу і забезпечує стабільність зв`язку між підкладкою і покритіем-

- середня частина (основне покриття) визначає механічні та ізоляційні властивості-




- зовнішній шар, поверхневий, який вступає в безпосередній контакт з агресивним середовищем (іноді йому надають спеціальні властивості).

Серед неметалічних конструкційних матеріалів в протикорозійного захисту знайшли широке застосування гуми, пластичні маси (пластмаси), різні силікатні матеріали і багато інших.

Гума

Гума - один з найпоширеніших конструкційних матеріалів. Застосовується в багатьох галузях промисловості, народного господарства, особливо, в автомобілебудуванні. Існує велика кількість різних видів і марок гуми, які використовуються для виготовлення певних виробів, наприклад шин, втулок, шланги, ізоляційні матеріали та ін.

Будь-яка гума виготовляється з каучуку.

каучуки - високомолекулярні сполуки, які мають здатність витримувати великі механічні навантаження, навіть при знижених температурах. Особливістю каучуків можна вважати те, що ці навантаження оборотні.

Каучуки володіють високою еластичністю, тому що їх молекула в нормальному вигляді (не під впливом будь-яких напружень) знаходиться в згорнутому стані. При додатку напруги вона просто випрямляється і приходить в нормальний стан після закінчення дії навантаження.

Існують натуральні і синтетичні каучуки, які використовуються для виробництва гуми та деяких інших матеріалів спеціального призначення.

Гума - матеріал, який здатний витримувати великі оборотні навантаження (до 1000%). Властивості гуми, в більшій мірі, визначаються властивостями вихідного матеріалу (каучуку), зміст якого від 10 до 98%. Крім каучуків до складу гуми входять пластифікатори (для додання м`якості), наповнювачі, барвники, вулканизирующие речовини, противостарители і ін.

Пластифікатори вводяться в гуму для рівномірного розподілу компонентів суміші і полегшення формування. В як пластифікатори застосовують мазут, різні кам`яновугільні і нафтові смоли, парафін та ін.

Наповнювачами служать тканини, сажа, оксиди титану, «біла сажа». Вони значно знижують собівартість готової продукції і покращують або надають якісь нові властивості готової продукції.

Барвники вводяться не в усі гуми для додання їм кольору, красивого зовнішнього вигляду.

Вулканізуючі речовини додають в суміш для перетворення структури каучуку (лінійної в сітчасту). Вулканізуючими речовинами служать органічні перекису, оксиди металів, сірка.

Для прискорення процесу вулканізації вводять прискорювачі (Дитіокарбонати, полісульфіди і ін.)

Також до складу гуми входять противостарители і, при необхідності, армуючі матеріали.

Протівостарітелі перешкоджають старінню виробів з гуми за рахунок реакції з киснем (швидше, чум у каучуку). Як противостарителей використовуються віск, феноли та ін.

Для надання виробам з гуми більшої пружності, збереження їх властивостей під навантаженням їх додатково армують. При формуванні вироби до складу гумової суміші вводиться тканину, сталевий дріт, корд і ін.

Гуми підрозділяють за призначенням на теплостійкі, морозостійкі, маслостойкие, загального призначення, діелектричні, газонаповнені, стійкі до впливу хімічних речовин, радіації.

Кераміка (захисні керамічні матеріали)

Керамічні матеріали одержують випалюванням силікатних матеріалів (до спікання), а також речовин, які застосовуються для зниження температури шихти. Кераміка - це матеріал, основною складовою якої є глина на основі Al2O3 (Більше, ніж 20%).

До таких керамічних матеріалів відносяться сама кераміка, фарфор, кислототривка емаль, кам`яно-керамічні вироби та багато іншого.

Фарфор - це тонкокрісталліческіх матеріал, який отримують випалюванням при температурах близько 1300 - 1450 ° С. Фарфор досить міцний, не пропускає воду, гази. Фарфор стійок в кислотах (навіть в плавиковою). Відрізняється високою термостійкістю, зносостійкість, твердістю. Чи не боїться різких і великих перепадів температур (зберігає свої властивості при перепаді температури від 20 до 1000 ° С). Пор в матеріалі вкрай мало і вони непомітні неозброєним оком.

Фарфор не взаємодіє з різними реагентами і тому знайшов широке застосування в тих областях, де потрібна особлива чистота використовуваних матеріалів (фармацевтика, харчова промисловість та ін.)



Застосовують фарфор також і в хімічній промисловості, навіть у металургії для виготовлення тиглів, різних ємностей, фільтрів, вакуум-апаратів і т.д.

Фарфор є відмінним футерувального матеріалом для травильних ванн, металевих апаратів. У кульових млинах порцеляною покрита поверхня куль.

У металургії широко використовується вогнетривка кераміка (Вогнетрив), якою покриті плавильні і інші печі, агрегати (використовується також для будівництва). До такого матеріалу пред`являються певні вимоги: вогнетривка кераміка повинна витримувати дуже високу температуру, не втрачаючи своїх первинних властивостей, тобто не наражатися на викривлення (деформації), руйнування, особливо при різких перепадах температури.

Вогнетривка кераміка (у виробництві називають просто вогнетривкою цеглою) буває декількох видів: шамотна, кисла (ДИНАСОВИЙ), напівкислі, Талькова та ін. Ці види вогнетривів відрізняються за складом і кожен вид використовується тільки в певному середовищі.

Керамічні матеріали знайшли широке застосування при захисті металів від корозії. Наприклад, пориста кераміка використовується для виготовлення електролізерів (а саме, діафрагми), для спеціальних пластин-фільтрів для кисневих установок і багато чого іншого.

З пористої кераміки роблять поролітовие плитки. Для очищення газів (на кінцевих стадіях) використовуються фільтри також з пористої кераміки.

Пластичні маси (пластмаси)

пластмаси - це високополімерні матеріали або композиції з них, які за певних умов (зміна температури і тиску) можуть переходити в пластичний стан або ж міняти свою форму.

У протикорозійного захисту пластичні маси знайшли широке застосування, тому що поєднують в собі ряд корисних і дуже цінних властивостей. Цей вид матеріалів не береться атмосферної корозії, має невисоку щільність (що відбивається сильно на їх вазі), не руйнуються під впливом багатьох розчинів солей, лугів і кислот. Пластичні маси є хорошими діелектриками, мають теплоізоляційними властивостями, а також можуть бути еластичними або пружними, радіо- і оптіческіпрозрачнимі.

З пластичних мас легко формувати вироби. Матеріал добре піддається механічній обробці. По міцності деякі види пластмас можуть перевершувати сплави кольорових металів і вуглецеві сталі. Всі пластичні маси виявляють високу стійкість в багатьох корозійних середовищах, але в той же час мають і свої недоліки. Вони схильні до старіння, швидко плавляться при підвищенні температури, відносно легко ламаються (мають невисоку твердість), погано проводячи тепло.

Широке поширення отримали складні (композиційні) пластмаси і прості (ненаповнені). До складу складних пластичних мас входить смола і інші речовини, які виконують функції наповнювачів, сполучного, затверджувачів, пластифікаторів, барвників та ін. При виготовленні простих пластмас використовується тільки одна речовина, від характеристик якого і залежать властивості пластичної маси.

Наповнювачі пластичних мас

Наповнювачі в пластмаси вводяться для поліпшення їх зовнішнього вигляду, надання діелектричних і механічних властивостей, здешевлення і зниження горючості. Наповнювачі можуть мати вигляд листових, порошкових або волокнистих матеріалів. Як листових наповнювачів пластмас можуть використовуватися деревне шпон, тканини, папір і багато іншого. Серед порошкових наповнювачів можна відзначити графіт, кварцову і деревне борошно та ін. Синтетичні, натуральні і азбестові волокна використовуються в якості волокнистих наповнюють пластмаси речовин.

барвники

Використовуються для додання пластмасі бажаного забарвлення (якщо є підвищені вимоги до декоративних властивостях). Барвник повинен легко змішуватися з пластичної масою і не вигоряти в процесі експлуатації. Крім того, поєднуватися з полімером, витримувати вплив температури.

пластифікатори

В пластмаси вводяться для додання необхідної еластичності і пластичності. Пластифікаторами можуть служити: аліфатичні і ароматичні карбонові кислоти, ефіри, поліефіри, ефіри фосфорної і деяких інших кислот, ін. Крім того, деякі пластифікатори можуть покращувати і інші властивості пластмас, наприклад, світлостійкість, негорючість і стійкість до впливу підвищеної температури.

інші добавки

Крім основних, зазначених вище, до складу пластичних мас можуть вводитися багато інших речовин, в тій чи іншій мірі, що впливають на властивості високополімерних матеріалів. До таких речовин можна віднести отвердители, які здатні перетворювати лінійну структуру полімерів в сітчасту. До складу багатьох складних пластичних мас вводяться мастила (полегшують формування), стабілізатори (для запобігти псуванню), фунгіциди (для того, щоб пластмаса не піддавалася впливу цвілі і грибків), порообразователи (для отримання поропластов і пінопластів).

До простих пластичним масам відносяться: поліпропілен, полівінілхлорид, поліетилен, полістирол, фторопласти і ін.

До складних пластичних мас відносяться: текстоліт, фенопласти, фаоліт, склотекстоліт, гетинакс, склопластики, скловолокна та ін.




Увага, тільки СЬОГОДНІ!

Увага, тільки СЬОГОДНІ!