Графитовые материалы. асбестовые материалы. слюдяные материалы. керамические материалы.

Неорганические полимерные материалы

Основой неорганических полимерных материалов являются, главным образом, оксиды и бескислородные соединения металлов.

Эти материалы характеризуются негорючестью, высокой стой­костью к нагреву, химической стойкостью. Они не подвержены ста­рению, обладают большой твердостью и хорошей сопротивляемо­стью сжимающим нагрузкам. Наряду с этим неорганические поли­мерные материалы обладают повышенной хрупкостью, плохо переносят резкую смену температур, слабо сопротивляются растяги­вающим и изгибающим усилиям, имеют большую плотность по срав­нению с органическими полимерными материалами.

1. Графитовые материалы

Графит :— неорганический полимерный материал, кристалли­ческая решетка которого образована параллельными слоями гекса­гональных сеток. Между атомами углерода внутри этих сеток дейст­вует ковалентная связь, а между слоями — Ван-дер-ваальсовое взаи­модействие. Графит имеет слоистую структуру.

Графиты по происхождению разделяют на природные и искусст­венные. Источником природных графитов являются минералы.

Природный графит — минерал, наиболее распространенная и устойчивая в земной коре гексагональная полиморфная модификация углерода метаморфического, магматического происхождения. Он представляет собой темно-серые до черных чешуйчатые агрегаты, конкреции, сплошные массы. Структура слоистая. Твердость по Мо-осу 1...2, плотность около 2200 кг/ м3. Огнеупорен, электропроводен, химически стоек. Качество природных графитов невысокое; он со­держит много примесей, порист, свойства почти изотропны. Поэтому его применяют лишь как антифрикционный материал и в электротех-

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

нике. Используется также природный графит в металлургии (плавиль­ные тигли, литейные формы, противопригарные краски), в химическом машиностроении (футеровочный материал, трубы и др.), при изготовле­нии электродов, щелочных аккумуляторов, карандашей и др.

Характерные свойства природного графита:

теоретическая плотность — 2265 кг/ м3;

температура сублимации — 3700 °С. Графит сублимирует, ми­нуя стадию плавления, с затратой значительной тепловой энергии на этот процесс (жидкое состояние углерода может быть достигнуто лишь при 4000 °С и давлении выше 10 МПа;

анизотропия — 3:1:1;

высокая теплопроводность;,коэффициент линейного расширения низкий и с повышением температуры растет незначительно; высокая жаропрочность и устойчивость к тепловым ударам; твердость по шкале Мооса: по оси симметрии 6—1; перпендикулярно оси симметрии 6—5,5; легко обрабатывается; хрупкий; хорошие антифрикционные свойства (/= 0,28); высокая электропроводность; степень черноты — 0,7...0,9; склонность к окислению, начиная с температур 400...800 °С, с выделением газообразных продуктов.

Графит, предназначенный для изготовления активных масс щелочных аккумуляторов и масс для графитизированных антифрик­ционных изделий из цветных металлов, выпускается следующих ма­рок:

ГАК-1 —для аккумуляторных изделий специального назначения;

ГАК-2, ГАК-3 — для изготовления активных масс щелочных аккумуляторов и масс графитизированных антифрикционных изде­лий из цветных металлов.

Для по­лучения технических графитов используется твердое сырье, например, нефтяной кокс с каменноугольным пеком в качестве связующего. Пирографиты получают из газообразного сырья (например, метана и ДР-)

Искусственные графиты обладают совершенным кристалличе­ским строением, высокой анизотропией свойств (коэффициенты теп­лопроводности пирографита вдоль и поперек слоев соответственно 372 Вт/(м-К) и 1,16...3,5 Вт/(м-К)) и являются высокотемпературным конструкционным материалом. Для искусственных графитов характерно увеличение прочно­сти и модуля упругости при нагреве. До температуры 2200...2400 °С прочность технического графита повышается на 40...60 % и лишь при дальнейшем нагреве начинает снижаться. При температуре выше 1700 °С появляется ползучесть. Удельная прочность искусственного графита при нагреве сохраняется высокой (Таблица Свойства искусственных графитов

Вид

Плотность,

Порис-

Предел прочности

Модуль

Коэффици-

Коэффици-

графита

кг/м3

тость, %

упругости,

ент тепло-

ент линей-

ГПа

проводно-

ного рас-

сти,

ширения

Вт/(м-К)

а-Ю-4, с1

при растяжении

при сжатии

при изгибе

ПРОГ

1640

24

10.2

50,3

17

8.75

1.9-5

5

47

6Д

6Д

Я56

-

ПГ-50

1020

52

3J5

11.6

1Л

Ы

__

5,2

11,6

8

-

Пиро-

1920

1,5

—

460-485

—

При

1.16-3.5

23.500

графит

2200

114-133

105-150

105

сжатии

372

0,0225

112

•

70

Примечание. В числителе приведены свойства графита в перпендикулярном направлении, в знаменателе

— в продольном направлении.

Среди способов воздействия на свойства графитов можно вы­делить три основные группы:

легирование (Nb, Та, Si) с целью создания мелкозернистой структуры с высокой твердостью и прочностью материала;

химико-термическая обработка — силицирование;

покрытие керамикой.

Графит применяют в эксплуатируемых при высоких темпера­турах конструкциях летательных аппаратов и двигателей, в энергети­ческих ядерных реакторах в качестве антифрикционного материала и в виде углеграфитовых изделий. Графит может применяться и как проводник тепла, и как теплоизолятор.

2. Асбестовые материалы и изделия

Асбестовые материалы

Для получения асбестовых материалов используют, главным образом, хризотил-асбест, в меньшей степени, амфиболовые асбесты. Асбестовые материалы выпускают в виде порошков, а также листов и рулонов из асбестового волокна; иногда вводят наполнитель и небольшое количество склеивающих веществ (крахмала, казеина и др.), получая асбестовую бумагу, картон, шнур. Волокна асбеста, вводимые в битумно-резиновое вяжущее вещество, могут играть роль дисперсной арматуры.

Асбестодишпомитовый порошок — смесь асбеста (15%) и молотого диатомита или трепела (85%), иногда с добавками других веществ (отходов асбестоцементных заводов, слюды). Плотность теплоизоляции 450...700 кг/ м3 при теплопроводности 0,093...0,21 Вт/ (м ■ К).

Совелитовый порошок — смесь легкого основного карбоната магния и карбоната кальция с асбестом, применяемая при температурах до 500 °С. Готовая совелитовая теплоизоляция имеет плотность 450 кг/ м3 и тепло­проводность не более 0,098 Вт/ (м-К).

Асбестомагнезиалъный порошок (нъювель) приготовляют в виде смеси легкого основного карбоната магния с асбестом и применяют для тепло­изоляции при температуре до 350 °С. Выпускают в виде порошка для теп­лоизоляционной засыпки, приготовления мастики, а также изготовления плит, скорлуп, сегментов.

Асбестовый картон получают из асбеста (65 %), каолина (30 %) и крахмала (5 %) на листопрокатных агрегатах в виде листов длиной и ши­риной 900...1000 мм и толщиной 2...10 мм. Плотность 1000...1400 кг/ м3, те­плопроводность в сухом состоянии 0,157 Вт/ (м-К), предел прочности при растяжении не менее 0,6 МПа, влажность не более 3 % по массе. Использу­ют как огнестойкий теплоизоляционный материал.

Асбоволокниты получают пропиткой асбеста фенолформальдегидной смолой. Они обладают высокими ударопрочностью, тепло - (свыше 200 °С) и химической стойкостью, фрикционными свойствами и применяются для изготовления элементов тормозов (накладки, колодки, диски подъемно-транспортных устройств, автомобилей и др.), кислотоупорных конструк­ций (аппараты, ванны, трубы и др.).

Асботекстолит — материал, получаемый пропиткой асбестовой тка­ни полимерным связующим веществом (до 38...43 %). Наиболее высокой теплостойкостью (до 300 °С) обладает материал на кремнийорганическом связующем веществе, а механическая прочность выше у фенольных асбо-текстолитов. По назначению асботекстолит является конструкционным, фрикционным (f= 0,3...0,38 — без смазки и/= 0,05...0,07 — со смазыванием маслом) и термоизоляционным материалом. Из асботекстолита делают ло­патки ротационных бензонасосов, фрикционные диски, тормозные колод­ки и др.

Бризол изготавливают, прокатывая массу, полученную смешиванием нефтяного битума, дробленой резины (от изношенных автопокрышек), ас­бестового волокна и пластификатора. Бризол стоек к серной кислоте при концентрации до 40 % и к соляной кислоте при концентрации до 20 % и температуре до 60 °С. Его применяют для защиты от коррозии подземных металлических конструкций и трубопроводов, приклеивая к поверхности битумной мастикой.

Изол — безосновный рулонный гидроизоляционный и кровельный мате­риал, изготовляемый прокаткой резиново-битумной композиции, полученной термомеханической обработкой девулканизированной резины, нефтяного би­тума, минерального наполнителя (волокон асбеста), антисептика и пластифи­катора. Изол отличается повышенной эластичностью, биостоек, незначитель­но поглощает влагу, долговечнее рубероида более чем в 2 раза. Изол применя­ют для гидроизоляции гидротехнических сооружений, бассейнов, резервуаров, подвалов, антикоррозионной защиты трубопроводов, для покрытия двух - и трехслойных пологих и плоских кровель. Приклеивают изол холодной или го­рячей мастикой с тем же названием.

Гидроизол — гидроизоляционный рулонный беспокровный асбестовый картон, пропитанный нефтяным битумом. Гидроизол по водонепроницае­мости, водопоглощению и величине разрывного груза при растяжении по­лоски шириной 50 мм выпускают двух марок: ГИ-Г и ГИ-К. Он предназна­чен для устройства гидроизоляционного слоя в подземных и гидротехниче­ских сооружениях, а также для защитного противокоррозионного покрытия.

Низкие сорта волокон, пыль, а также тонкоизмельченный ас­бест применяют в малярных работах для приготовления выравни­вающих составов, огнестойких красок, а также в качестве наполните­ля в масляных, цементных, эмульсионных, силикатных и других крас­ках. В шпатлевках асбест служит армирующим материалом.

Асбоцементные изделия

Асбестоцемент — композиционный искусственный камневидный материал, получаемый в результате твердения смеси, состоящей из цемента, воды и асбеста, который в асбестоцементе армирует це­ментный камень, обеспечивая высокую прочность изделий при рас­тяжении и изгибе. При производстве цветных асбоцементных изделий в асбоцементную смесь добавляют красители.

Для асбестоцементных изделий марок 400 и 500 в качестве вя--:гщего вещества используют специальный портландцемент. Приме­няют также песчанистый портландцемент с добавлением молотого песка, а также белый портландцемент.

Для производства асбоцементных изделий применяют 3, 4, 5 и 6-й сорта асбеста с длиной волокон от 10 мм и менее до нескольких сотых, содержание которых составляет 50...24 % по массе. Остальные 50...76 % приходятся на долю пылевидных и других неволокнистых частиц. В некоторых случаях 10% асбеста заменяют базальтовой минеральной или шлаковой ватой.

В асбестоцементную суспензию вводят, как правило, добавки (пластификаторы, гидрофобизаторы, пигменты и др.), улучшающие ее технологические свойства и повышающие качество изделий.

Механические свойства асбестоцемента зависят от содержания асбестового волокна и его качества (длины и диаметра волокон), ак­тивности цемента, плотности асбестобетона, условий твердения и др. Асбестоцемент при плотности 1600кг/м3 имеет пределы проч­ности выше пределов прочности цементного камня:

при растяжении в З...5раз — 8,8... 11,2 МПа; при изгибе в 2...3 раза — 17,2...24,5 МПа.

Асбестоцемент отличает высокая предельная растяжимость — (8, превышающая растяжимость цементного камня в 6раз.

Теплопроводность асбестоцемента плотностью 1900 кг/м3 при естественной влажности составляет 0,35 Вт/(м-К). Предельная темпе­ратура применения асбестоцементных изделий на портландцементе 250 °С, значительное снижение прочности наступает после нагрева до 400...500 °С. Однако при использовании вяжущего вещества с кремне­земистыми добавками можно получить изделия, выдерживающие температуру 1000 °С.

Асбестоцемент имеет малую электропроводность, стойкость против выщелачивания минерализованными водами, высокую огне­стойкость, водонепроницаемость, коррозионную стойкость и моро­зостойкость. Морозостойкость и долговечность асбестоцемента за­висят от его плотности. Так, при плотности 1650 кг/м3 морозостойкость— 50 циклов, а при 1800 кг/м3— 100 циклов.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9