Пластмассы в машиностроении
Работа выполнена студентом 2 курса
Автотранспортного техникума им. С. Живаго города Рязани:
Майоровым Александром
Преподаватель:
2016
В 1862 году в Лондоне на Большой Международной выставке металлург и изобретатель Александр Паркс (англ. Alexander Parkes) из Бирмингема, впервые показал свое творение людям, а назвал его простым словом – паркезин.
И уже в 1866 году Паркс создал фирму Parkesine Company для массового производства этого материала. Но в 1868 году компания разорилась из-за плохого качества продукции, так как Паркс пытался сократить расходы на производство. Преемником паркезина стал ксилонит (другое название того же материала), производимый компанией Даниэля Спилла, бывшего сотрудника Паркса, и целлулоид, производимый Джоном Весли Хайатом. Он же зарегистрировал в 1870 году торговую марку Celluloid. Хотя от яркого света целлулоид менял цвет и становился хрупким, из него делали множество вещей — от бильярдных шаров до фотопленки.
Думаю Вы уже поняли, что информация идет о наше чудесной пластмассе. Именно о ней пойдет моя работа, а точнее по ее использованию в машиностроении, ведь моя профессия тесно связана с этим.
Актуальность проекта: не малое количество времени человек использует данный материал в своих целях, зная о его вреде, ведь у пластмассы есть не только положительные качества.
Цели работы :
Исследовать историю возникновения пластмассы. Разобрать маркировку пластмассы Изучить использование в машиностроении. Сделать выводы о пластмассе и ее надобности.Возникновение пластмассы
Как это не удивительно, но уже в старо древние времена были известны пластические материалы органического происхождения, к примеру асфальты (природные битумы). В Вавилоне, за 700 лет до нашей эры, природный битум применяли как цементирующий и водостойкий материал при строительстве канала под рекой Евфрат. Во времена Римской империи обширно применяли также Асфальт. Римский писатель Плиний, живший в I в. нашей эры, отдал описание наружных признаков неплохого асфальта и назвал области его внедрения в строительстве. Имеются также сведения, что в XV в. в Перу (Южная Америка) этот материал обширно употребляли в дорожном строительстве.
В средние века органические пластические материалы не получили значимого развития. Эти материалы получают распространение со 2-ой половины XIX в. 2-ая половина XIX в. характеризуется применением природных битумов и химически измененных природных полимеров - целлюлозы, каучука и белка.
Важным достижением этого периода было открытие процесса вулканизации природного каучука методом нагревания с серой (США, 1839. г.). Процесс вулканизации отдал возможность получить из текучего и липкого природного каучука эластичную и крепкую резину.
В 1872 г. методом обработки нитроцеллюлозы камфарой был получен целлулоид, который явился первым видом пластической массы на базе производных целлюлозы. В 1897 г. был изобретен галалит - 1-ая пластмасса на базе измененного белка - казеина, получаемого из молока. Она и в настоящее время находит маленькое применение в галантерейном производстве.
Сначала XX в. были искусственно получены (синтезированы) новейшие высокомолекулярные вещества уже не на базе имеющихся природных полимеров (каучука, целлюлозы и белков), а на базе сравнимо обычных по химическому составу веществ. Огромное значение при всем этом имели работы творца теории строения органических веществ - российского химика , а именно синтез изобутилена и следующие исследования процесса его полимеризации.
В настоящее время изобутилен получил обширное распространение как исходное сырье для производства полиизобутилена - полимера, используемого в свою очередь в технологии неких кровельных и герметизирующих материалов.
принадлежат также открытия главных полимерных форм формальдегида, являющегося основой почти всех пластических масс. Огромное значение в химии пластических масс имели работы (в области поливинилацетата), , выяснившего механизм изомерных перевоплощений непредельных соединений, , в первый раз осуществившего реакцию сополимеризации, и , развившего теорию полимеризации этиленовых соединений,, пользующихся сейчас огромным распространением в индустрии пластических масс.
Первыми синтетическими пластиками, нашедшими промышленное применение, были фенопласты. В 1902 г. в полузаводских условиях методом конденсации фенола с формальдегидом был получен 1-ый синтетический полимер - лаккаин. В период 1907-1914 гг. было осуществлено промышленное создание синтетических жестких полимеров на базе фенолоальдегидной конденсации. В этих работах выдающуюся роль сыграл российский химик доктор .
В двадцатых и тридцатых годах XX столетия получили промышленное применение мочевино-формальдегидные, полиэфирные и остальные полимеры. Начиная с тридцатых годов огромное значение заполучили полимеризационные пластики (полистирол, поливинилацетат, поливинилхлорид, полиметилметакрилат и др.).40-е годы характеризуются быстрым развитием технологии полимеризационных пластиков. Возникли новейшие виды поликонденсационных полимеров: полиамидные, полиуретановые, кремнийорганические и др.
Индустрия пластических масс в собственном развитии постоянно опиралась на новые заслуги и открытия российских и иностранных химиков. Без развития органической химии развитие индустрии пластических масс было бы немыслимо. Отечественная индустрия синтетических полимеров, имеющая огромное количество отлично оснащенных компаний, получает небывало обширное развитие в настоящее время.
Маркировка
Для обеспечения утилизации одноразовых предметов в 1988 году Обществом Пластмассовой Промышленности была разработана система маркировки для всех видов пластика и идентификационные коды. Маркировка пластика состоит из 3-х стрелок в форме треугольника, внутри которых находится число, обозначающая тип пластика. Часто при маркировке изделий под треугольником указывается буквенная маркировка (в скобках указана маркировка русскими буквами):
Международные универсальные коды переработки пластмасс | |||
Значок | Англоязычное название | Русское название | Примечание |
| PET или PETE | ПЭТ, ПЭТФ | Обычно используется для производства тары для минеральной воды, безалкогольных напитков и фруктовых соков, упаковки, блистеров, обивки. |
| PEHD или HDPE | ПЭНД | Производство бутылок, фляг, полужёсткой упаковки. Считается безопасными для пищевого использования. |
| PVC | ПВХ | Используется для производства труб, трубок, садовой мебели, напольных покрытий, оконных профилей, жалюзи, изоленты, тары для моющих средств и клеёнки. Материал является потенциально опасным для пищевого использования, поскольку может содержать диоксины, бисфенол А, ртуть, кадмий. |
| LDPE или PELD | ПЭВД | Производство брезентов, мусорных мешков, пакетов, пленки и гибких ёмкостей. Считается безопасным для пищевого использования. |
| PP | ПП | Используется в автомобильной промышленности (оборудование, бамперы), при изготовлении игрушек, а также в пищевой промышленности, в основном при изготовлении упаковок. Распространены полипропиленовые трубы для водопроводов. Считается безопасным для пищевого использования. |
| PS | ПС | Используется при изготовлении плит теплоизоляции зданий, пищевых упаковок, столовых приборов и чашек, коробок CD и прочих упаковок (пищевой плёнки и пеноматериалов), игрушек, посуды, ручек и так далее. Материал является потенциально опасным, особенно в случае горения, поскольку содержит стирол. |
| OTHER или О | Прочие | К этой группе относится любой другой пластик, который не может быть включен в предыдущие группы. В основном это поликарбонат. Поликарбонат может содержать опасный для человекабисфенол А. Используется для изготовления твёрдых прозрачных изделий, как например детские рожки. |
Использование пластмассы в машиностроении
Машиностроение - одна из немногих базовых отраслей народного хозяйства, определяющая развитие всего хозяйства в целом, как было специально подчеркнуто на XXVI съезде КПСС. Развитию и совершенствованию машиностроения наша партия всегда уделяла первостепенное внимание - от пятилетки индустриализации, даже раньше, от плана ГОЭЛРО, до сегодняшних дней. Во всех современных развитых странах объем продукции машиностроения составляет более четверти всего объема промышленной продукции, основные фонды машиностроения и металлообработки - почти четверть всех основных фондов; в этой отрасли занято от трети до половины всех промышленных рабочих. И это естественно, простой перечень подотраслей машиностроения убедительно подтверждает его базовую роль. Вот этот перечень: энергетическое машиностроение; электротехническое; станкостроительная и инструментальная промышленность; приборостроение; тракторное и сельскохозяйственное машиностроение; транспортное; автомобильная и авиационная промышленность; судостроение и др. Другой убедительный факт: в 1970 г. машиностроение СССР выпустило более 30000 наименований изделий.
Ничего удивительного в том, что эта отрасль - главный потребитель чуть ли не всех материалов, производимых в нашей стране, в том числе и полимеров. Использование полимерных материалов в машиностроении растет такими темпами, какие не знают прецедента во всей человеческой истории. К примеру, в 1978 г. машиностроение нашей страны потребило 800000 т пластмасс, а в 1960 г. - всего 116000 т. При этом интересно отметить, что еще десять лет назад в машиностроение направлялось 37-38% всех выпускающихся в нашей стране пластмасс, а к 1980 г. доля машиностроения в использовании пластмасс снизилась до 28%. И дело тут не в том, что могла бы снизиться потребность, а в том, что другие отрасли народного хозяйства стали применять полимерные материалы в сельском хозяйстве, в строительстве, в легкой и пищевой промышленности и др. еще более интенсивно.
При этом уместно отметить, что в последние годы несколько изменилась и функция полимерных материалов в любой отрасли. Полимерам стали доверять все более и более ответственные задачи. Из полимеров стали изготавливать все больше относительно мелких, но конструктивно сложных и ответственных деталей машин и механизмов, и в то же время все чаще полимеры стали применяться в изготовлении крупногабаритных корпусных деталей машин и механизмов, несущих значительные нагрузки. Ниже будет подробнее рассказано о применении полимеров в автомобильной и авиационной промышленности, здесь же упомянем лишь один примечательный факт: несколько лет назад по Москве ходил цельнопластмассовый трамвай. А вот другой факт: четверть всех мелких судов - катеров, шлюпок, лодок и т. п. - теперь строится из пластических масс.
До недавних пор широкому использованию полимерных материалов в машиностроении препятствовали два, казалось бы, общепризнанных недостатка полимеров: их низкая (по сравнению с марочными сталями) прочность и низкая теплостойкость. О преодолении температурного рубежа рассказано в главе "Шаги в будущее". Что же касается прочностных свойств полимерных материалов, то этот рубеж удалось преодолеть переходом к композиционным материалам, главным образом стекло - и углепластикам. Так что теперь выражение "пластмасса прочнее стали" звучит вполне обоснованно. В то же время полимеры сохранили свои позиции при массовом изготовлении огромного числа тех деталей, от которых не требуется особенно высокая прочность: заглушек, штуцеров, колпачков, рукояток, шкал и корпусов измерительных приборов. Еще одна область, специфическая именно для полимеров, где четче всего проявляются их преимущества перед любыми иными материалами, - это область внутренней и внешней отделки, Мы уже упоминали об этом, говоря о строительстве.
То же самое можно сказать и о машиностроении. Почти три четверти внутренней отделки салонов легковых автомобилей, автобусов, самолетов, речных и морских судов и пассажирских вагонов выполняется ныне из декоративных пластиков, синтетических пленок и тканей, искусственной кожи и т. п. Более того, для многих машин и аппаратов только использование антикоррозионной отделки синтетическими материалами обеспечило их надежную, долговременную эксплуатацию. К примеру, многократное использование изделия в экстремальных физико-технических условиях (космосе) обеспечивается, в частности, тем, что вся его внешняя поверхность покрыта синтетическими плитками, к тому же приклеенными синтетическим полиуретановым или полиэпоксидным клеем. А аппараты для химического производства? У них внутри бывают такие агрессивные среды, что никакая марочная сталь не выдержала бы. Единственный выход - сделать внутреннюю облицовку из платины или из пленки фторопласта. Гальванические ванны могут работать только при условии, что они сами и конструкции подвески покрыты синтетическими смолами и пластиками.
Широко применяются полимерные материалы и в такой отрасли народного хозяйства, как приборостроение. Здесь получен самый высокий экономический эффект в среднем в 1,5-2,0 раза выше, чем в других отраслях машиностроения. Объясняется это, в частности, тем, что большая часть полимеров перерабатывается в приборостроении самыми прогрессивными способами, что повышает уровень полезного использования (и безотходность) термопластов, увеличивает коэффициент замены дорогостоящих материалов. Наряду с этим значительно снижаются затраты живого труда. Простейшим и весьма убедительным примером может служить изготовление печатных схем: процесс, не мыслимый без полимерных материалов, а с ними и полностью автоматизированный.
Есть и другие подотрасли, где использование полимерных материалов обеспечивает и экономию материальных и энергетических ресурсов, и рост производительности труда. Почти полную автоматизацию обеспечило применение полимеров в производстве тормозных систем для транспорта. Неспроста практически все функциональные детали тормозных систем для автомобилей и около 45% для железнодорожного подвижного состава делаются из синтетических пресс-материалов. Около 50% деталей вращения и зубчатых колес изготовляется из прочных конструкционных полимеров, В последнем случае можно отметить две различных тенденции. С одной стороны, все чаще появляются сообщения об изготовлении зубчатых колес для тракторов из капрона. Обрывки отслуживших свое рыболовных сетей, старые чулки и путанку капроновых волокон переплавляют и формуют в шестерни. Эти шестерни могут работать почти без износа в контакте со стальными, вдобавок такая система не нуждается в смазке и почти бесшумна. Другая тенденция - полная замена металлических деталей в редукторах на детали из углепластиков. У них тоже отмечается резкое снижение механических потерь, долговременность срока службы.
Еще одна область применения полимерных материалов в машиностроении, достойная отдельного упоминания, - изготовление металлорежущего инструмента. По мере расширения использования прочных сталей и сплавов все более жесткие требования предъявляются к обрабатывающему инструменту. И здесь тоже на выручку инструментальщику и станочнику приходят пластмассы. Но не совсем обычные пластмассы сверхвысокой твердости, такие, которые смеют поспорить даже с алмазом. Король твердости, алмаз, еще не свергнут со своего трона, но дело идет к тому. Некоторые окислы (например, из рода фианитов), нитриды, карбиды, уже сегодня демонстрируют не меньшую твердость, да к тому же и большую термостойкость. Вся беда в том, что они пока еще более дороги, чем природные и синтетические алмазы, да к тому же им свойствен "королевский порок" - они в большинстве своем хрупки. Вот и приходится, чтобы удержать их от растрескивания, каждое зернышко такого абразива окружать полимерной упаковкой чаще всего из фенолформальдегидных смол. Поэтому сегодня три четверти абразивного инструмента выпускается с применением синтетических смол.
Таковы лишь некоторые примеры и основные тенденции внедрения полимерных материалов в подотрасли машиностроения. Самое же первое место по темпам роста применения пластических масс среди других подотраслей занимает сейчас автомобильная промышленность. Десять лет назад в автомашинах использовали от 7 до 12 видов различных пластиков, к концу 70-х годов это число перешагнуло за 30. С точки зрения химической структуры, как и следовало ожидать, первые места по объему занимают стирольные пластики, поливинилхлорид и полиолефины. Пока еще немного уступают им, но активно догоняют полиуретаны, полиэфиры, акрилаты и другие полимеры. Перечень деталей автомобиля, которые в тех или иных моделях в наши дни изготовляют из полимеров, занял бы не одну страницу. Кузова и кабины, инструменты и электроизоляция, отделка салона и бамперы, радиаторы и подлокотники, шланги, сиденья, дверцы, капот и т. д. и т. п. Более того, несколько разных фирм за рубежом уже объявили о начале производства цельнопластмассовых автомобилей. Наиболее характерные тенденции в применении пластмасс для автомобилестроения, в общем, те же, что и в других подотраслях. Во-первых, это экономия материалов: безотходное или малоотходное формование больших блоков и узлов. Во-вторых, благодаря использованию легких и облегченных полимерных материалов снижается общий вес автомобиля, а значит, будет экономиться горючее при его эксплуатации. В-третьих, выполненные как единое целое, блоки пластмассовых деталей существенно упрощают сборку и позволяют экономить живой труд.
Кстати, те же преимущества стимулируют и широкое применение полимерных материалов в авиационной промышленности. Например, замена алюминиевого сплава графитопластиком при изготовлении предкрылка крыла самолета позволяет сократить количество деталей с 47 до 14, крепежа - с 1464 до 8 болтов, снизить вес на 22%, стоимость - на 25%. При этом запас прочности изделия составляет 178%. Лопасти вертолета, лопатки вентиляторов реактивных двигателей рекомендуют изготовлять из поликонденсационных смол, наполненных алюмосиликатными волокнами, что позволяет снизить вес самолета при сохранении прочности и надежности. По английскому патенту № 000 покрытие несущих поверхностей самолетов или лопастей роторов вертолетов слоем полиуретана толщиной всего 0,65 мм в 1,5-2 раза повышает их стойкость к дождевой эрозии. Жесткие требования были поставлены перед конструкторами первого англо-французского сверхзвукового пассажирского самолета "Конкорд". Было рассчитано, что от трения об атмосферу внешняя поверхность самолета будет разогреваться до 120-150° С, ив то же время требовалось, чтобы она не поддавалась эрозии в течение по меньшей мере 20000 ч. Решение проблемы было найдено с помощью поверхностного покрытия защиты самолета тончайшей пленкой фторопласта. Не меньшие трудности испытали конструкторы "Конкорда" и при решении вопросов герметизации топливных и гидравлических систем. И здесь выход из затруднительного положения обеспечили полисилоксановые и фторуглеродные эластомеры, герметики и мастики. Кстати, об эластомерах. По ходу изложения сведений о применении полимерных материалов в машиностроении мы практически не затрагивали этот тип полимеров. А ведь они тоже широко применяются в форме манжет и сальников, прокладок, трубок и шин. Для автомобиля очень существенна маслобензостойкость этих сальников, прокладок и шлангов, что обеспечивается применением бутадиенакрилонитрильного, полихлоропренового и тому подобных каучуков. Но вот недавно, в связи с повышением цен на нефтепродукты, начали появляться сообщения о применении в автомобилях нового горючего - спирта. В связи с этим можно предполагать, что в ближайшем будущем автомобилестроители потребуют от Химиков спиртоустойчивых резин. Такие резины и иные полимерные материалы создать не так уж и трудно, был бы при этом шофер спиртоустойчив. Ну, а теперь перейдем к описанию нескольких колоритных и малоизвестных случаев применения полимерных материалов в машиностроении.
Заключение
Пластмасса – очень нужный и востребованный материал в данный момент на рынке производства, и в наше время представить жизнь без него даже невозможно. Мы все питаемся, переносим еду в контейнерах, носим вещи в пакетах, ставим окна ПВХ… Мы каждый день пользуемся ей – пластмассой, хоть и утилизация ее нуждается в полной доработке, но все же без нее жизнь человека 21 века была бы не такая.
Это неизбежно нужный и важный продукт. И когда человек научиться правильно «уничтожать» его, то Мы перестанем приносить вред Нашей Планете, ведь она у нас одна, и Мы должны ее беречь.
