Лекция 5 неметаллические материалы

Свойства: 1. Низкая плотность- в 5-8 раз меньше стали и меди, в 2 раза меньше алюминия; 2. Низкая теплопроводность, хорошие изоляционные свойства; 3. Высокая удельная прочность ( иногда выше металлов ); 4. Эластичность при криогенных температурах; 5. Большая адгезия к металлам; 6. Хорошие антифрикционные свойства при переменной температуре; 7. Немагнитность. Применение полимерных материалов позволяет: · Существенно уменьшить теплоприток через тепловые мосты и теплоизоляцию · Повысить герметичность арматуры · Повысить долговечность узлов трения · Изготовлять немагнитные криостаты. Определенная структура полимерных материалов на молекулярном уровне обеспечивает гибкость длинноцепных молекул при криотемпературах. Такое строение полимера обеспечивает его не хрупкое разрушение благодаря способности к высокоэластичным и вынужденно эластичным деформациям. Механические свойства пластмасс с наполнителями в значительной степени зависят от свойств, количества и ориентации волокон наполнителя. Полимеры условно делятся по прочности на 3 группы: 1. Низкая прочность - sр< 60 МПа ( полиэтилен, полистирол ) 2. Средняя прочность - sр=60-100 МПа ( капрон, текстолит, гетинакс, полиамид) 3. Высокая прочность -sр > 100 МПа (стеклопластики, стеклотекстолит) Влияние температуры на предел прочности и ударную вязкость

Материал	Температура испытаний, К	sр, МПа(растяжение)	sс, МПа( сжатие)	Удар.вязкость, кДж/м^2
Текстолит ПТ	293 77	85 106	167 310*	28,4 14,7*
Стекловолокнит АГ-4С (однонаправленный)	293 77	535 910	380 715	174 326
При Т=90К

Механические свойства пластмасс

Пластик	Т,К	Временное сопротивлениеразрыву, МПа	Модуль упругость, МПа
Фторопласт-4 (политетрафторэтилен)	295 77 4	1,4 105 19*	420 5180 -
Полиэтилен	300 77	9,1 17,5	140 -
Нейлон	293 77	66 195	3000 7700
Майлар(полиэтиленфталат)	300 77	147 217	7100 130

* - предел текучести при сжатии

Полимер	Относительная деформация		Напряжение s, МПа
	До предела пропорциональности, eпр	Разрывная деформация eразр	Предел пропор-циональности sпр	Прочность sразр
Полистирол	0,5	0,5	27,5	27,5
Полиметилметакрилат (оргстекло)	1	1	76	76
Фторопласт-4	1,5	1,7	91	100
Дифлон	2,4	2,6	107	155
Полиимид	2,7	6,6	175	345

Механические свойства полимеров при Т=4,2 К Раньше основным материалом для криогенных температур был фторопласт-4 ( политетрафторэтилен). Последние 10-20 лет разработаны новые материалы: · поликарбонаты · полиимиды · полисульфоны · полиарилаты У них по сравнению с фторопластом-4 в 2-4 раза выше остаточная деформация, в 2-15 раз больше работа разрушения при Т=4К. Применение 1. Материалы уплотнений а). поликарбонат дифлона б). полиамиды в). фторопласты На подложку из стали 12Х18Н10Т наносится полимерное покрытие толщиной 100-120 мкм. Клапаны с уплотнением из поликарбоната выдерживают до 10 тыс. срабатывания клапана без утечек. 2. Опоры , стержни-фиксаторы криогенных резервуаров, горловины сосудов. Стеклопластики (АГ-4С; 27-63) - композиционные материалы, состоящие из армирующего стекловолокна, которое скреплено в монолитную конструкцию связывающим полимерным клеем. Наибольшим значением адгезии к стекловолокну обладают эпоксидные смолы. При криогенных температурах прочность стеклопластиков возрастает в 2-3 раза с одновременным возрастанием ударной вязкости на 30-40%. Стеклопластики как теплоизоляционный материал обладают наивысшими показателями эффективности

где s- эксплутационное напряжение; l-коэффициент теплопроводности. По отношению к нержавеющей стали

3. Узлы трения при низких температурах. Металлические узлы трения, которые эксплуатируются при криогенных температурах без смазки склонны к схвачиванию ( свариванию ) и поэтому становятся неработоспособными. Особенно этот недостаток проявляется в вакууме ( р=10-7 Па). Полимеры свободны от этого недостатка. Антифрикционные материалы на основе фторопласта-4, полиимиды применяются на направляющих втулках, арматуре.