Дисперсные материалы и их использование в технологиях

      Дисперсные  системы могут быть свободнодисперсными (рис. 1 а-в) в зависимости от отсутствия или наличия взаимодействия между частицами дисперсной фазы. К свободнодисперсным системам относятся аэрозоли, линозоли, разбавленные суспензии и эмульсии. Они текучи. В этих системах частицы дисперсной фазы не имеют контактов, участвуют в беспорядочном тепловом движении, свободно перемещаются под действием силы тяжести. Связнодисперсные системы – твердообразны; они возникают при контакте частиц дисперсной фазы, приводящем к образованию структуры в виде каркаса или сетки. Такая структура ограничивает текучесть дисперсной системы и придает ей способность сохранять форму.  Подобные структурированные коллоидные системы называют гелями.

      Переход золя в гель, происходящий в результате понижения устойчивости зля, называют гелеобразованием (или же латиированием). Сильно вытянутая и пленочно-листочковая  форма дисперсных частиц повышает вероятность  контактов между ними и благоприятствует образованию гелей при малой  концентрации дисперсной фазы. Порошки, концентрированные эмульсии и суспензии (пасты), пены – примеры связнодисперсных систем. Почва, образовавшаяся в результате контакта и уплотнения дисперсных частиц почвенных минералов и гумусовых (органических веществ), также представляет собой связнодисперсную систему. Сплошную массу вещества могут пронизывать  поры и капилляры, образующие капилляродисперсные  системы. К ним относятся, например, древесина,  разнообразные мембраны и диафрагмы, кожа, бумага, картон, ткани. 
 
 
 
 
 
 
 

      2  ВИДЫ И СВОЙСТВА НЕКОТОРЫХ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

     2.1 КАРБОН 

Карбон (углепластик) — полимерный композиционный материал из переплетенных нитей углеродного волокна, расположенных в матрице из полимерных (например, эпоксидных) смол. Плотность — от 1450 кг/куб.м.

Материалы отличаются высокой прочностью, жёсткостью и  малым весом, часто прочнее стали, но гораздо легче (по удельным характеристикам превосходит высокопрочную сталь, например 25ХГСА).

Вследствие дороговизны (при экономии средств и отсутствии необходимости получения максимальных характеристик) этот материал обычно применяют  в качестве усиливающих дополнений в основном материале конструкции.

Для придания еще  большей прочности данные ткани  из нитей углерода кладут слоями, каждый раз меняя угол направления плетения. Слои скрепляются с помощью эпоксидных смол.

Области применения:

·  ракетно-космическая техника

·  авиатехника (самолётостроение, вертолётостроение)

·  судостроение (корабли, спортивное судостроение)

·  автомобилестроение (спортивные автомобили, мотоциклы, тюнинг и отделка)

·  наука и исследования

·  усиление железобетонных конструкций

Дороговизна карбона  вызвана, прежде всего, более сложной  технологией производства и большей  стоимостью производных материалов. Например, для проклейки слоев  используются более дорогие и  качественные смолы, чем при работе со стеклотканью, а для производства деталей требуется более дорогое  оборудования (к примеру, такое как автоклав).

Недостатком карбона  является боязнь «точечных» ударов. В отличие от металлических деталей или деталей из стеклоткани, восстановить первоначальный вид карбоновых деталей невозможно. Поэтому, после даже незначительного повреждения всю деталь придется менять целиком. Кроме того, детали из карбона подвержены выцветанию под воздействием солнечных лучей.

Наконец, когда  приходит время для замены детали, существует целый ряд относительно простых шагов, которые могут  быть предприняты для утилизации пластмассы, стали и алюминия. Углепластик  же не так легок и дешев в  переработке и поэтому его  вторичное использование под  большим вопросом.  
 
 
 
 
 
 
 

     2.2 ПЕНОПЛАСТ

   Пенопласт (пенополистирол) — это тепло- и звукоизоляционный материал белого цвета, на 98% состоящий из воздуха, заключенного в миллиарды микроскопических тонкостенных клеток из вспененного полистирола.

    Пенопласт  обладает отличными теплоизолирующими  свойствами, которые не изменяются  при повышении или снижении  температуры окружающей среды,  влажности воздуха;

      При комнатной температуре пенопласт  является нетоксичным, биологически безопасным для человека и животных материалом, который кроме своего основного  применения в строительстве, часто  используется в качестве упаковки продуктов  питания;

       Продукты сгорания пенопласта  токсичны, для смертельного отравления  достаточно двух вдохов. К тому  же, в настоящее время в качестве  сырья для пенопласта применяется  самозатухающий пенополистирол, в  результате чего пенопласт не  поддерживает горения, а тлеет,  выделяя вместе с основными  токсичными веществами ещё и  крайне ядовитый бромводород.  Линейная скорость распространения  огня по поверхности пенополистирола  1 см/сек, в 1,5 – 2 раза превышающая  скорость распространения огня  по сухой древесине, объясняет  чрезвычайно высокую скорость  распространения огня в зданиях,  утепленных пенополистиролом.

       Пенопласт — это чрезвычайно  легкий материал, 98% его объема  составляет воздух, благодаря чему  довольно удобен и прост при  монтаже, укладке и креплении;

       Пенопласт не подвержен воздействию  микроорганизмами и не создает  благоприятной среды для развития  водорослей и грибов;

     Легкость  обработки при помощи любых подсобных  инструментов, в том числе пилы, ножа и т.п., возможность склеивания с различными строительными материалами.

По показателям  физико-механических свойств плиты  пенопласта должны соответствовать  нормам, изложенным в ГОСТ 15588-86.

Области применения:

• теплоизолятор в бытовых приборах, таких как  холодильники
• упаковка для различных товаров, в том числе для пищевых
• декоративные элементы внутренней отделки, такие как плинтусы и потолочная
• плитка.теплоизолятор в строительстве, в т.ч. для наружного утепления

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2.3 ПОЛИПРОПИЛЕН

   Полипропилен  получают полимеризацией пропилена в присутствии металлокомплексных катализаторов

   Параметры, необходимые для получения полипропилена  близки к тем, при которых получают полиэтилен низкого давления. При этом, в зависимости от конкретного катализатора, может получаться любой тип полимера или их смеси.

   Полипропилен  выпускается в виде порошка белого цвета или гранул с насыпной плотностью 0,4—0,5 г/см³. Полипропилен выпускается  стабилизированным, окрашенным и неокрашенным.

   В отличие  от полиэтилена, полипропилен менее  плотный (плотность 0,90 г/см³, что является наименьшим значением вообще для всех пластмасс), более твёрдый (стоек к истиранию), более термостойкий (начинает размягчаться при 140°C, температура плавления 175°C), почти не подвергается коррозионному растрескиванию. Обладает высокой чувствительностью к свету и кислороду (чувствительность понижается при введении стабилизаторов).

   Поведение полипропилена при растяжении ещё  в большей степени, чем полиэтилена, зависит от скорости приложения нагрузки и от температуры. Чем ниже скорость растяжения полипропилена, тем выше значение показателей механических свойств. При высоких скоростях  растяжения разрушающее напряжение при растяжении полипропилена значительно  ниже его предела текучести при  растяжении.

Полипропилен  химически стойкий материал. Заметное воздействие на него оказывают только сильные окислители — хлорсульфоновая кислота, дымящая азотная кислота, галогены, олеум. Концентрированная 58%-ная серная кислота и 30%-ная перекись водорода при комнатной температуре действуют незначительно. Продолжительный контакт с этими реагентами при 60ºC и выше приводит к деструкции полипропилена.

В органических растворителях полипропилен при  комнатной температуре незначительно  набухает. Выше 100ºC он растворяется в  ароматических углеводородах, таких, как бензол, толуол.

   Полипропилен  — водостойкий материал. Даже после  длительного контакта с водой  в течение 6 месяцев (при комнатной  температуре) водопоглощение полипропилена  составляет менее 0,5%, а при 60ºС —  менее 2%.

   Полипропилен  имеет более высокую температуру  плавления, чем полиэтилен, и соответственно более высокую температуру разложения. Чистый изотактический полипропилен плавится при 176ºC. Максимальная температура  эксплуатации полипропилена 120—140ºС. Все  изделия из полипропилена выдерживают  кипячение, и могут подвергаться стерилизации паром без какого-либо изменения их формы или механических свойств.

   Полипропилен  используется для производства плёнок (особенно упаковочных), тары, труб, деталей технической аппаратуры, нетканых материалов и др.; электроизоляционный материал, в строительстве для вибро- шумоизоляции межэтажных перекрытий. При сополимеризации пропилена с этиленом получают некристаллизующиеся сополимеры, которые проявляют свойства каучука, отличающиеся повышенной химической стойкостью и сопротивлением старению. 
 
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

      В  процессе выполнения данной работы были получены сведения по основным химическим характеристикам дисперсных систем, их классификацию по дисперсности (число частиц, которые можно плотно уложить в ряд (или стопку пленок) на протяжении одного сантиметра), агрегатному состоянию дисперсной фазы (жидкая, твёрдая, газообразная) и дисперсионной среды (пены – дисперсия газа в жидкости, эмульсии - дисперсные системы, в которых одна жидкость раздроблена в другой, не растворяющей ее жидкости, суспензии - низкодисперсные системы твердых частиц в жидкостях, коллоидные растворы  -  предельно-высокодисперсные системы), интенсивности взаимодействия между ними, отсутствию или образованию структур в дисперсных системах.

      К наиболее известным примерам дисперсных материалов (в частности – к рассматриваемым в работе композитным материалам, порошкам и пенам) относятся карбон, пенопласт и полипропилен. Их физические свойства различаются в зависимости от области применения. 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы. 

1 Глинка  Н.Л. Общая химия. / Под ред. В.А.  Рабиновича. - Л.: Химия 1985 г. –  704 с.

2 Волоцкий  С.С. Курс коллоидной химии.  М.: «Химия», 1975 г. – 479 с.

3 Коровин  Н.В. Общая химия. М.: «Высшая школа» 1998 г. – 559 с.

4 Гинберг  П.А., Хохлов Б.А. «Технология важнейших  отраслей промышленности». –  М.: Высшая школа, 1985 г. - 496 с.

5 Рабинович  В.А. «Дисперсные системы».// «Большая  энциклопедия химии» - 1985 г. –  704 с

6 Фридрихсберг  Д.А. Курс коллоидной химии.  Л.: «Химия», 1995 г. – 403 с.

7 Фролов  В.В. Химия. – М.: Высшая школа, 1986 г. – 543 с

8 Любин  Дж. Композиционные материалы. –  М.: Машиностроение, 1988 г. – 448 с