Неметаллические материалы: Репозиторий Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королёва: Недопустимый идентификатор |

Содержание

Неметаллические материалы — презентация онлайн

1. КУРС «Материаловедение» Тема: неметаллические материалы

Казачков Олег Владимирович, доцент, к.т.н.
Институт лесных, инженерных и строительных наук,
Образец подзаголовка
кафедра технологических и транспортных машин и оборудования
kaz @ psu.karelia.ru

2. Классификация неметаллических материалов

Неметаллические материалы
пластмассы
25.12.2017
керамика
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
резина
2

3. Резиновые материалы: определение, свойства

Резина – искусственный материал, получаемый
в результате вулканизации резиновой массы.
Резина – реактопласт с редкосетчатой
структурой.
Основное свойство- высокая эластичность.
Характеризуется высоким сопротивлением
разрыву и истиранию, газо- и
водонепроницаемостью, хим.стойкостью,
электроизоляционными и амортизационными
св-вами, низкой теплопроводностью.
25.12.2017
copyright Казачков О. В., ПетрГУ
3

4. Состав резиновых материалов

Основной компонент- каучук – полимер,
способный к большим обратимым
деформациям при небольших нагрузках
Макромолекула имеет вытянутую
извилистую форму, аморфную стр-ру.
Вулканизаторы- сера , оксиды цинка
Наполнители – сажа, оксид кремния, мел,
пластификаторы- вазелин, парафин,
мазут
Противостарители, красители,
регенераты
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
4

5. Получение резиновых изделий

1.
2.
3.
4.
5.
Нарезание каучука на куски и его
пластификация
Смешивание каучука с компонентами
Каландрирование резиновой смеси
Изготовление изделий из сырой резины
прессованием
Вулканизация – формирование физикомеханических свойств изделиям
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
5

6. Классификация резины по назначению

резины
Общего
назначения
Специального
назначения
Из резин общего назначения изготавливают
авт. шины, транспортерные ленты, рукава, шланги,
уплотнительные и амортизационные детали.
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
6

7. Классификация спец. резины

Спец резины
Теплостойкие ( до 250…350 0С)
Морозостойкие (до-70 0С )
маслобензостойкие
светоозоностойкие
электроизоляционные
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
Кабель силовой
гибкий
озоностойкий
7

8. Керамика: определение, свойства

Керамика – это неорганический
минеральный материал, получаемый из
отформованного минерального сырья
путем спекания при высоких
температурах (1200…2500 0С)
Имеют высокую кислото- и
щелочностойкость, окалиностойкость,
жаропрочность, термостойкость,
износостойкостью, хорошо работают на
сжатие
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
8

9. Классификация керамики

керамика
оксидная
бескислородная
Оксидная керамика- спекание порошков оксидов
Al, Zr, Mg, Ca, Be, U
Применяют, как огнеупорный материал в печах,
теплоизоляционный материал реакторов, печей,
вакуумной керамики реакторов , тиглей
Бескислородная керамика- спекание порошков
карбидов, боридов, нитридов, силицидов
Применяют, как окалиностойкий, жаропрочный,
термостойкий, материал для двигателей
25. 12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
9

10. Основные понятия: пластмассы

Пластмассы – искусственные
материалы полученные на
основе органических,
полимерных связующих
веществ (полимеров).
Полимер – вещество
макромолекулы которого
состоят из многочисленных
элементарных звеньевмономеров одинаковой
структуры.
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
10

11. Историческая справка

25.12.2017
Термин “полимерия” был введен в науку
И.Берцелиусом в 1833 г. Ряд полимеров
был, по-видимому, получен еще в
первой половине 19 века. Первые
упоминания о синтетических полимерах
относятся к 1838 г (поливинилхлорид) и
1839 г (полистирол)
Химия полимеров возникла только в
связи с созданием А.М.Бутлеровым
теории химического строения.
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
11

12. Особенности пластмасс

Малая плотность 1…2 г/см3
Низкая электро- и теплопроводность
Значительное тепловое расширение
Высокая химическая стойкость
Высокие фрикционные и антифрикционные
свойства
Физиологическая безвредность
25. 12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
12

13. Область применения пластмасс.

25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
13

14. Состав пластмасс

Полимерные связующие вещества
Наполнители для изменения
свойств
Пластификаторы для повышения
пластичности
Отвердители
Стабилизаторы для замедления
старения
● Красители
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
14

15. Классификация полимеров

Полимеры
природные
синтетические
Полимерами называются вещества,
макромолекулы которых состоят из многочисленных
элементарных звеньев ( мономеров) одинаковой
структуры. Молек. масса >5•103 до 106 а.е.м..
Синтетические полимеры – группа веществ,
получаемых синтезом продуктов нефтепереработки
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
15

16. Классификация полимеров в зависимости от формы и строения

а) линейные
Длинные зигзагообразные
молекулы(глобулы)
б) разветвленные
Молекулы имеют боковые
разветвления
в) сетчатые
соединены ковалентными
связями поперечном
направлении к основной
цепи
25. 12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
16

17. Классификация полимеров по составу

Карбоцепные
Основные цепи содержат атомы С
Гетероцепные
Основные цепи содержат атомы С, N, S, O
Элементоорганические
Основные цепи содержат атомы Al, Ti, Si
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
17

18. Получение полимеров

Виды синтеза
полимеризация
поликонденсация
Полимеризация- процесс соединения молекул за
счет раскрытия ненасыщенных связей
Участие двух или более мономеров называют
сополимеризацией
Поликонденсация- процесс последовательного
взаимодействия двух или более низкомолекулярных
веществ с образованием побочных продуктов :
воды, аммиака, хлористого водорода
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
18

19. Классификация пластмасс по виду связующего полимера

Пластмассы
Термопласты
Реактопласты
Основа термопластов- полимеры линейной или
разветвленной структуры, способные переходить
многократно при нагревании в вязкотекучее состояние без
химических превращений
Основа реактопластов- полимеры трехмерной сетчатой
структуры, неспособные переходить многократно при
нагревании в вязкотекучее состояние
25. 12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
19

20. Термопласты; основные виды

Полиэтилен
Поливинилхлорид (пластикат, винипласт)
Полистирол
Полиметилметакрилат (орг.стекло)
Полиамиды
Полиуретаны
Фторопласт-3
Фторопласт-4 ( политетрафторэтилен)
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
20

21. Зависимость свойств термопластов

От температуры: при нагреве
уменьшается прочность, повышается
вязкость, ползучесть
От длительности нагружения:
уменьшается прочность, появляется ост.
деформация
От скорости деформации: повышается
жесткость, уменьшается надежность
От структуры: зависят от ориентации
молекулярной структуры
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
21

22. Особенности термопластов

Модуль упругости в 10…100. раз меньше
чем у металлов и у керамики
Прочность 10…100МПа
Хорошо сопротивляются усталости
Разрушаются при нагрузке с частотой
выше 20Гц
Невысокая теплостойкость,
нестабильность свойств из-за старения и
ползучести
Не взаимодействуют с водой и смазкой
При горении выделяют вредные газы
25. 12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
22

23. Полистирол

Полистирол—
широко применяющийся в
электротехнике. Выпускается
модифицированный полистирол:
ударопрочный, теплостойкий,
пенополистирол. Пенополистирол
используется как
теплозвукоизоляционный материал.
Недостатки полистирола—хрупкость,
низкая устойчивость к действию
органических растворителей.
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
23

24. Полиимид

Полиимид—новый класс термостойких
полимеров, обладает высокой прочностью
вплоть до температуры разложения, химической
стойкостью, тугоплавкостью, низким
коэффициентом трения скольжения, низкой
ползучестью. Пленка работоспособна при 200°С
в течение нескольких лет, при 300°С —1000 ч, при
400°С —до 6 ч. Кратковременно она не
разрушается даже в струе плазменной горелки.
Выдерживает σ1000300 = 50 МПа при σв = 180 МПа.
Плотность = 1,35…1,48 г/см3
25.12.2017
copyright Казачков О. В., ПетрГУ
24

25. Композиционные пластмассы

пластмассы
порошковые
25.12.2017
волокнистые
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
слоистые
25

26. Слоистые пластмассы

Получают прессованием или намоткой
наполнителей, пропитанных смолой
Примеры (наполнитель):
Текстолит ( хлопчатобумажная ткань)
Стеклотекстолит (стеклоткань)
Асботекстолит (асбестовая ткань)
Стекловолокнистый анизотропный
материал СВАМ (стеклошпон)
Древеснослоистые пластики (др. шпон)
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
26

27. Волокнистые пластмассы

Композиция из волокон, пропитанных смолой
Примеры (наполнитель):
Волокниты ( очесы хлопка)
Изготавливают рукоятки, фланцы, шкивы,
маховики
Асбоволокниты (асбест)
Изготавливают тормозные устр-ва
Стекловолокниты (стекловолокно)
Изготавливают силовые
электротехнические детали. уплотнители
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
27

28.

Порошковые пластмассы

Органические наполнители: древесная
мука, целлюлоза
Применяются для ненагруженных деталей –
корпусов приборов, рукояток, кнопок
Минеральные наполнители: молотый
кварц, тальк, графит, цемент, слюда
Применяются для хим.стойких, водостойких,
электроизоляционных деталей
Примечание:
Все пластмассы обладают низкими мех.св-вами
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
28

29. Поликонденсационные полимеры

Фенолформальдегидные
Карбамидные
Полиамидные
Полиэфирные
Эпоксидные
Полиуретановые
Поликарбонатные
Кремнийорганические
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
29

30. Кстати

Полимеры совершают техническую
революцию в микроэлектронике. Созданы не
только токопроводящие полимеры, за что
в 2000 году дали Нобелевскую премию по
химии, но и полимерные полупроводники,
полимерные светодиоды и даже
полимерные магниты. Поведением таких
полимеров можно управлять с помощью
электрического тока. В итоге получили
прозрачный полимер, который под влиянием
небольшого приложенного напряжения
меняет свой цвет (стекло-хамелеон).
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
30

31. Идентификационная маркировка пластиков

для маркировки популярны знаки в виде треугольника
из трех замкнутых стрелок, внутри – цифра или латинские
буквы. Сам знак означает замкнутый цикл (создание –
применение – утилизация), а надписи определяют
материал. Цифрами 1–19 обозначают пластики
В свою очередь для пластмасс, например, установлены
такие обозначения: PETE – полиэтилен, V –
поливинилацетат, LDPE – полиэтилен низкого давления, PP
– полипропилен, PS – полистирол, HDPE – полиэтилен
высокого давления, PAN – полиакрилонитрил.
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
31

32. Несколько фактов о пластмассе:

— Специалисты предполагают, что пластиковому пакету
требуется от 500 до 1000 лет, чтобы разложиться до
микроскопических гранул. При сжигании выделяются
токсичные вещества, которые могут привести к
гормональным изменениям у новорожденных.
— В 1997 году в Тихом океане обнаружилось скопление
пластиковых пакетов и других отходов протяженностью в
несколько километров.
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
32

33. Решение проблем

Госдума
рассматривает
Федеральный
“Об упаковке и упаковочных отходах».
Закон
Размер оплаты на утилизацию и переработку упаковки,
должен составлять около 10% отпускной заводской
стоимости
упаковки.
Производители
упаковки,
использующие эту упаковку, также будут платить сбор за
негативное
воздействие
упаковочного
мусора
на
окружающую среду.
Импортные товары с пластиковой упаковкой, будут
подвергаться дополнительным таможенным сборам.
Предусматривается введение некой залоговой стоимости
упаковки, которая возвращается производителю в случае
сдачи использованной упаковки на переработку.
Для контроля за соблюдением закона будет создан
федеральный координационный центр по обращению с
упаковочными отходами.
25.12.2017
copyright Казачков О.В., ПетрГУ
33

Неметаллические материалы презентация, доклад

Презентация на тему Презентация на тему Неметаллические материалы, предмет презентации: Химия. Этот материал содержит 33 слайдов. Красочные слайды и илюстрации помогут Вам заинтересовать свою аудиторию. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас — поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций ThePresentation.ru в закладки!

Слайд 1Текст слайда:

КУРС «Материаловедение»
Тема: неметаллические материалы

Казачков Олег Владимирович, доцент, к.т.н.
Институт лесных, инженерных и строительных наук,
кафедра технологических и транспортных машин и оборудования
kaz @ psu.karelia.ru

Слайд 2Текст слайда:

Классификация неметаллических материалов

Слайд 3Текст слайда:

Резиновые материалы: определение, свойства

Резина – искусственный материал, получаемый в результате вулканизации резиновой массы.
Резина – реактопласт с редкосетчатой структурой.
Основное свойство- высокая эластичность.
Характеризуется высоким сопротивлением разрыву и истиранию, газо- и водонепроницаемостью, хим.стойкостью, электроизоляционными и амортизационными св-вами, низкой теплопроводностью.

Слайд 4Текст слайда:

Состав резиновых материалов

Основной компонент- каучук – полимер, способный к большим обратимым деформациям при небольших нагрузках
Макромолекула имеет вытянутую извилистую форму, аморфную стр-ру.
Вулканизаторы- сера , оксиды цинка
Наполнители – сажа, оксид кремния, мел,
пластификаторы- вазелин, парафин, мазут
Противостарители, красители, регенераты

Слайд 5Текст слайда:

Получение резиновых изделий

Нарезание каучука на куски и его пластификация
Смешивание каучука с компонентами
Каландрирование резиновой смеси
Изготовление изделий из сырой резины прессованием
Вулканизация – формирование физико-механических свойств изделиям

Слайд 6Текст слайда:

Классификация резины по назначению

Из резин общего назначения изготавливают авт.шины, транспортерные ленты, рукава, шланги, уплотнительные и амортизационные детали.

Слайд 7Текст слайда:

Классификация спец. резины

Кабель силовой гибкий озоностойкий

Слайд 8Текст слайда:

Керамика: определение, свойства

Керамика – это неорганический минеральный материал, получаемый из отформованного минерального сырья путем спекания при высоких температурах (1200…2500 0С)
Имеют высокую кислото- и щелочностойкость, окалиностойкость, жаропрочность, термостойкость, износостойкостью, хорошо работают на сжатие

Слайд 9Текст слайда:

Классификация керамики

Оксидная керамика- спекание порошков оксидов Al, Zr, Mg, Ca, Be, U
Применяют, как огнеупорный материал в печах, теплоизоляционный материал реакторов, печей, вакуумной керамики реакторов , тиглей
Бескислородная керамика- спекание порошков карбидов, боридов, нитридов, силицидов
Применяют, как окалиностойкий, жаропрочный, термостойкий, материал для двигателей

Слайд 10Текст слайда:

Основные понятия: пластмассы

Пластмассы – искусственные материалы полученные на основе органических, полимерных связующих веществ (полимеров).
Полимер – вещество макромолекулы которого состоят из многочисленных элементарных звеньев- мономеров одинаковой структуры.

Слайд 11Текст слайда:

Историческая справка

Термин “полимерия” был введен в науку И. Берцелиусом в 1833 г. Ряд полимеров был, по-видимому, получен еще в первой половине 19 века. Первые упоминания о синтетических полимерах относятся к 1838 г (поливинилхлорид) и 1839 г (полистирол)
Химия полимеров возникла только в связи с созданием А.М.Бутлеровым теории химического строения.

Слайд 12Текст слайда:

Особенности пластмасс

Малая плотность 1…2 г/см3
Низкая электро- и теплопроводность
Значительное тепловое расширение
Высокая химическая стойкость
Высокие фрикционные и антифрикционные свойства
Физиологическая безвредность

Слайд 13Текст слайда:

Область применения пластмасс.

Слайд 14Текст слайда:

Состав пластмасс

Полимерные связующие вещества
Наполнители для изменения свойств
Пластификаторы для повышения пластичности
Отвердители
Стабилизаторы для замедления старения ● Красители

Слайд 15Текст слайда:

Классификация полимеров

Полимерами называются вещества, макромолекулы которых состоят из многочисленных элементарных звеньев ( мономеров) одинаковой структуры. Молек. масса >5•103 до 106 а.е.м..
Синтетические полимеры – группа веществ, получаемых синтезом продуктов нефтепереработки

Слайд 16Текст слайда:

Классификация полимеров в зависимости от формы и строения

а) линейные
Длинные зигзагообразные молекулы(глобулы)
б) разветвленные
Молекулы имеют боковые разветвления
в) сетчатые
соединены ковалентными связями поперечном направлении к основной цепи

Слайд 17Текст слайда:

Классификация полимеров по составу

Карбоцепные
Основные цепи содержат атомы С
Гетероцепные
Основные цепи содержат атомы С, N, S, O
Элементоорганические
Основные цепи содержат атомы Al, Ti, Si

Слайд 18Текст слайда:

Получение полимеров

Полимеризация- процесс соединения молекул за счет раскрытия ненасыщенных связей
Участие двух или более мономеров называют сополимеризацией
Поликонденсация- процесс последовательного взаимодействия двух или более низкомолекулярных веществ с образованием побочных продуктов : воды, аммиака, хлористого водорода

Слайд 19Текст слайда:

Классификация пластмасс по виду связующего полимера

Основа термопластов- полимеры линейной или разветвленной структуры, способные переходить многократно при нагревании в вязкотекучее состояние без химических превращений
Основа реактопластов- полимеры трехмерной сетчатой структуры, неспособные переходить многократно при нагревании в вязкотекучее состояние

Слайд 20Текст слайда:

Термопласты; основные виды

Полиэтилен
Поливинилхлорид (пластикат, винипласт)
Полистирол
Полиметилметакрилат (орг. стекло)
Полиамиды
Полиуретаны
Фторопласт-3
Фторопласт-4 ( политетрафторэтилен)

Слайд 21Текст слайда:

Зависимость свойств термопластов

От температуры: при нагреве уменьшается прочность, повышается вязкость, ползучесть
От длительности нагружения: уменьшается прочность, появляется ост. деформация
От скорости деформации: повышается жесткость, уменьшается надежность
От структуры: зависят от ориентации молекулярной структуры

Слайд 22Текст слайда:

Особенности термопластов

Модуль упругости в 10…100. раз меньше чем у металлов и у керамики
Прочность 10…100МПа
Хорошо сопротивляются усталости
Разрушаются при нагрузке с частотой выше 20Гц
Невысокая теплостойкость, нестабильность свойств из-за старения и ползучести
Не взаимодействуют с водой и смазкой
При горении выделяют вредные газы

Слайд 23Текст слайда:

Полистирол

Полистирол— широко применяющийся в электротехнике. Выпускается модифицированный полистирол: ударопрочный, теплостойкий, пенополистирол. Пенополистирол используется как теплозвукоизоляционный материал.
Недостатки полистирола—хрупкость, низкая устойчивость к действию органических растворителей.

Слайд 24Текст слайда:

Полиимид

Полиимид—новый класс термостойких полимеров, обладает высокой прочностью вплоть до температуры разложения, химической стойкостью, тугоплавкостью, низким коэффициентом трения скольжения, низкой ползучестью. Пленка работоспособна при 200°С в течение нескольких лет, при 300°С —1000 ч, при
400°С —до 6 ч. Кратковременно она не разрушается даже в струе плазменной горелки. Выдерживает σ1000300 = 50 МПа при σв = 180 МПа.
Плотность = 1,35…1,48 г/см3

Слайд 25Текст слайда:

Композиционные пластмассы

Слайд 26Текст слайда:

Слоистые пластмассы

Получают прессованием или намоткой наполнителей, пропитанных смолой
Примеры (наполнитель):
Текстолит ( хлопчатобумажная ткань)
Стеклотекстолит (стеклоткань)
Асботекстолит (асбестовая ткань)
Стекловолокнистый анизотропный материал СВАМ (стеклошпон)
Древеснослоистые пластики (др. шпон)

Слайд 27Текст слайда:

Волокнистые пластмассы

Композиция из волокон, пропитанных смолой
Примеры (наполнитель):
Волокниты ( очесы хлопка)
Изготавливают рукоятки, фланцы, шкивы, маховики
Асбоволокниты (асбест)
Изготавливают тормозные устр-ва
Стекловолокниты (стекловолокно)
Изготавливают силовые электротехнические детали. уплотнители

Слайд 28Текст слайда:

Порошковые пластмассы

Органические наполнители: древесная мука, целлюлоза
Применяются для ненагруженных деталей – корпусов приборов, рукояток, кнопок
Минеральные наполнители: молотый кварц, тальк, графит, цемент, слюда
Применяются для хим.стойких, водостойких, электроизоляционных деталей
Примечание:
Все пластмассы обладают низкими мех.св-вами

Слайд 29Текст слайда:

Поликонденсационные полимеры

Фенолформальдегидные
Карбамидные
Полиамидные
Полиэфирные
Эпоксидные
Полиуретановые
Поликарбонатные
Кремнийорганические

Слайд 30Текст слайда:

Кстати

Полимеры совершают техническую революцию в микроэлектронике. Созданы не только токопроводящие полимеры, за что в 2000 году дали Нобелевскую премию по химии, но и полимерные полупроводники, полимерные светодиоды и даже полимерные магниты. Поведением таких полимеров можно управлять с помощью электрического тока. В итоге получили прозрачный полимер, который под влиянием небольшого приложенного напряжения меняет свой цвет (стекло-хамелеон).

Слайд 31Текст слайда:

Идентификационная маркировка пластиков

для маркировки популярны знаки в виде треугольника из трех замкнутых стрелок, внутри – цифра или латинские буквы. Сам знак означает замкнутый цикл (создание – применение – утилизация), а надписи определяют материал. Цифрами 1–19 обозначают пластики
В свою очередь для пластмасс, например, установлены такие обозначения: PETE – полиэтилен, V – поливинилацетат, LDPE – полиэтилен низкого давления, PP – полипропилен, PS – полистирол, HDPE – полиэтилен высокого давления, PAN – полиакрилонитрил.

Слайд 32Текст слайда:

Несколько фактов о пластмассе:

— Специалисты предполагают, что пластиковому пакету требуется от 500 до 1000 лет, чтобы разложиться до микроскопических гранул. При сжигании выделяются токсичные вещества, которые могут привести к гормональным изменениям у новорожденных.
— В 1997 году в Тихом океане обнаружилось скопление пластиковых пакетов и других отходов протяженностью в несколько километров.

Слайд 33Текст слайда:

Решение проблем

Госдума рассматривает Федеральный Закон “Об упаковке и упаковочных отходах».

Размер оплаты на утилизацию и переработку упаковки, должен составлять около 10% отпускной заводской стоимости упаковки. Производители упаковки, использующие эту упаковку, также будут платить сбор за негативное воздействие упаковочного мусора на окружающую среду.
Импортные товары с пластиковой упаковкой, будут подвергаться дополнительным таможенным сборам.
Предусматривается введение некой залоговой стоимости упаковки, которая возвращается производителю в случае сдачи использованной упаковки на переработку.
Для контроля за соблюдением закона будет создан федеральный координационный центр по обращению с упаковочными отходами.

Скачать презентацию

Наиболее широко используемые типы неметаллических материалов

Неметаллические материалы используются для широкого спектра применений в различных отраслях промышленности, часто в качестве решений, в которых невозможно использовать традиционные металлические материалы.

Неметаллические материалы обладают рядом физических и химических свойств, включая низкую тепло- и электропроводность, что делает их хорошими изоляторами, а также обеспечивает высокую стойкость к химическим веществам и коррозии. Однако они могут быть хрупкими и, как правило, иметь низкую температуру плавления или кипения. При приложении нагрузки неметаллические материалы часто проявляют эластичность, пластичность или вязкость.

Чтобы понять потенциальные свойства, качества и широкий спектр применения неметаллических материалов, стоит немного больше узнать о науке, стоящей за ними.

Содержание

Нажмите на ссылки ниже, чтобы перейти к разделу руководства:

Наука о неметаллических элементах
Классификация неметаллических элементов
Водород: металл или неметалл?
Примеры неметаллических материалов
Преимущества неметаллических материалов
Применение неметаллических материалов
Часто задаваемые вопросы
Заключение

Четырнадцать элементов почти всегда включаются в список неметаллических элементов, иногда добавляются еще примерно девять элементов, включая газы (водород, гелий, азот, кислород, фтор, неон, хлор, аргон, криптон, ксенон и радон), жидкость (бром) и некоторые твердые вещества (углерод, фосфор, сера, селен и йод). Все эти элементы действуют как основные строительные блоки для органических соединений и демонстрируют ряд свойств с точки зрения их атомного и химического поведения.

Эти поведенческие различия являются результатом различий в прочности межатомных и межмолекулярных связей, однако большинство из них имеют некоторые общие свойства, в том числе:

образуют ионные/ковалентные связи
хрупкий и непластичный
низкие температуры плавления/кипения
Высокая энергия ионизации и электроотрицательность
плохие проводники тепла и электричества

Не все неметаллы обладают всеми этими общими свойствами, например, углерод является хорошим проводником электричества, а многие полимеры податливы и легко формуются.

К неметаллам относятся все элементы S-блока периодической таблицы и около 58% элементов P-блока.

С химической точки зрения, неметаллы можно разделить на два типа:

Ковалентные материалы, которые содержат атомы малого размера, с высокой электроотрицательностью, низким соотношением валентных вакансий и электронов и тенденцией к образованию отрицательных ионов во время химических реакций и имеют отрицательные степени окисления в своих соединениях.
Ионные материалы, содержащие как большие, так и малые атомы, ионы могут быть образованы путем добавления или удаления электронов к атомам. В этих материалах неметаллы существуют либо в виде одноатомных анионов, либо в составе многоатомных анионов.

Неметаллы также могут быть классифицированы как реактивные неметаллы (водород (H), углерод (C), азот (N), кислород (O), фосфор (P), сера (S), селен (Se)), галогены (фтор (F), хлор (Cl), бром (B), йод (I), астат (As)) и благородные газы (гелий (He), Неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe), радон (Rn), элемент 118 (оганесон Og)).

Водород классифицируется как неметалл, но он обладает уникальными свойствами, которые отличаются от других неметаллов, что затрудняет его классификацию. Естественно существуя в виде газа, водород образует ковалентные связи, как и другие неметаллы, но он также может терять свой единственный электрон и образовывать положительно заряженные ионы, как металл. Это уникальное сочетание свойств привело физиков Хилларда Хантингтона и Юджина Вигнера к предсказанию в 1935 видно, что водород конденсируется в металлическую жидкость или твердое тело при чрезвычайно высоких температурах или давлениях. Предполагается, что эта фаза водорода будет вести себя как металл и станет хорошим проводником электричества и тепла. Считается, что жидкий металлический водород может существовать в ядре газовых планет-гигантов, таких как Сатурн и Юпитер, что объясняет мощные магнитные поля этих планет. Однако, по крайней мере, на данный момент водород остается неметаллом.

Неметаллические материалы могут быть изготовлены как из органических, так и из неорганических соединений и включают ряд различных композитов, полимеров, текстиля и винила.

Общие примеры широко используемых неметаллических материалов включают:

Клеи
Керамика
Пробка
Волокно
Войлок
Смазочные материалы
Пластик (термореактивные и термопласты)
Резина

Неметаллические вещества обладают уникальными свойствами, которые придают им ряд преимуществ по сравнению с металлами:

1.

Стоимость

Неметаллические материалы, как правило, стоят намного меньше, чем их металлические аналоги.

2. Доступно

Неметаллические материалы можно производить и получать намного быстрее, чем многие металлы, что позволяет повысить эффективность производства.

3. Благоприятные свойства

Свойства неметаллов могут сделать их предпочтительными по сравнению с металлами в определенных областях применения. Отсутствие электропроводности означает, что неметаллы можно использовать в качестве электрических изоляторов, а их низкая теплопроводность означает, что их можно использовать в качестве термостойких изделий, таких как ручки кастрюль. Неметаллические материалы также более устойчивы к химическим веществам и коррозии, чем металлы, что позволяет использовать их в суровых условиях.

Различные преимущества неметаллов означают, что существует ряд практических применений неметаллических материалов, включая:

Изоляторы: Поскольку неметаллические детали не проводят электричество, они являются хорошими изоляторами для электрических деталей. и проводка
Нефть и газ Добыча: Коррозионно-стойкие и легкие свойства неметаллов позволяют легко использовать их для изготовления труб и вкладышей в нефтегазовой промышленности.
Топливо: Углерод веками использовался в качестве источника топлива, в основном в виде угля.
Производство автомобилей, самолетов и кораблей: Поскольку они легкие, многие неметаллические детали, такие как пластик и стекловолокно, используются в автомобильной, аэрокосмической и морской промышленности.
Ленты и клеи: Неметаллические материалы используются для лент и клеев, поскольку они могут выдерживать экстремальные условия, такие как коррозия и тепло.
Герметизация: Благодаря своей способности сохранять эффективность в различных условиях неметаллы являются хорошими герметиками.
Пена и резина: Неметаллические материалы, такие как пена и резина, широко используются в различных областях.

Какие существуют две группы неметаллических материалов?

С химической точки зрения неметаллические материалы можно разделить на ковалентные и ионные материалы. К ним относятся газы, жидкости и твердые материалы, а также могут быть реактивные материалы, галогены или благородные газы.

Что такое неметаллические предметы?

Неметаллические предметы – это предметы, не содержащие металлических элементов. Как правило, они имеют низкую тепло- или электропроводность и демонстрируют хорошую устойчивость к химическим веществам и коррозии.

Каковы некоторые примеры неметаллических элементов?

Неметаллические элементы периодической таблицы включают водород, углерод, азот, кислород, фосфор, серу, кремний, бор, теллур и селен. К ним также относятся галогены (фтор, хлор, бром, йод и астат) и инертные газы (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон).

Каковы 5 неметаллических свойств?

Часто говорят, что неметаллы обладают пятью общими свойствами, однако не все неметаллы обладают всеми этими свойствами. В то время как большинство неметаллов имеют низкую температуру плавления, соль, например, имеет очень высокую температуру плавления — 801 °C.

Несмотря на исключения, общепринятыми свойствами неметаллов являются:

1. Образовать ковалентные/ионные связи

Неметаллы образуют ковалентные или ионные связи для создания химических соединений.

Ковалентные связи возникают, когда два элемента делят валентные электроны до тех пор, пока не образуется полная оболочка. Ковалентные соединения включают этанол, глюкозу и диоксид углерода. Ковалентно связанные соединения делят электроны между элементами внутри них для достижения стабильной электронной конфигурации и, как правило, демонстрируют самые широкие различия в молекулярной геометрии. Ковалентные соединения также принимают формы, минимизирующие электростатическое отталкивание между электронными парами.

Ионные связи образуются, когда один элемент забирает электроны у другого, образуя катион и анион. Противоположные ионы притягиваются друг к другу, образуя ионное соединение. Эти соединения включают поваренную соль, карбонат, сульфат и хлорид калия. Большинство ионных соединений образуют решетчатую структуру и имеют тенденцию образовываться между элементами с разными электроотрицательными значениями (ΔEN > 2,0).

2. Хрупкий

Независимо от того, образованы ли они ионными или ковалентными связями, большинство неметаллов являются хрупкими и разрушаются под действием силы, в отличие от металлов, которые податливы и пластичны. Большинство неметаллических соединений теряют свою прочность при формовании и не могут быть деформированы после заданного значения без разрушения.

Природа ковалентных или ионных связей является причиной хрупкости неметаллов, поскольку и те, и другие располагают общие или захваченные электроны для минимизации электростатического отталкивания. В ионном соединении положительные и отрицательные электроны связаны вместе в кристаллической структуре. Сила может сдвигать эту структуру так, что вместо того, чтобы отрицательные электроны выравнивались с положительными электронами, положительные выравнивались с положительными, а отрицательные с отрицательными, вызывая отталкивание, которое разрушает соединение. Ковалентные связи также образуются особым образом, и их можно нарушить при приложении механической силы, разрушающей соединение.

Металлы, напротив, имеют делокализованные электронные связи, которые могут двигаться и скользить относительно друг друга, не ломаясь, что придает металлу его пластичность и ковкость.

3. Низкие температуры плавления/кипения

Хотя не все неметаллические соединения имеют низкие температуры плавления и кипения, они, как правило, имеют более низкие температуры плавления и кипения, чем металлы, поэтому многие неметаллы газообразны при комнатной температуре. .

Низкие температуры плавления и кипения обусловлены относительно слабыми межмолекулярными взаимодействиями в неметаллах и более выражены у ковалентных соединений, чем у ионных. Прочность межмолекулярной структуры определяет фазовое поведение материала, при этом металлы демонстрируют сильное межмолекулярное притяжение по сравнению с большинством неметаллов. Ковалентные соединения обладают самым слабым межмолекулярным притяжением, поскольку они электрически нейтральны. Ионные соединения прочнее ковалентных соединений, но по мере их нагрева кинетическая энергия частиц в ионном соединении увеличивается. Эта кинетическая энергия в конечном итоге преодолевает электростатическое притяжение, в результате чего решетчатая структура разрушается.

4. Высокая энергия ионизации/электроотрицательность

Атомы неметаллов, как правило, имеют высокие уровни энергии ионизации, что означает, что из них трудно удалить электроны. Эта высокая энергия ионизации обусловлена большим размером их ядер по сравнению с тем, насколько заполнены их электронные оболочки. Эти большие положительно заряженные ядра сильно притягивают свои электроны, что затрудняет их удаление. Это притяжение может даже удалять электроны из соседних атомов и объясняет, почему неметаллы имеют тенденцию быть электроотрицательными, чем металлы. Эти высокие энергии ионизации и электроотрицательность увеличиваются по мере того, как вы перемещаетесь влево по периодической таблице.

5.

Плохие проводники тепла и электричества

Неметаллы обычно плохо проводят тепло и электричество, хотя из этого правила есть некоторые исключения. Металлы могут поглощать много кинетической тепловой энергии, не разрывая своих связей, а также имеют множество открытых орбиталей, по которым могут двигаться электроны, что делает их хорошими проводниками электричества. Неметаллы, напротив, имеют структуры, которые разрушаются под действием кинетической энергии, и полные орбитали, которые блокируют электроны при подаче напряжения.

Неметаллы обычно являются газообразными или жидкими при комнатной температуре и могут быть разделены на реактивные неметаллы, галогены и инертные газы. Они образуют ковалентные или ионные связи и склонны к хрупкости, низким температурам плавления/кипения, высоким энергиям ионизации и электроотрицательности, а также являются плохими проводниками электричества.

Неметаллические материалы широко используются в различных отраслях промышленности для самых разных целей, от композитов, используемых в аэрокосмической отрасли, до полимерных труб, используемых для транспортировки жидкостей и жидкостей. Резина, винил и керамика — все это широко используемые неметаллические материалы, а также клеи и герметики.

Что такое неметаллические материалы — WS Hampshire, Inc.

Автор: W.S. Hampshire, Inc., 5 января 2021 г., 3:32 | Оставить комментарий

РУКОВОДСТВО ПО ВЫБОРУ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

При обработке нового компонента существует ряд причин, по которым производитель может предпочесть использовать неметаллические материалы вместо металлических. Эти материалы легкие, экономичные, устойчивые к коррозии и хорошо противостоят агрессивным химическим веществам. Они также являются непроводящими, что делает их популярным выбором в электротехнической и теплоизоляционной промышленности.

ЧТО ТАКОЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ?

Неметаллические материалы – это любые материалы, как синтетические, так и натуральные, не содержащие металла. Эти материалы способны сохранять свои уникальные химические свойства в процессе обработки. Существует широкий спектр неметаллических материалов, в том числе:

Резина
Керамика
Волокно
Пластмасса

Как один из наиболее доступных и универсальных неметаллических материалов, пластик является желательным выбором для широкого спектра проектов. Как правило, эти материалы состоят из пластификаторов, пигментов и наполнителей, соединенных между собой природным или синтетическим связующим.

В зависимости от спецификации проекта производитель может выбрать один из двух типов пластика: термореактивный и термопласт. После того, как они были нагреты и сформованы, термореактивные связующие не могут быть изменены. С другой стороны, термопласт сохраняет свою пластичность, что позволяет производителям изменять его форму столько раз, сколько необходимо.

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПРОТИВ. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ: ОСНОВНЫЕ ОТЛИЧИЯ

Существует несколько основных различий между металлическими и неметаллическими.

ИЗОЛЯЦИЯ

В то время как металлические материалы обладают высокой проводимостью, неметаллические материалы плохо проводят тепло или электричество, что делает их хорошими изоляторами во многих электрических приложениях.

СТОИМОСТЬ

Для проектов, где важен бюджет, неметаллические материалы предлагают то преимущество, что они значительно более доступны как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе. Пластмассы более доступны по цене, чем металлические материалы, и их можно производить быстрее, что делает производственный процесс более быстрым и экономичным. Неметаллические материалы более легкие и имеют более низкие фрикционные свойства, чем металлические материалы, а это означает, что они требуют меньшего обслуживания с течением времени.

ХИМИЧЕСКАЯ И КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ

В то время как металлы часто требуют дополнительных покрытий для защиты от коррозии в суровых условиях, многие неметаллические материалы могут выдерживать воздействие агрессивных химикатов и экстремальных температур. Это особенно выгодно в химической промышленности.

ТРЕБОВАНИЯ К ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ОБРАБОТКЕ

Преимущество неметаллических материалов заключается в том, что они не требуют последующей обработки, как металлические материалы. Пластмассы и другие неметаллические материалы обладают естественной изоляцией и высокой коррозионной стойкостью. Чтобы достичь аналогичного уровня изоляции, металлические материалы должны пройти финишную обработку, которая увеличивает время и затраты на процесс обработки. Последующая обработка сокращается еще больше, так как пластмассы часто окрашиваются перед механической обработкой, что устраняет необходимость в покраске.

ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

WS Hampshire предлагает различные неметаллические продукты, включая решения для герметизации, теплоизоляцию и компоненты Ryertex, для использования в различных областях.

RYERTEX

Ryertex – это линейка термореактивных ламинатных композитов, которые обычно используются в качестве альтернативы металлу в условиях высоких скоростей, нагрузок и экстремальных температур. Линейка Ryertex, используемая в различных отраслях, включая военную и аэрокосмическую, включает в себя все марки NEMA с такими носителями, как лен, бумага, хлопок и т. д. В WS Hampshire мы предлагаем различные детали, изготовленные Ryertex, включая втулки, подшипники и другие быстроизнашивающиеся детали.

УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ РЕШЕНИЯ

Наши неметаллические уплотнительные решения включают в себя уплотнения, прокладки и седла клапанов, изготовленные из различных стандартных и нестандартных материалов, таких как PTFE, PEEK, PBI и других. Наши уплотнительные решения выпускаются в различных размерах и могут выдерживать экстремальные условия окружающей среды, что делает их подходящими для использования в научном оборудовании, системах транспортировки воды и нефти и т. д.

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ

Наши неметаллические теплоизоляционные материалы предназначены для снижения теплопроводности и защиты от теплового излучения при одновременном повышении энергоэффективности и сохранении температуры. Наши теплоизоляционные материалы изготавливаются из различных материалов, таких как силикат кальция, слюда, стеклотерм и других, для различных отраслей промышленности, включая аэрокосмическую, автомобильную и другие.