Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...

Реферат

на тему

Значение химии в создании новых материалов

ПЛАН

Вступление

1. Роль химии в разработке новых ресурсоматериалив

2. Основные направления химической промышленности в разработке новых материалов

3. Разработка полимерных материалов и их использование в различных отраслях

Список использованной литературы

Вступление

В промышленности широко используются различные материалы. Вещества, используемые для изготовления любого физического тела, называются материалами.

Для осуществления каждого химико-технологического процесса нужна аппаратура, изготовленная из таких материалов, которые способны сопротивляться различным агрессивным воздействиям, в том числе химическим механическим, термическим, электрическим, порой и радиационным и биологическим.

Химия делает существенный вклад в создание различных материалов: металлических и неметаллических. Среди металлических ма-риалов зачастую используются сплавы на основе зале-за - чугун и сталь, на основе меди - латунь и бронза на основе алюминия, магния, никеля, ниобия, титана, тантала, циркония и других металлов. С металлических сплавов вы-готовляються теплообменники, емкости, мешалки, трубопрово-ди, контактные аппараты, колонны и другие аппараты.

Несоответствие между запасами и потреблением некоторых видов сырья выдвигает проблему ее бережливого и рационального использования. В связи с этим химики ставят перед собой такие главные задачи:

1) разведки и применения дешевого сырья, новых видов альтернативных сырьевых материалов;

2) комплексное использование сырья;

3) разработка новых эффективных методов рециркуляции, то есть многократного использования различных видов сырья, напри-мер металлов;

4) использование отходов в качестве сырья.

В последнее время химики пытаются применять местное сырье. Это выгодно, поскольку не требует затрат на дальние перевозки.

1. Роль химии в разработке новых ресурсоматериалив

История развития химическойпромышленности знает немало при- кладов, когда то или иное вещество с пустой породы или отходов производства превращалась в ценное сырье. Например, хлорид калия КСИ в конце прошлого столетия был пустой породой при добыче поваренной соли с сильвинита (минерал КСИ - N301). Теперь сильвинит перерабатывают с целью извлечения из него хлорида калия КСИ для производства ценного минерала ных удобрений, а хлорид натрия NзО1 превратился в отходы.

Многие редких металлов раньше не находили применения из-за их промышленную недоступность, но потребности в этих металлах атомной энергетики, микроэлектроники, радиотехники, космической техники, которые определяют научно-технический прогресс, сделали возможным промышленная добыча рассеянных эле-тов.

Комплексное использование сырья направляется на по-Стосування всех ее главных частей для добычи полезных продуктов или материалов. Это означает, что с одного вида сиро-вины можно получить большое количество различных продуктов. Напри-мер, в настоящее время древесина используется не только как источник изготовления мебели, но и как источник огромных материальных ценностей.

Химики отвечают за рациональное использование сырь-ны, ее комплексную переработку, ликвидацию отходов, многие из которых наносят непоправимый вред окружающей среде и здоровью человека. Таким образом, разработка новых способов комплексного использования сырья имеет огромное значение.

Химия имеет большое значение и в разработке способов переведен ния веществ, отреагировали, в исходное состояние для их повтор ного использования (рециркуляция, регенерация сырья).

Например, уже сейчас достаточно широко используются металлы в виде вторичного сырья (так называемого скрапа). Почти половина мирового производства стали базируется на скрапа.

неисчерпаемым источником сырья являются промышленные и бытовые отходы. Они отравляют водоемы, заражают почву и воздух, загромождают территории. Задача химиков заключается в знешко-нии отходов. Для этого строят специальные очистные спо-руды.

ВУкраина установлены нормы допустимого содержания веществ в газообразных промышленных выбросах и сточных водах. Но го-ных задача химиков заключается в создании безотходных вы-производств, где отходы используются для получения есть необходимость продуктов. Реализация такой задачи тесно связана с комплексным использованием сырья и комбинированием вы-производств, когда отходы одного завода становятся сырьем для другого, и тогда завод перерастает в комбинат.

2. Основные направления химической промышленности

в разработке новых материалов

Для улучшения качества металлических материалов ис-вуют порошковую металлургию. Она включает процессы произ-водства металлических порошков и спекания из них изделий. Современная порошковая металлургия занимается, во-первых, созданием ма-риалов и изделий с такими характеристиками (состав, струк-тура, свойства), которых до сих пор невозможно достичь известными ме-тодамы плавки; во-вторых, изготовлением традиционных мате-риалов и изделий, но при более выгодных технико-экономических показ ников производства.

В разработке теоретических основ важнейших процессов по-рошковои металлургии ведущее место занимает Институт проблем материаловедения НАН Украины. Первый в Украине (и в ко-бывшем СССР) завод порошковой металлургии в эксплуатацию в г.. Бровары (под Киевом) в 1965

Среди неметаллических материалов важное значение приобрели полимеры на основе фенолформальдегидных смол, поливинилхлорида, полиэтилена и фторопластов. Эти материалы, в отличие от металлических, проявляют высокую устойчивость к агрессивным средам, имеют низкую плотность, высокую прочность к истиранию, хорошие диэлектрические и теплоизоляционные свойства. Кроме этого, важное значение имеют каучуки и различные материалы на их основе - бутилкаучук, фторкаучук, силиконовые каучуки и тому подобное.

В группу неметаллических материалов относятся и такие традиционные материалы, как керамика, фарфор, фаянс, стекло, цемент, бетон, графит, которые находят все новое и новое использование

В последнее время требования к материаламнеуклонно растут. Это объясняется тем, что значительно шире применяют теперь экстремальные воздействия сверхвысокие и сверхнизкие давления и температуры, ударные и взрывные волны, ионизирующего излучения, ферменты. Учитывая это растет также роль химии создании новых материалов, способных сопротивляться этим воздействиям.

Особое место среди новых материалов занимают композиты.

Композиционные материалы, состоящие из пластичной основы (матрицы) и наполнителя, называются композитами.

Среди композитов выделяют керметы керамико-металлические материалы), норпласты (наполненные органические полимеры) и пены (газонаполненные материалы).

В качестве основы (матрицы) используют металлы и сплавы, полимеры, керамику. Наполнители, применяемые для композитов на основе пластмасс, значительно разнообразнее. От них зависит прочность и жесткость композитов.

В Украине начаты принципиально новые методы получения композитов, например на основе боридов металлов (восстановления оксидов металлов бором в вакуум, и карбидом бора). Освоено метод прямого синтеза силицидов из металла и кремния - непосредственное восстановления оксидов металлов кремния и др. Многими своими свойствами прочностью, ударной вязкостью, прочностью от усталости и т.п. - композиты значительно превышают традиционные материалы, благодаря чему потребности общества в них и вообще в новых материалах непрерывно растут. На изготовление композитов тратят большие средства, этим объясняется тот факт, что главными потребителями композитов пока является авиационная и космическая промышленности.

3. Разработка полимерных материалов

и их использование в различных отраслях

Большое место занимают химические материалы в машиностроении. Так, например, использование полимерных материалов в машиностроении растет такими темпами, которые не знают прецедента во всей человеческой истории. К примеру, в 1976 1. машиностроение нашей страны использовало 800000 т пласт масс, а в 1960 г.. - всего 116 000 т. При этом интересно отметить, что еще десять лет назад вмашиностроение направлялось 37 38% всех пластмасс, выпускаемых в нашей стране, а 1980 доля машиностроения в использовании пластмасс снизилась до 28%. И дело тут не в том, что могла бы снизится потребность, а в том, что другие отрасли народного хозяйства стали применять полимерные материалы в сельском хозяйстве, в строительстве, в легкой и пищевой промышленности 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 - 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. Рубеж прочностных свойств полимерных материалов удалось преодолеть переходом к композиционным материалам, главным образом стекло и углепластик. 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 нужно особо 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 другими материалами, - это область внутренней и внешней отделки.

Почти три четверти внутренней отделки салонов легковых автомобилей, автобусов, самолетов, речных и морских судов и пассажирских вагонов выполняется ныне из декоративных пластиков, синтетических пленок, тканей, искусственной кожи. Более того, для многих машин и аппаратов только использование антикоррозионной обработки синтетическими материалами обеспечило их надежную, долгосрочную 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 полиуретановой или полиэпоксидным клеем. А аппараты для производства? В них внутри бывают такие агрессивные среды, никакая марочная сталь не выдержала бы. Единственный выход - сделать внутреннюю облицовку из платины с 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 полученный 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. Самым простым и очень убедительным примером может служить изготовление печатных схем: процесс, не мыслим без полимерных материалов, а с ними и полностью автоматизирован.

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 производится из прочных конструкционных полимеров. В последнем случае можно отметить двух различных тенденций. 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, в дополнение 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, продолжительность срока службы.

Еще одна область применения полимерных материалов в машиностроении, достойная отдельного упоминания, - изготовление металлорежущего инструмента. По мере расширения использования прочных сталей н сплавов все более жесткие требования предъявляются к отделочного инструмента. И здесь тоже на выручку инструментальщику и станочнику приходят пластмассы. 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 свойственны "королевские недостатки" - они в основном хрупкие. 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 н основных тенденцийии 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, в тех или иных моделях в наши дни изготавливают из полимеров, занял бы не одну страницу. Кузова и кабины, инструменты и электроизоляция, отделка салона и бамперы, радиаторы и подлокотники, шланги, сиденья, дверцы, капот. Более того, несколько разных фирм за рубежом уже объявили о начале производства суцильнопластмасових 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 формирования крупных блоков и узлов. Во-вторых, благодаря использованию легких и облегченных полимерных материалов снижается общий вес автомобиля, а значит, будет экономиться топливо 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 предкрылки крыла самолета позволяет сократить количество деталей с 47 до 14, крепление - 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, позволяет снизить вес ли такая при сохранении прочности и надежности. По английском патенте № 2047188 покрытие несущих поверхностей самолетов лопастей роторов вертолетов слоем полиуретана толщиной всего 0,65 мм в 1,5-2 раза повышает их устойчивость 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, и в то же время требовалось, чтобы она не подвергалась эрозии в течение не менее 20 000 часов. Решение проблемы было найдено с помощью поверхностного покрытия защиты самолета тончайшей пленкой фторопласта.

Список использованной литературы:

Энциклопедия юного химика. М., 1998.

Основы теоретической химии. Пособие. М., 2000.

Загрузка...