Nemfémes szerkezeti anyagok. Természetes eredetű polimerek

Átírás

1 Nemfémes szerkezeti anyagok A nem fémes szerkezeti anyagokat két csoportba oszthatjuk. Ezek: szerves nem fémes szerkezeti anyagok vagy polimerek a szervetlen nem fémes szerkezeti anyagok vagy kerámiák Szerves nem fémes szerkezeti anyagok vagy polimerek A polimerek óriásmolekulákból felépülő szerves eredetű anyagok. Lehetnek: természetes és mesterséges polimerek - műanyagok Természetes eredetű polimerek A természetes eredetű polimerek olyan kémiai vegyületekből állnak, melyeket organizmusok állítanak elő. Legfontosabbak: Fa Bőr Gumi Üveg Műanyagok Fontosak még: Papír Tűzálló anyagok Hő és hangszigetelő anyagok Villamos szigetelőanyagok Elsődleges feldolgozása a fa kitermelése. A fa Másodlagos feldolgozása az igények szerinti darabolás (fűrészárú, deszka formájában). Felhasználása a minőségétől függ: A puha, könnyű fákat - a fenyő különböző fajtái - villamos vezeték oszlopok, bánya támok, állványok, épületszerkezetek, tetőszerkezetek, vasúti talpfák, stb. A keményfákat - tölgy, bükk, kőris, akác teherhordó szerkezeti elemként alkalmazzák, továbbá a bútoripar, épületasztalos ipar dolgozza fel. 1

2 A fa fajsúlya kicsi kg/m 3, rossz hővezető. Szálirányban jó a szakító és nyomószilárdsága. A fa feldolgozásánál gyakorlatilag hulladék nem keletkezik, hiszen valamilyen formában feldolgozásra, hasznosításra kerül. A bőr Alapanyag a nyers állati bőr, amelyet sózással, vagy szárítással tartósítanak. Leggyakoribb bőrfajták: szarvasmarha, bivaly, ló, sertés, kecske, birka bőrök. A bőr további feldolgozása cserzéssel, kikészítéssel és színezéssel folytatódik. Alkalmazása: gépszíjak, tömítőanyagok, védőfelszerelések. Jellemzője: nagy rugalmasság, jó alakíthatóság. Vízállósága impregnálással növelhető. A gumi Alapanyaga a kaucsuktej vagy más néven latex. Ma már nagymértékben mesterséges kaucsukból készül a gumi. Latex kaucsuk töltőanyagok (kréta, korom, kaolin, festékek) vulkanizáló anyag (kén) 150C o -on sajtolás megtörténik a gumivá való átalakulás a kén térhálósító hatása miatt. A kéntartalom határozza meg a gumi rugalmasságát, általában 2-3%. A 32,5% kéntartalom ebonitot eredményez, ami kemény és törékeny. Szilárdsága kicsi, ezt textil, vagy fémhálóval javítják. Alkalmazása: szigetelő anyagként, tömlőkhöz, ékszíjakhoz, gépjármű kerekekhez, stb. A gumi idővel öregszik, törékennyé válik. Az üveg Az üveg szilárd állapotban amorf állapotú, nincs határozott olvadáspontja. Alapanyaga a SiO 2, amelyhez szódát Na 2 CO 3, hamuzsírt K 2 CO 3, glauber sót, krétát és márgát kevernek, és ezt a keveréket megolvasztják. Vegyi ellenállóságát Al és Br adalékolással javítják. Megmunkálása fúvással (öblös üvegek), öntéssel (táblaüvegek), hengerléssel (üvegrudak), húzással (üvegszálak) történik. Felhasználási területe: ablakok, lencsék, üvegszálak, orvosi műszerek, laboratóriumi és híradástechnikai eszközök. Hőtágulása és szilárdsága az acélét megközelíti. Jó villamos szigetelő, nagyfeszültségű távvezetékek oszlopain un. függőszigetelő láncokként alkalmazzák. 2

3 Műanyagok A műanyagok mesterséges úton előállított, vagy átalakított óriásmolekulájú anyagok, szerves polimerek. (Wikipédia) Természetes alapú műanyagok: Szénhidrátalapúak: viszkóz, cellulózok Fehérje alapúak: a tejből előállított kazein Kaucsuk alapúak: gumi Mesterséges alapú műanyagok: Polisztirol: színtelen, átlátszó műgyanta. Lemez, cső rúd formában kerül forgalomba. Sav és lúgálló, 70 Co-on lágyul. Stiroflex néven kondenzátorok alapanyaga. Akrilgyanta: üvegszerű, átlátszó műgyanta, műszerházak készülnek belőle. Szilikonok: hőmérsékleti és vegyi hatásoknak ellenáll, jó tömítőanyag. Bakelit: fenolok és formaldehidek egyesítésével készül. A, B és C típusa van. Kemény, nem olvad, vegyi hatásoknak ellenáll. Poliamidok: kemény és lágy PVC, teflon, polietilén. Csoportosításuk 1.) Az előállítás alapanyaga szerint: Természetes alapú műanyagok: a természetben található makromolekulák átalakításával állíthatók elő Mesterséges alapú műanyagok: kis molekulatömegű anyagokból szintetikus úton készülnek 2.) A feldolgozás szempontja szerint Termoplasztikus (hőre lágyuló) műanyagok, amelyek láncmolekulás vegyületek, feldolgozásuk egyszerű fizikai műveletekkel történik. Termoreaktív (hőre keményedő) műanyagok, melyek térhálós szerkezetűek. A kész műanyag hőre nem lágyul, hanem előbb megkeményedik, majd alkotórészeire bomlik. 3.) Szerkezetük szerint Fonalas molekulájúak Térhálósak 4.) Mesterséges alapú műanyagok esetén az előállítás reakciótípusa szerint Polimerizáció: több monomer láncreakcióval polimerré kapcsolódik össze, melléktermék keletkezése nélkül (pl.: polipropilén, PVC, polisztirol) Polikondenzáció: kondenzációs folyamat közben keletkeznek, ami azt jelenti, hogy a monomerek makromulekulává alakulása során melléktermék, jobbára víz keletkezik (pl.: PET, polikarbonát, nylon, bakelit) Poliaddició: a makromolekulák kémiailag különböző molekulákból jönnek létre, katalizátor nélkül, alacsony hőmérsékleten, melléktermék nem keletkezik (pl.: epoxigyanták) 3

4 A papír Nyersanyaga a tiszta cellulóz, amit gyapotból vagy fából nyernek. Minősége az alapanyagtól és a segédanyagként felhasznált töltő és enyvező anyagoktól, valamint a gyártástechnológiától függ. Ma már jelentős a hulladékpapír újrahasznosítás is. Felhasználása: a villamos iparban szigetelőanyagként, kondenzátorok, kábelek, transzformátorlemezek szigetelésére. Fontos, hogy jó szívóképességű legyen, egynemű legyen, és ne tartalmazzon öregedést okozó anyagot. A papír telítésére olajat, lakkot, és parafint használnak. Tűzálló anyagok Alapanyaguk: kerámia, samott, azbeszt, szilikát, dolomit, magnezit. Követelmény velük szemben, hogy kicsi legyen a hőtágulásuk, ne repedjenek, a magas hőmérsékleteknek tartósan ellenálljanak, az olvadt fémek ne károsítsák a szerkezetüket. Az iparban felhasznált hőmérsékleteken az olvadáspontjukat nem értelmezzük. Néhány alkalmazása: Samottégla nagyolvasztók és öntödei kemencék, valamint üvegol-vasztó kádak bélésanyaga. Magnezittégla villamos kemencék bélésanyaga Dolomittégla konverterek bélésanyaga Hő és hangszigetelő anyagok Hőszigetelő anyagot két különböző hőmérsékletű tér elválasztására használunk. Jellemzője, hogy a hővezető képessége kicsi, szerke-zete likacsos, üreges. A szervetlen hőszigetelő anyagokat pl.: azbeszt, üvegszál magas hőmérsékleteken alkalmazzuk, a magas hőmérsékletű tértől való elválasztásra. A szerves hőszigetelők pl.: fűrészpor, faforgács, polisztirol habok csak alacsony hőmérsékleteken alkalmazhatók, általában a hideg kizárására. A hangszigetelő anyagok általában szerves anyagok, (parafa, gumi, gyapjú, állati szőrök, habosított műanyagok) amelyek a hangot jelentősen elnyelik, vagy felületükről visszaverik. A lyukacsos szerkezetű anyagok a magas, a rugalmas anyagok a mély hangokat szigetelik. Villamos szigetelőanyagok Szigetelőanyagoknak nevezzük azokat az anyagokat, amelyek az áram útját elhatárolják. Ezzel együtt tökéletes szigetelőanyag nincs. A szigetelőanyagok néhány fontos jellemzője: Vezetőképesség Villamos utóhatás (a dielektromos polarizáció következménye) Dielektromos tulajdonság (az atomok polarizációjának következménye) Villamos átütés Fajtái: 4

5 Szilárd: műanyagok, gumi Folyékony: olaj Légnemű: levegő, nemesgázok Szilárd szigetelőanyagok Porcelán: kaolin+földpát+kvarc. Jó húzó és szakítószilárdságú, az erősáramú technikában alkalmazzák. Sztearit: villamos jellemzői nem túl jók, de mechanikai tulajdonságai kiválóak. Üveg: jó villamos szigetelők, amellett kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik. Csillám: jó a nagyfrekvenciás tulajdonsága és a hőállósága. A csillámból készül a mikanit, amely a kommutátor szeletek szigetelőanyaga. Azbeszt: többféle vegyi összetételű szálas anyag, 1500 Co-ig hőálló. Mérgező, ezért más anyagokkal helyettesítik. Természetes gyanták: szerkezetük amorf. Vegyszereknek ellenállnak. Sellak: az indiai fák és cserjék lakkpajzstetűjének a váladéka, általában leveles formában kerül forgalomba. Denaturált szeszben oldható. Villamos gépek tekercselésénél alkalmazzák szigetelő, kitöltő és rögzítő anyagként. Folyékony szigetelőanyagok Kizárólag ásványolaj alapú nagy tisztaságú olaj alkalmas a célra. Alkalmazása: Nagyfeszültségű transzformátorok és kapcsolókészülékek belső szigetelőanyaga. Előnyei: Nagy átütési szilárdság: 125 kv/cm Kicsi a dielektromos állandója Átütés után azonnal regenerálódik Minden résbe behatol Erősáramú kapcsoló érintkezőknél ívoltó hatása van Hátrányai: Érzékeny a szennyeződésekre Magas hőmérsékleten vegyileg bomlik Gyúlékony Légnemű szigetelőanyagok Levegő és a nemesgázok. A levegő jó szigetelő és jó hűtőközeg is. Átütési szilárdsága 21kV/cm. A por és egyéb szennyeződés csökkenti az átütési szilárdságot. A hidrogén zárt rendszerű villamos gépek nagyon hatékony hűtőközege. A hidrogén előnyei: Kis sűrűsége miatt csökken a szellőztetési teljesítmény veszteség A jó hővezetés miatt csökkenthetők a gép méretei Zárlat esetén nem gyullad meg, mert a zárt rendszerben nincs oxigén A hidrogén hátrányai: Levegővel robbanó elegyet alkot A tömítettséget folyamatosan ellenőrizni kell 5

6 30 MVA-nál nagyobb teljesítményű gépeknél gazdaságos 6