Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Казанский Национальный Исследовательский Технический Университет

РЕФЕРАТ

По дисциплине: «Материаловедение»

Работу выполнил: студент

заочного отделения, 2 курса Котенков А.В.

КАЗАНЬ - 2012

Содержание

• Введение
• 1. Полимеры - основа неметаллических конструкционных материалов.
• 1.1 Реакции полимеризации
• 1.2 Реакции сополимеризации
• 1.3 Реакции поликонденсации
• 1.4 Термопластичные полимеры
• 1.5 Термореактивные полимеры
• 2. Электротехническая медь
• Заключение
• Cписок используемой литературы

Введение

Полимерами называют высокомолекулярные соединения, состоящие из одной, двух или более малых молекул (звеньев), которые связаны между собой химической связью. Полимеры получаются методами полимеризации и поликонденсации. Исходные для образования полимера молекулы (мономеры) должны быть по крайней мере двухфункциональными[1].

Образование высокомолекулярного соединения из простых молекул-мономеров происходит в ходе реакций полимеризации и поликонденсации. Мономерами в процессе полимеризации являются олефины, диены, алкены, альдегиды, циклические кислород- и азотсодержащие насыщенные гетероциклы, циклические карбонаты и лактамы. Двухосновные спирты, кислоты, диамины, диизоцианаты, фосген и дифенолы, R₂Si(OH)₂ являются исходными реагентами в реакции поликонденсации (в различных сочетаниях). Процесс полимеризации является цепным процессом с растущим активным центром, участвующим в стадиях роста кинетической и молекулярной цепей. Процесс поликонденсации - ступенчатый процесс (отсутствует кинетическая цепь), в котором образующиеся продукты взаимодействуют друг с другом или с исходными реагентами. Процессы полимеризации, в зависимости от природы активного центра растущей цепи, бывают радикальными, анионными, катионными и координационными (каталитическими).

У меди уникальное сочетание свойств, обеспечившее ей широкое применение, -- высокие электро- и теплопроводность, хорошая коррозионная стойкость, высокая пластичность и привлекательный естественный цвет. Более 70% всей потребляемой меди идет на электротехнические изделия, 15% -- на элементы строительных конструкций, 5% -- на детали машин и механизмов, 4% -- на транспортные конструкции и 4% -- на другие виды изделий, в том числе на изготовление артиллерийского оружия[2].

Таким образом, актуальность данной работы вызвана той огромной ролью, которую играют в качестве конструкционных материалов полимеры и электротехническая медь.

Объект исследования данного реферата являются полимеры и электротехническая медь.

Цель написания данной работы, это описание реакций полимеризации и влияние примесей на медь.

При написании данного реферата необходимо было решить следующие задачи:

- описать реакции полимеризации (реакции получения, реакции полимеризации, реакции сополимеризации, реакции поликонденсации, термопластичные и термореактивные полимеры);

- привести влияние примесей на технические свойства меди.

Информационная база, которая использовалась при написании данной работы основывается на научно-теоретической литературе по материаловедению.

Структура работы следующая: введение, основана часть из двух разделов, заключение, список использованной литературы.

1. Полимеры - основа неметаллических конструкционных материалов

1.1 Реакции полимеризации

Полимеризация - реакция образования полимера без образования низкомолекулярных продуктов. В качестве мономера используется молекула, содержащая кратную связь[3]. При полимеризации этилена роль бифункциональной структурной единицы играет двойная связь, которая под влиянием инициатора (например, органического пероксида перикиси бензолоила (C₆H₅COO)₂), легко переходит в радикальное состояние R•; присоединение радикала создает условия для роста цепи

Для реакции полимеризации характерны три стадии: инициирование, рост цепи и обрыв цепи:

обрыв цепи

полимер электротехническая медь

Этот тип полимеризации называется радикальным[4].

Полимеризация может инициироваться катионами или анионами (ионами). Ионная полимеризация включает те же стадии (инициирование, рост цепи, обрыв цепи). Инициаторами катионной полимеризации могут быть H+, неорганические апротонные кислоты SnCl₄, AlCl₃, металлоорганические соединения Al(C₂H₅)₃. Инициаторами анионной полимеризации обычно служат электронодонорные соединения (щелочные металлы, их алкоголяты и т. д.).

Катионная полимеризация:

Анионная полимеризация:

Полимеризация может осуществляться между разными мономерами. Такие соединения называют сополимерами. В табл. 1 приведены примеры полимеров и сополимеров, получаемых реакцией полимеризации[5].

Таблица 1 Важнейшие полимеры и сополимеры

1.2 Реакции сополимеризации

Рассмотрим особенности процесса радикальной сополимеризации. В случае сополимеризации молекул А и В с образованием радикалов, центрированных на молекулах А или В растущей цепи, должны иметь место 4 стадии роста цепи[6]:

Итак, в случае радикальной полимеризации мы имеем дело с распределением продуктов по молекулярным массам и многомаршрутный процесс с бесконечно большим числом маршрутов. Продукты реакции P_i образуются в стадиях роста при передаче цепи на мономер.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Второй путь образования продуктов (полимерных молекул) - стадии обрыва цепи на X_i и X_j.

1.3 Реакции поликонденсации

В общем виде схема основной реакции поликонденсации-роста цепи - может быть представлена следующим, образом.:

(n и m-любое целое число, включая единицу, X и Y-исходные функциональные группы, А - низкомолекулярный продукт поликонденсации). При этом взаимодействие мономеров друг с другом или с образовавшимися олигомерами и последних между собой подчиняется практически одним и тем же законам[7].

Поскольку при поликонденсации мономеры исчерпываются уже при невысоких степенях завершенности реакции, рост цепи высокомолекулярного полимера происходит преим. в результате многократного соединения между собой олигомерных или полимерных молекул по концевым функциональным группам (принцип многократного удвоения), при этом число молекул в системе уменьшается (в этом ступенчатый характер поликонденсации). Уменьшается в ходе поликонденсации и количество исходных функциональных групп - реакционных (активных) центров, хотя в ряде случаев образующиеся при поликонденсации связи реагируют как между собой, так и с исходными реакционными центрами. Росту полимерной цепи при равновесной поликонденсации сопутствует обратная реакция полимера с выделяющимся низкомолекулярным продуктом, что ограничивает молекулярную массу полимера.

Поликонденсация сопровождается образованием полимера и низкомолекулярного соединения (H₂O, HCl, NH₃ и т. п.). Мономеры должны содержать минимум две функциональные группы.

Типичная реакция поликонденсации лежит в основе получения фенолформальдегидных смол[9]

+

1.4 Термопластичные полимеры

Термопластичные полимеры способны многократно размягчаться при нагревании и отвердевать при охлаждении. Эти и многие другие свойства термопластичных полимеров объясняются линейным строением их макромолекул. При нагревании взаимодействие между молекулами ослабевает и они могут сдвигаться одна относительно другой, полимер размягчается, превращаясь при дальнейшем нагревании в вязкую жидкость. На этом свойстве базируются различные способы формования изделий из термопластов, а также соединение их сваркой[10].

Однако на практике не все термопласты так просто можно перевести в вязко-текучее состояние, так как температура начала термического разложения некоторых полимеров ниже температуры их текучести (поливинилхлорид, фторопласты и др.). В таком случае используют различные технологические приемы, снижающие температуру текучести (например, вводя пластификаторы) или задерживающие термодеструкцию (введением стабилизаторов, переработкой в среде инертного газа).

Линейным строением молекул объясняется также способность термопластов не только набухать, но и хорошо растворяться в правильно подобранных растворителях. Тип растворителя зависит от химической природы полимера. Растворы полимеров даже очень небольшой концентрации (2...5 %) отличаются довольно высокой вязкостью. Причиной этого являются большие размеры полимерных молекул по сравнению с молекулами обычных низкомолекулярных веществ. После испарения растворителя полимер вновь переходит в твердое состояние. На этом основано использование растворов термопластов в качестве лаков, красок, клеев и вяжущего компонента в мастиках и полимеррастворах.

К недостаткам термопластов относятся; низкая теплостойкость (обычно не выше 80... 120 °С), низкая поверхностная твердость, хрупкость при пониженных температурах и текучесть при высоких, склонность к старению под действием солнечных лучей и кислорода воздуха.

1.5 Термореактивные полимеры

Молекулы термореактивных полимеров до их отверждения имеют линейное строение, такое же, как молекулы термопластичных полимеров, но размер молекул реактопластов намного меньше.

В отличие от термопластов, у которых молекулы химически инертны и не способны соединяться друг с другом, молекулы термореактивных олигомеров химически активны. Они содержат либо двойные (ненасыщенные) связи, либо химически активные группы. Поэтому при определенных условиях (нагревании, облучении или добавлении веществ-отвердителей) молекулы термореактивных олигомеров соединяются друг с другом, образуя сплошную пространственную сетку, как бы одну гигантскую макромолекулу.

После отверждения свойства полимеров изменяются: они перестают размягчаться при нагревании, не растворяются, а только набухают в растворителях, становятся более прочными, твердыми и термостойкими.

К термореактивным полимерам, используемым в строительстве, относятся фенолоальдегидные, карбамидные, полиэфирные, эпоксидные и полиуретановые.

Фенолоальдегидные полимеры - первые синтетические полимеры, которые в начале XX в. начали получать методом поликонденсации фенолов с альдегидами. В качестве фенольного сырья применяют фенол, крезол, ксиленол и резорцин, а альдегидного - формальдегид, фурфурол, уротропин и лигнин.

Фенолоформальдегидные полимеры ~ наиболее распространенные полимеры этого класса. Их получают поликонденсацией фенола с формальдегидом. Фенол представляет собой бесцветные кристаллы с характерным сильным запахом; токсичен. Вдыхание его приводит к отравлению, а попадание на кожу вызывает ожоги. Формальдегид - газ, тоже с резким удушливым запахом. Следует помнить, что отрицательные свойства, присущие исходным компонентам, в значительной степени передаются и полимеру. В зависимости от соотношения исходных продуктов поликонденсации и характера катализаторов получают различные виды фенолоформальдегидных полимеров[11].

2. Электротехническая медь

Медь (лат. Cuprum) -- один из семи металлов, известных с глубокой древности. Значительные запасы медных руд находятся в США, Чили, России (Урал), Казахстане (Джезказган), Канаде, Замбии и Заире[12].

Медь входит в состав более 150 минералов, промышленное применение нашли 17 из них, в том числе: борнит (Cu₅FeS₄), халькопирит (медный колчедан -- CuFeS₂), халькозин (медный блеск -- Cu₂S), ковеллин (CuS), малахит (Cu₂(OH)₂[CO₃]). Переработка сульфидных руд дает около 80% от всей добываемой меди.

У меди уникальное сочетание свойств, обеспечившее ей широкое применение, -- высокие электро- и теплопроводность, хорошая коррозионная стойкость, высокая пластичность и привлекательный естественный цвет. Более 70% всей потребляемой меди идет на электротехнические изделия, 15% -- на элементы строительных конструкций, 5% -- на детали машин и механизмов, 4% -- на транспортные конструкции и 4% -- на другие виды изделий, в том числе на изготовление артиллерийского оружия. Строительная промышленность потребляет около 40% всей производимой меди, электротехника и электроника около 26%, общее машиностроение -- около 14%, транспортное машиностроение -- около 11%, промышленность товаров широкого потребления -- остальные 9%. Кабели, электротехнические шины, трансформаторные обмотки и другие электротехнические изделия изготавливаются из разных сортов меди. В тех случаях, когда требуется максимальная электропроводность, применяется "бескислородная медь с высокой электропроводностью", в других же случаях пригодна "технически чистая" медь, содержащая 0,02-0,04% кислорода. Небольшая добавка мышьяка повышает прочность красной меди (продукта огневого рафинирования), но такая медь, содержащая кислород, с трудом поддается сварке. Медь с пониженным содержанием кислорода обладает хорошими литьевыми свойствами и применяется для изготовления химико-технологического оборудования, медных труб, автомобильных радиаторов, судовых конденсаторов, бытовых водопроводных труб, кровельного материала и других технических изделий[13].

В природе встречается и самородная медь.

Чистая медь -- ковкий и мягкий металл в изломе розоватого цвета, достаточно тяжелый, отличный проводник тепла и электричества, легко подвергается обработке давлением. Именно эти качества позволяют применять изделия из меди в электротехнике -- в настоящее время более 70% всей производимой меди идет на выпуск электротехнических изделия. Для изделий с максимальной электропроводностью, используют так называемую «безкислородную» медь. В иных случаях годна и технически чистая медь, содержащая 0,02-0,04% кислорода.

Основные характеристики меди: удельный вес -- 8,93 г/cм3, температура плавления -- 1083°С, удельное электрическое сопротивление меди при 20°С 0,0167 Ом*мм²/м. Чистая медь обладает высокой электрической проводимостью (на втором месте после серебра). Именно это качество меди используют в промышленности для изготовления электротехнических шин из меди.

Медные шины изготавливаются по ГОСТ 434-78. Состояния в котором поставляются медные шины потребителю: не отожженная (маркировка -- Т-твердое), отожженным (М-мягкое) и ТВ-твердые шины, изготовленные из бескислородной меди.

В деформированном состоянии прочность меди выше, чем у отожженного металла, а значения электропроводности понижены.

Сплавы, повышающие прочность и улучшающие другие свойства меди, получают введением в нее добавок, таких, как цинк, олово, кремний, свинец, алюминий, марганец, никель. На сплавы идет более 30% меди.

Латуни -- сплавы меди с цинком (меди от 60 до 90% и цинка от 40 до 10%) -- прочнее меди и менее подвержены окислению. При присадке к латуни кремния и свинца повышаются ее антифрикционные качества, при присадке олова, алюминия, марганца и никеля возрастает антикоррозийная стойкость. Листы, литые изделия используются в машиностроении, особенно в химическом, в оптике и приборостроении, в производстве сеток для целлюлознобумажной промышленности.

Бронзы. Раньше бронзами называли сплавы меди (80-94%) и олова (20-6%). В настоящее время производят безоловянные бронзы, именуемые по главному вслед за медью компоненту.

Алюминиевые бронзы содержат 5-11% алюминия, обладают высокими механическими свойствами в сочетании с антикоррозийной стойкостью.

Свинцовые бронзы, содержащие 25-33% свинца, используют главным образом для изготовления подшипников, работающих при высоких давлениях и больших скоростях скольжения.

Кремниевые бронзы, содержащие 4-5% кремния, применяют как дешевые заменители оловянных бронз.

Бериллиевые бронзы, содержащие 1,8-2,3% бериллия, отличаются твердостью после закалки и высокой упругостью. Их применяют для изготовления пружин и пружинящих изделий.

Кадмиевые бронзы -- сплавы меди с небольшим количества кадмия (до1%) -- используют при производстве троллейных проводов, для изготовления арматуры водопроводных и газовых линий и в машиностроении.

Припои -- сплавы цветных металлов, применяемые при пайке для получения монолитного паяного шва. Среди твердых припоев известен медносеребряный сплав (44,5-45,5% Ag; 29-31% Cu; остальное -- цинк)[14].

В России медные шины изготавливают нескольких заводов: Каменск-Уральский ОЦМ, Кольчугинский ОЦМ, Кировский ОЦМ.

Мировое производство меди в 2007 году выросло на 2,5% по сравнению с 2006 г. и составило 17,76 млн. тонн. Потребление меди в 2007 году выросло на 4%, при этом медное потребление Китая взлетело на 25% за год, в то время как медное потребление в США резко упало на 20%[15].

Заключение

Полимеризация-- процесс образования высокомолекулярного вещества (полимера) путём многократного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера, олигомера) к активным центрам в растущей молекуле полимера. Молекула мономера, входящая в состав полимера, образует т.наз. мономерное (структурное) звено. Элементный состав (молекулярные формулы) мономера и полимера приблизительно одинаков.

Обычно мономерами являются соединения, содержащие кратные связи, которые способны, раскрываясь, образовывать новые связи с другими молекулами, обеспечивая рост цепей.

Механизм полимеризации обычно включает в себя ряд связанных стадий:

- инициирование -- зарождение активных центров полимеризации;

- рост (продолжение) цепи -- процесс последовательного присоединения молекул мономеров к центрам;

- передача цепи -- переход активного центра на другую молекулу;

- разветвление цепи -- образование нескольких активных центров из одного;

- обрыв цепи -- гибель активных центров.

У меди уникальное сочетание свойств, обеспечившее ей широкое применение, -- высокие электро- и теплопроводность, хорошая коррозионная стойкость, высокая пластичность и привлекательный естественный цвет. Сплавы, повышающие прочность и улучшающие другие свойства меди, получают введением в нее добавок, таких, как цинк, олово, кремний, свинец, алюминий, марганец, никель. На сплавы идет более 30% меди.

Cписок используемой литературы

1. А.Г. Стомберг, Д.П. Семченко. Физическая химия. М.: «Высшая школа»- 2003. 527с.

2. В.А. Киреев. Курс физической химии. М.: Химия- 1995. 776с.

3. А.Б Лукьянов. Физическая и коллоидная химия. М.:Химия-2000. 224с.

4. Сангалов Ю.А. Полимеры и сополимеры изобутилена, 2001, 384 с.

5. Сангалов Ю.А. Полимеры и сополимеры бутилена, Фундаментальные проблемы и прикладные аспекты, 2001, 264 с.

6. Шур А.М. Высокомолекулярные соединения, 2001, 656 с.

7. Феттес Е.N. Химические реакции полимеров том 2, 2007, 536 с.

8. Кабанов В.А. Энциклопедия полимеров Том 3, 2007, 576 с.

9. Каргин В.А. Энциклопедия полимеров Том 3, 2007, 755 с.

10. Коршак В.В. Итоги науки химические науки химия и технология синтетических высокомолекулярных соединений том 6, 2001, 54 с.

11. Коршак В.В. Химия и технология синтетических высокомолекулярных соединений Том 9, 2007, 136 с.

12. Л.Ф. Попова. От лития до цезия. М., “Просвещение”, 2002, 266 с.

13. В.Е. Лунев. Познакомьтесь с медью. М.,”Металлургия”, 2005, 158 с.

14. Отв. за ред. Л.К. Иугалин. Химия минералов меди. Новосибирск, “Наука”, 2000, 196 с.

15. Л.Ф. Попова. Медь. М., “Просвещение”, 2009, 47 с.

Размещено на Allbest.ru